RU2653065C1 - Исполнительный агрегат электропривода - Google Patents
Исполнительный агрегат электропривода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653065C1 RU2653065C1 RU2017103150A RU2017103150A RU2653065C1 RU 2653065 C1 RU2653065 C1 RU 2653065C1 RU 2017103150 A RU2017103150 A RU 2017103150A RU 2017103150 A RU2017103150 A RU 2017103150A RU 2653065 C1 RU2653065 C1 RU 2653065C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator
- position sensor
- windings
- motor
- teeth
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/14—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with speed sensing devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/06—Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
- H02P6/17—Circuit arrangements for detecting position and for generating speed information
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах. Технический результат заключается в улучшении технических характеристик исполнительного агрегата и привода в целом, а именно в повышении момента двигателя и крутизны генератора; компенсации четных гармоник в токе статора двигателя, в выходном напряжении генератора и в выходных сигналах датчика положения; улучшении формы тока в двигателе; снижении пульсации момента двигателя и выходного напряжения датчика скорости, а также в уменьшении взаимоиндуктивной связи обмоток двигателя и генератора. Исполнительный агрегат электропривода содержит многополюсный ротор и зубчатый статор, на котором размещены обмотки синхронных двигателя и генератора, выполненные с зубцовым шагом, а также элементы датчика положения, выполненные, например, в виде датчиков Холла, статор исполнительного агрегата содержит два магнитопровода, на одном из которых размещена обмотка двигателя, а на другом обмотка генератора и элементы датчика положения, причем указанные обмотки занимают все пазы своего магнитопровода, а элементы датчика положения размещены на зубцах одной из фазовых групп соответствующей фазы генератора и расположены друг относительно друга под углом в ϕ радиан, где для нечетного числа и для четного числа фаз исполнительного агрегата, при этом датчик положения может быть снабжен вторым комплектом элементов, размещенных на зубцах диаметрально расположенных групп обмоток генератора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в следящих электроприводах.
Известен исполнительный агрегат (ИА), содержащий синхронный двигатель (СД), синхронный генератор (СГ) и датчик положения (ДП) его потока, применяемый в электроприводах [1].
Недостатком такой конструкции является сложность как самого ИА, так и схем преобразования и разделения сигналов СГ и ДП.
Наиболее близким к предлагаемому решению является ИА электропривода, содержащий многополюсный ротор и зубчатый статор, на котором размещены обмотки СД и СГ, выполненные с зубцовым шагом, а также элементы ДП, выполненные, например, в виде датчиков Холла (ДХ) [2].
К недостаткам конструкции прототипа можно отнести следующее.
1. Ограниченный момент (М) СД, поскольку, во-первых, его обмотка размещена не на всех зубцах статора Z, а только на тех зубцах, где нет обмотки СГ, занимающей три зубца, т.е. она занимает тридцать три зубца из тридцати шести (ZD=Z-ZГ), и, во-вторых, у СД небольшой коэффициент электромагнитной редукции, равный числу пар полюсов p (p=12).
2. Так как секции обмоток СГ размещены на соседних зубцах, то четные гармоники в выходном напряжении СГ (возможность возникновения которых обусловлена технологическими погрешностями изготовления ИА) оказываются нескомпенсированными.
3. Размещение обмоток СД и СГ на одном магнитопроводе приводит к возникновению взаимоиндуктивности LИД, которая ограничивает полосу пропускания привода, снижая его коэффициент усиления.
4. ДП с тремя ДХ (N=3) формирует ток, в котором содержатся гармоники с номерами , (то есть с номерами 5, 7, 11, 13 и т.д.). При этом образуется пульсация момента (ΔM) с частотой шестой гармоники и амплитудой ΔМ=13,8% от величины Mmax. Кроме того, при таком ДП в выходном напряжении датчика скорости (ДС) UΩ, включающего в себя СГ и преобразователь его напряжения в реверсивный сигнал постоянного тока [3], образуется такая же пульсация ΔU=13,8% от UΩ с частотой шестой гармоники.
Технической задачей данного предложения является улучшение технических характеристик ИА и привода в целом, а именно повышение момента СД и крутизны СГ; компенсация четных гармоник в токе статора СД, выходном напряжении СГ и выходных сигналах ДП; улучшение формы статора СД; уменьшение пульсации момента СД и выходного напряжения ДС; уменьшение величины LДГ. Это расширит область применения ИА и привода в целом.
Технический эффект состоит в более равномерном распределении статорных обмоток СД и СГ и достигается тем, что статор ИА электропривода содержит два магнитопровода, на одном из которых размещена обмотка СД, а на другом - обмотка СГ и элементы ДП, причем указанные обмотки занимают все пазы своего магнитопровода, а элементы ДП размещены на зубцах одной из фазовых групп соответствующей фазы СГ и расположены относительно друг друга под углом в ϕ радиан, где для нечетного и для четного числа фаз m ИА. При этом ДП может быть снабжен вторым комплектом элементов, размещенных на зубцах диаметрально расположенных фазовых групп обмоток СГ.
На фиг. 1 приведена конструктивная схема ИА.
На фиг. 2 представлена электрическая схема ИА со стороны СГ с элементами (в данном случае - ДХ) ДП, размещенными на 3-х фазовых группах в соответствии с п. 1 формулы изобретения, а на фиг. 3 - тот же ИА, но с двойным комплектом диаметрально расположенных ДХ в соответствии с п. 2 формулы изобретения.
На фиг. 1 схематично представлена конструкция ИА, содержащего закрепленный в корпусе 1 статор, выполненный из двух магнитопроводов - 2 для СД и 3 для СГ. Оба магнитопровода набраны из одних и тех же листов стали и имеют одинаковое число зубцов Z. Пространственно магнитопроводы статора совмещены по угловому положению. Многополюсный ротор 4 закреплен по валу 5 ИА. При этом магниты (полюса) 6 могут занимать всю длину ротора (например, при относительно коротких лобовых частях) или занимать часть длины ротора, расположенную непосредственно под магнитопроводами, как показано на фиг. 1. На зубцах магнитопровода СГ размещены датчики Холла 7 ДП. Обмотки СД и СГ выполнены с зубцовым шагом [3]. Соотношение числа полюсов (2р) на роторе и числа зубцов (Z) на статоре в таких электрических машинах определяется выражением
где k - число зубцов в фазовой группе (т.е. число смежных зубцов, на которых размещены секции одной фазы обмотки статора), m - число фаз в обмотке. Число фазовых групп в каждой фазе обмотки .
Обмотки СД и СГ занимают все фазовые группы на своих магнитопроводах, а элементы (ДХ) ДП размещаются на зубцах магнитопровода одной фазовой группы (фиг. 2) или двух диаметрально расположенных фазовых групп (фиг. 3) обмотки СГ.
Представленный на фиг. 2 вариант предлагаемого ИА имеет следующие параметры. Число зубцов на статоре 8 Z=36, число полюсов на роторе 9 2р=30, число фаз m=3, величина k=2 и значение km=6. Число N ДХ 7 в ДП N=km=6. Однако при необходимости подавления четных гармоник в выходных сигналах ДП используют второй комплект диаметрально расположенных ДХ 7' (см. фиг. 3) [4]. Тогда суммарное число ДХ будет равно NΣ=6+6=12. ДХ установлены в зазоре СГ в углублениях на торцах зубцов фазовых групп, расположенных под углом в 120°. Выбор величины k=2, во-первых, увеличивает число полюсов в 1.25 раза, т.к. km=6 (см. форм. 1), и, во-вторых, повышает число ДХ, т.к. N=km. Это улучшает форму статорного тока (в нем нет низких гармоник с 3 по 9 включительно, т.к. в данном случае ). При этом уменьшается пульсация момента ΔM СД и выходного напряжения ΔU ДС в 4 раза при увеличении частоты пульсации в 2 раза, т.к. [3]
Последнее дает возможность уменьшить постоянную времени фильтра ДС в 8 раз.
Размещение обмоток СД и СГ во всех пазах магнитопроводов (в том числе и на диаметрально расположенных) и использование двух комплектов расположенных диаметрально ДХ обеспечивает подавление четных гармоник в токе статора СД, в выходном напряжении СГ и в выходных сигналах ДП.
Кроме того, такое размещение обмоток СД и СГ повышает момент СД и крутизну СГ, а также уменьшает величину взаимоиндуктивности LДГ (т.к. взаимоиндуктивная связь обмоток осуществляется через воздушный зазор между лобовыми частями, а для дальнейшего уменьшения величины LДГ можно поставить кольцевой экран между обмотками СД и СГ).
Отметим, что аналогичные характеристики ИА можно получить и в конструкции прототипа, но при этом длина магнитопровода должна быть увеличена в 1,32 раза. Это можно показать следующим образом. Предварительно отметим, что уменьшение величины LДГ в таких конструкциях осуществляется за счет введения так называемых "экранирующих" зубцов, где нет обмоток ни СД, ни СГ [3]. В приводах астроинструментов с большим диаметром ИА и большим числом зубцов (Z=72, 2р=60) [3] используют по три экранирующих зубца с каждой стороны диаметрально расположенных секций обмотки СГ. Но при Z=36 можно ограничиться одним зубцом с каждой стороны. Тогда число зубцов ZД, выделенных под обмотку СД, будет равно
а величина момента будет равна
Величина момента прототипа
Следовательно, для получения заданного момента длина магнитопровода ИА должна быть увеличена в раза.
Таким образом, предлагаемое устройство ИА обладает лучшими техническими характеристиками и обеспечивает заданную величину момента СД и крутизны СГ при меньшей длине магнитопровода.
Источники информации
1. Патент РФ №2112309. Электроагрегат. В.Н. Бродовский, Б.Н. Каржавов, В.П. Петухов, Ю.П. Рыбкин Б.И. №15. 1998 г.
2. Патент РФ №2392730. Электрический следящий привод. Б.Н. Каржавов, Н.В. Буторин, В.Н. Бродовский. Б.И. №17. 2010 г.
3. М.В. Баранов, В.Н. Бродовский, Д.В. Зимин, Б.Н. Каржавов. Электричекие следящие приводы с моментным управлением исполнительными двигателями. М. Из-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2006 г.
4. Б.Н. Каржавов. Построение синхронных агрегатов для электроприводов с управлением моментом исполнительного двигателя. Электричество. 2013 г. №4.
Claims (2)
1. Исполнительный агрегат электропривода, содержащий многополюсный ротор и зубчатый статор, на котором размещены обмотки синхронного двигателя и синхронного генератора, выполненные с зубцовым шагом, а также элементы датчика положения, отличающийся тем, что статор исполнительного агрегата выполнен в виде двух магнитопроводов, на одном из которых размещена обмотка синхронного двигателя, а на другом - обмотка синхронного генератора и элементы датчика положения, причем указанные обмотки занимают все пазы своего магнитопровода, а элементы датчика положения размещены на зубцах одной из фазовых групп соответствующей фазы синхронного генератора и расположены относительно друг друга под углом в ϕ радиан, где для нечетного и для четного числа фаз исполнительного агрегата.
2. Исполнительный агрегат электропривода по п. 1, отличающийся тем, что датчик положения снабжен вторым комплектом элементов, размещенных на зубцах диаметрально расположенных фазовых групп обмоток синхронного генератора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017103150A RU2653065C1 (ru) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Исполнительный агрегат электропривода |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017103150A RU2653065C1 (ru) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Исполнительный агрегат электропривода |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2653065C1 true RU2653065C1 (ru) | 2018-05-07 |
Family
ID=62105721
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017103150A RU2653065C1 (ru) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Исполнительный агрегат электропривода |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2653065C1 (ru) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU773884A1 (ru) * | 1978-09-26 | 1980-10-23 | Предприятие П/Я В-8670 | След щий электропривод |
GB2166308B (en) * | 1984-10-19 | 1989-05-24 | Kollmorgen Tech Corp | Servomotor control systems |
EP0271590B1 (en) * | 1986-06-30 | 1992-11-11 | Fanuc Ltd. | Robot control apparatus |
US5272423A (en) * | 1991-01-26 | 1993-12-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Velocity control method for a synchronous AC servo motor |
RU2087068C1 (ru) * | 1995-03-13 | 1997-08-10 | Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики | Электропривод |
SU1019976A1 (ru) * | 1978-05-30 | 2001-04-10 | В.Н. Бродовский | Следящий электропривод |
RU2188494C1 (ru) * | 2001-04-16 | 2002-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики" | Вентильный электродвигатель с встроенными датчиками скорости и углового положения ротора |
RU2392730C1 (ru) * | 2008-12-29 | 2010-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики" | Электрический следящий привод |
-
2017
- 2017-01-31 RU RU2017103150A patent/RU2653065C1/ru active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1019976A1 (ru) * | 1978-05-30 | 2001-04-10 | В.Н. Бродовский | Следящий электропривод |
SU773884A1 (ru) * | 1978-09-26 | 1980-10-23 | Предприятие П/Я В-8670 | След щий электропривод |
GB2166308B (en) * | 1984-10-19 | 1989-05-24 | Kollmorgen Tech Corp | Servomotor control systems |
EP0271590B1 (en) * | 1986-06-30 | 1992-11-11 | Fanuc Ltd. | Robot control apparatus |
DE3782625T2 (de) * | 1986-06-30 | 1993-03-25 | Fanuc Ltd | Robotersteuerungsanordnung. |
US5272423A (en) * | 1991-01-26 | 1993-12-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Velocity control method for a synchronous AC servo motor |
RU2087068C1 (ru) * | 1995-03-13 | 1997-08-10 | Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики | Электропривод |
RU2188494C1 (ru) * | 2001-04-16 | 2002-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики" | Вентильный электродвигатель с встроенными датчиками скорости и углового положения ротора |
RU2392730C1 (ru) * | 2008-12-29 | 2010-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики" | Электрический следящий привод |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6998750B2 (en) | Permanent magnet type three-phase AC rotary electric machine | |
CA1273980A (en) | Electrical machine with unequal pole faces | |
US7834506B2 (en) | Winding structure of rotating electric machine | |
CN102315738B (zh) | 发电机、风力涡轮机、组装发电机的方法 | |
RU2543993C2 (ru) | Электрдвигатель и/или генератор с механической подстройкой постоянного магнитного поля | |
US20100289370A1 (en) | Synchronous motor having 12 stator teeth and 10 rotor poles | |
JP6291597B2 (ja) | ギアレス風力タービンの同期発電機 | |
US11515771B2 (en) | Alternating-current driven, salient-teeth reluctance motor with concentrated windings | |
US20070040466A1 (en) | Electric machine with an induction rotor | |
Dajaku et al. | An improved fractional slot concentrated winding for low-poles induction machines | |
ATE467947T1 (de) | Elektrische maschine für den propulsionsantrieb eines u-boots mit einer permanentmagnetisch erregten synchronmaschine | |
CN104158376A (zh) | 一种能够降低电磁激振力的有刷直流电机 | |
US7467456B2 (en) | Method of arranging a resolver | |
RU2653065C1 (ru) | Исполнительный агрегат электропривода | |
EP2288006A2 (en) | A homopolar machine | |
RU2652102C1 (ru) | Вентильный электродвигатель | |
CN112332713B (zh) | 一种用于双段式电励磁双凸极电机的转矩分配控制方法 | |
CN106787599B (zh) | 一种带有反向槽的永磁同步线形电机 | |
CN109980824B (zh) | 电机、致动单元和用于操作电机的方法 | |
CN208955756U (zh) | 旋转电机的定子以及旋转电机 | |
RU2656882C1 (ru) | Исполнительный агрегат электропривода | |
KR20210104351A (ko) | 코깅 토크 저감 고효율 영구자석 발전기 | |
RU2693935C1 (ru) | Электромеханический преобразователь для электропривода вертикального перемещения регулирующего органа | |
RU199115U1 (ru) | Отказоустойчивый пятифазный асинхронный двигатель с комбинированной обмоткой | |
GB2569142A (en) | An interior permanent magnet motor |