RU2156022C1

RU2156022C1 - Valve-type electric motor

Info

Publication number: RU2156022C1
Application number: RU99110105A
Authority: RU
Inventors: А.В. Белов; С.А. Гамкрелидзе; С.Н. Никулин; Д.Л. Солошенко; А.В. Мажуренко
Original assignee: Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского
Priority date: 1999-05-12
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2000-09-10

Abstract

FIELD: miscellaneous drives including servo drives. SUBSTANCE: motor has semiconductor switch, electrical machine, rotor position detector, delay unit current sensor, comparison device, output-pulse-acceleration-to-electric-current-signal converter, and output-shaft acceleration setting device. Current sensor is set to definite current-limiting value whose minimum corresponds to maximal efficiency of motor. Modulus of output-shaft acceleration is converted into current-limiting setting value. Preset limiting current is applied to input of current-limiting device built in motor. Any decrease in anti-torque moment on drive shaft raises output-shaft acceleration and adjustable current-limiting setting proportionally decreases but not below minimal value specified by preset optimal current at which motor efficiency rises to its maximum. EFFECT: enlarged functional capabilities and service life of motor at desired transient characteristics and efficiency of drive. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электродвигателям, и может быть использовано при создании приводов различного назначения, в том числе и в следящих приводах. The invention relates to electrical engineering, in particular to electric motors, and can be used to create drives for various purposes, including servo drives.

Известны вентильные электродвигатели, содержащие ротор, статор, секции якорной обмотки которой подключены к источнику питания через блок управления и транзисторы коммутатора, управляющие входы которых подключены к выходу датчика положения ротора, имеющие тахогенераторный узел, вырабатывающий сигнал обратной связи по скорости, а так же обратные связи по току двигателя [1]. Недостатком таких БД является использование обратной связи по току только в процессе пуска двигателя. Known are electric motors containing a rotor, a stator, the armature winding sections of which are connected to a power source through a control unit and switch transistors, the control inputs of which are connected to the output of the rotor position sensor, having a tachogenerator unit generating a speed feedback signal, as well as feedback according to the motor current [1]. The disadvantage of such a database is the use of current feedback only in the process of starting the engine.

Известен электропривод с токовой отсечкой, в котором значения уставки токоограничения зависит от относительного значения превышения температуры якоря [2]. Недостатками устройства являются сложность реализации, использования тепловой модели, что требует учета изменения его характеристик при длительной эксплуатации. При управлении уставкой токоограничения не используются функциональные возможности вентильного двигателя. Known electric drive with current cutoff, in which the setting value of the current limitation depends on the relative value of the excess temperature of the armature [2]. The disadvantages of the device are the complexity of implementation, the use of a thermal model, which requires taking into account changes in its characteristics during long-term operation. When controlling the current limit setting, the functionality of the valve motor is not used.

Наиболее близким является вентильный электродвигатель, предложенный в [3] , содержащий ротор, статор, секции якорной обмотки которого подключены к источнику питания через транзисторы коммутатора, управляющие входы которых через устройство задержки подключены к выходу датчика положения ротора и выходу датчика потребляемого тока, выход которого подключен к управляющему входу устройства задержки. Недостатком прототипа является невозможность обеспечения максимума КПД в переходных процессах, при требуемых динамических характеристиках. The closest is a valve motor, proposed in [3], containing a rotor, a stator, the armature winding sections of which are connected to a power source through switch transistors, whose control inputs are connected through a delay device to the output of the rotor position sensor and the output of the current consumption sensor, the output of which is connected to the control input of the delay device. The disadvantage of the prototype is the inability to provide maximum efficiency in transients, with the required dynamic characteristics.

На фиг. 1 изображена структурная схема вентильного двигателя; на фиг. 2 - характеристика, поясняющая характер изменения тока, содержит секции 1-4 якорной обмотки, подключенные к источнику питания 5 через транзисторы 6-9 коммутатора. Управляющие входы транзисторов 6-9 через устройство 10 задержки подключены к выходу датчика 11 положения ротора (ДПР). В цепи питания двигателя содержится датчик 12 потребляемого тока, управляющий вход которого подключен к выходу сравнивающего устройства 15, к входам которого подключены устройство преобразования ускорения выходного вала 13 в импульсы электрического тока и устройство - задатчик требуемого значения ускорения выходного вала 14. Датчик 12 потребляемого тока выходом подключен к управляющему входу устройства 10 задержки. Устройство 10 задержки не пропускает сигнал с выхода ДПР 11 на управляющие входы транзисторов 6 - 9 в течение времени задержки, которое определяется величиной сигнала обратной связи по току, поступающего с выхода датчика 12 тока. Датчик 12 потребляемого тока выполняется с управляемой уставкой токоограничения, минимальное значение I_m на фиг. 2 соответствует оптимальному значению I_o на фиг. 3, при котором КПД вентильного электродвигателя принимает максимальное значение. Величина уставки токоограничения определяется по разности между текущим и заданным значениями ускорения вала двигателя, поступающего с выхода сравнивающего устройства 15 на вход датчика 12 тока. При понижении момента сопротивления на валу привода значение ускорения выходного вала привода увеличивается, пропорционально этому увеличению уменьшается управляемая уставка токоограничения, но не менее минимального значения, заданного оптимальным значением тока I_o на фиг. 3, при котором КПД вентильного электродвигателя принимает максимальное значение.In FIG. 1 shows a block diagram of a valve motor; in FIG. 2 is a characteristic explaining the nature of the current change, contains sections 1-4 of the armature winding connected to the power source 5 through transistors 6-9 of the switch. The control inputs of the transistors 6-9 through the delay device 10 are connected to the output of the rotor position sensor 11 (DPR). The power supply circuit of the engine contains a current sensor 12, the control input of which is connected to the output of the comparator 15, the inputs of which are connected to a device for converting the acceleration of the output shaft 13 to pulses of electric current and a device for setting the required value for the acceleration of the output shaft 14. Current consumption sensor 12 connected to the control input of the delay device 10. The delay device 10 does not pass the signal from the output of the DPR 11 to the control inputs of the transistors 6 - 9 during the delay time, which is determined by the magnitude of the current feedback signal from the output of the current sensor 12. The current consumption sensor 12 is performed with a controlled current limiting set point, the minimum value of I _m in FIG. 2 corresponds to the optimum value of I _o in FIG. 3, in which the efficiency of the valve motor takes a maximum value. The current limit setting value is determined by the difference between the current and predetermined values of the motor shaft acceleration coming from the output of the comparator 15 to the input of the current sensor 12. When the resistance moment on the drive shaft decreases, the acceleration value of the drive output shaft increases, in proportion to this increase, the controlled current limiting setpoint decreases, but not less than the minimum value specified by the optimal current value I _o in FIG. 3, in which the efficiency of the valve motor takes a maximum value.

Устройство преобразования ускорения выходного вала 13 в импульсы электрического тока можно выполнить в виде асинхронного тахогенератора, первичная обмотка которого подключается к источнику постоянного тока. При изменении скорости вращения ротора во вторичной обмотке появляются импульсы постоянной ЭДС, величина которых пропорциональна ускорению вала вентильного электродвигателя. A device for converting the acceleration of the output shaft 13 into pulses of electric current can be performed in the form of an asynchronous tachogenerator, the primary winding of which is connected to a constant current source. When the rotor speed changes in the secondary winding, pulses of constant EMF appear, the magnitude of which is proportional to the acceleration of the shaft of the valve electric motor.

На фиг. 2 показан график переходного процесса. Максимальному значению уставки токоограничения I₁ соответствует максимальное значение момента сопротивления на валу двигателя M_C1, при уменьшении момента сопротивления до M_min, ускорение на валу двигателя увеличивается, а значения уставки токоограничения уменьшается до значения I_m на фиг.2, при возрастании момента сопротивления на валу двигателя M_C2, ускорение уменьшается и уставка токоограничения возрастает до I₂.In FIG. 2 shows a transient graph. The maximum value of the current limit setting I ₁ corresponds to the maximum value of the resistance moment on the motor shaft M _C1 , when the resistance moment decreases to M _min , the acceleration on the motor shaft increases, and the current limit setting value decreases to the value I _m in figure 2, when the resistance moment increases by the motor shaft M _C2 , the acceleration decreases and the current limit setting increases to I ₂ .

Существенные признаки изобретения: вентильный электродвигатель содержит устройство - задатчик требуемого ускорения вала электродвигателя, устройство преобразования текущего значения ускорения вала электродвигателя в электрические импульсы, сравнивающее устройство - для выработки управляющего сигнала на уставку токоограничения датчика тока, датчик тока с управляемой уставкой токоограничения, минимальное значение которой соответствует максимальному значению КПД вентильного электродвигателя. Salient features of the invention: a valve electric motor comprises a device - a setter for the required acceleration of the motor shaft, a device for converting the current value of the acceleration of the motor shaft into electrical pulses, a comparative device for generating a control signal for the current limit setting of the current sensor, a current sensor with a controlled current limit setting, the minimum value of which corresponds to the maximum value of the efficiency of the valve motor.

Таким образом, достигается цель изобретения - обеспечение максимума КПД и повышение ресурса вентильного электродвигателя, при обеспечении требуемых динамических характеристик двигателя. Обеспечивается требуемое быстродействие следящего привода, а при пуске, реверсе, торможении броски тока снижаются до минимального значения, соответствующего максимуму КПД. За счет этого уменьшается нагрузка на вентильный электродвигатель и одновременно повышается его КПД в переходных процессах, источник питания 5 работает в более благоприятном режиме, снижаются ударные нагрузки в механической части привода, в котором может быть использован предлагаемый двигатель. Thus, the objective of the invention is achieved - ensuring maximum efficiency and increasing the resource of the valve motor, while ensuring the required dynamic characteristics of the engine. The required speed of the servo drive is ensured, and during start-up, reverse, and braking, the inrush currents are reduced to a minimum value corresponding to the maximum efficiency. Due to this, the load on the valve motor is reduced and its efficiency in transients is increased, the power supply 5 operates in a more favorable mode, the shock loads in the mechanical part of the drive, in which the proposed engine can be used, are reduced.

Таким образом, повышается КПД и одновременно ресурс вентильного электродвигателя, следящего привода в целом в режиме переходных процессов, при этом обеспечивается требуемое быстродействие привода. Thus, the efficiency and, at the same time, the resource of the valve motor tracking the drive as a whole in the transient mode are increased, while the required speed of the drive is ensured.

Источники информации
1. Овчинников И.Е., Лебедев Н.И. Бесконтактные двигатели постоянного тока - Л.: Наука, Ленингр. отд., 1979, с. 130, 163, с. 127.Sources of information
1. Ovchinnikov I.E., Lebedev N.I. Contactless DC Motors - L.: Science, Leningrad. Dep., 1979, p. 130, 163, p. 127.

2. Каган В. Г. Электропривод с токовой отсечкой. А.С. СССР N 286024, опубл. в бюл. "Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки", 1970 г., N 34, с. 49. 2. Kagan V. G. Electric drive with current cutoff. A.S. USSR N 286024, publ. in bull. "Discoveries. Inventions. Industrial Designs. Trademarks", 1970, N 34, p. 49.

3. А.С. СССР N 1277309, М. кл⁴ H 02 К 29/02, 1986 г.3. A.S. USSR N 1277309, M. cl. ⁴ H 02 K 29/02, 1986

Claims

A valve motor containing a rotor, a stator, the armature winding sections of which are connected to a power source through switch transistors, the control inputs of which are connected to the output of the rotor position sensor through a delay device, and the current consumption sensor is connected to the control input of the delay device by the output, characterized in that introduced a comparator with two inputs and one output, a device for converting the acceleration of the output shaft into pulses of electric current and a setting device required the actual value of the acceleration of the output shaft, the outputs of which are connected to the inputs of the comparing device, the output connected to the current sensor, made with a controlled current limiting setting, the minimum value of which corresponds to the maximum value of the efficiency of the valve motor.