RU2724926C1 - Электрический следящий привод - Google Patents
Электрический следящий привод Download PDFInfo
- Publication number
- RU2724926C1 RU2724926C1 RU2019131850A RU2019131850A RU2724926C1 RU 2724926 C1 RU2724926 C1 RU 2724926C1 RU 2019131850 A RU2019131850 A RU 2019131850A RU 2019131850 A RU2019131850 A RU 2019131850A RU 2724926 C1 RU2724926 C1 RU 2724926C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- generator
- synchronous generator
- teeth
- synchronous
- 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
- H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
-
- 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
- H02P6/12—Monitoring commutation; Providing indication of commutation failure
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих системах регулирования. Технический результат заключается в увеличении выходной мощности и улучшении технических характеристик привода, а именно: в увеличении момента двигателя и крутизны генератора, снижении пульсации момента и выходного напряжения преобразователя сигналов и уменьшении постоянной времени сглаживающего фильтра. Электрический следящий привод содержит исполнительный агрегат, на валу которого размещены синхронный двигатель, синхронный генератор и датчик положения, выполненный на датчиках Холла, а также схему управления, включающую в себя входное устройство, усилитель мощности с формирователем управляющих сигналов на входе и преобразователь сигналов синхронного генератора, выполненный на однополупериодных выпрямителях тока. Синхронный генератор и преобразователь сигналов синхронного генератора выполнены трехфазными, а синхронный двигатель, усилитель мощности и формирователь управляющих сигналов выполнены двухфазными. Число зубцов в фазовой группе обмотки синхронного генератора выбрано равным n=cm, где m- число фаз генератора, с - целое число; число зубцов в фазовой группе обмотки синхронного двигателя выбрано равным n=cm, где m- число фаз двигателя, а число зубцов, выделенных для размещения N датчиков Холла, определяется формулой: n=N=cmm. Датчики Холла и секции обмотки синхронного генератора соответствующей фазы размещены на зубцах диаметрально расположенных групп; четные - на базовой, а нечетные - на диаметрально расположенной фазовой группе. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в следящих системах регулирования.
Известны электроприводы [1], в которых исполнительный двигатель, комбинированный датчик положения и датчик скорости выполнены на одном магнитопроводе [2] и содержащие схему разделения сигналов синхронного генератора и датчика положения. Недостатком таких приводов является сложность конструкции и схем преобразования сигналов синхронного генератора и датчика положения.
Наиболее близким к предлагаемому решению является электрический следящий привод, содержащий исполнительный агрегат (ИА), на валу которого размещены синхронный двигатель (СД), синхронный генератор (СГ) и датчик положения (ДП), выполненный на датчиках Холла, а также схему управления (СУ), включающую в себя входное устройство (ВУ), усилитель мощности (УМ) с формирователем управляющих сигналов (ФУС) на входе и преобразователь сигналов (ПС) синхронного генератора, выполненный на однофазных однополупериодных выпрямителях тока. Причем синхронный генератор и преобразователь сигналов синхронного генератора выполнены трехфазными [3].
Недостатком указанного электрического следящего привода является ограниченная мощность усилителя мощности и синхронного двигателя, высокая пульсация момента синхронного двигателя и выходного напряжения преобразователя сигналов синхронного генератора, а также большая постоянная времени сглаживающего фильтра преобразователя сигналов.
Технической задачей является упрощение конструкции и схем преобразования сигналов синхронного генератора и датчика положения, а также улучшение характеристик силовой части электропривода.
Технический эффект данного предложения заключается в увеличении выходной мощности и улучшении технических характеристик привода, а именно: увеличении момента двигателя и крутизны генератора, снижение пульсации момента и выходного напряжения преобразователя сигналов и уменьшение постоянной времени сглаживающего фильтра.
Поставленная техническая задача решается тем, что известный электрический следящий привод, содержащий исполнительный агрегат, на валу которого размещены синхронный двигатель, синхронный генератор и датчик положения, выполненный на датчиках Холла, а также схему управления (СУ), включающую в себя входное устройство, усилитель мощности с формирователем управляющих сигналов на входе и преобразователь сигналов синхронного генератора, выполненный на однополупериодных выпрямителях тока, причем синхронный генератор и преобразователь сигналов синхронного генератора выполнены трехфазными, а синхронный двигатель, усилитель мощности и формирователь управляющих сигналов выполнены двухфазными, при этом число зубцов в фазовой группе обмотки синхронного генератора выбрано равным n=cmг, где mГ - число фаз генератора, с - целое число, число зубцов в фазовой группе обмотки синхронного двигателя выбрано равным т=cmд, где mД - число фаз двигателя, а число зубцов, выделенных для размещения N датчиков Холла определяется формулой
m=N=cmгmд;
датчики Холла и секции обмотки синхронного генератора соответствующей фазы размещены на зубцах диаметрально расположенных групп; четные - на базовой, а нечетные - на диаметрально расположенной фазовой группе.
На фиг. 1 представлена структурная схема электрического следящего привода.
На фиг. 2а и 2б даны два способа расположения датчиков Холла: на фиг. 2а - при расположении датчиков Холла на зубцах одной фазовой группы; 2б - при расположении датчиков Холла на зубцах диаметральных фазовых групп.
На фиг. 3 приведена схема одной фазы усилителя мощности с формирователем управляющих сигналов на входе. На фиг. 4 приведена схема преобразователя сигналов синхронного генератора в реверсивный сигнал постоянного тока.
Привод содержит (фиг. 1) исполнительный агрегат, в который входят синхронный двигатель 1 с зубчатым магнитопроводом и двухфазной обмоткой, синхронный генератор 2 с трехфазной обмоткой и датчик положения 3, выполненный на шести (m=3, n=1) датчиках Холла. Общий выходной вал исполнительного агрегата связан (непосредственно или через механический силовой редуктор) с нагрузкой 4, к которой (через приборный редуктор или непосредственно) подсоединен датчик угла 5 с электронным преобразователем угла (ПУ) 6, а также схему управления, в которую входят усилитель мощности 7, охваченный обратной связью по току, формирователь управляющих сигналов 8, входное устройство (ВУ) 9, сглаживающий фильтр 10, преобразователь сигналов синхронного генератора 11.
Исполнительный агрегат (фиг. 2а и 2б) выполнен на едином магнитопроводе с двадцатью четырьмя пазами и зубцами Z нa статоре 12 и 20 полюсами (Р=10) на роторе 13. Обмотка синхронного двигателя 14 выполнена двухфазной, а обмотка синхронного генератора - трехфазной по две (n=1) секции 15 в каждой фазе, размещенных на смежных зубцах, образующих фазовую группу.
Обмотки синхронного двигателя могут размещаться во всех пазах исполнительного агрегата или занимать только те пазы, где нет обмоток синхронного генератора. В последнем случае существенно уменьшается взаимоиндуктивность обмоток синхронного генератора и синхронного двигателя, которая ограничивает полосу пропускания электрического следящего привода. Элементы датчика положения - датчики Холла 16 и обмотки синхронного генератора могут размещаться на зубцах одной фазовой группы (фиг. 2а) или на зубцах диаметральных фазовых групп (фиг. 2б). Такое размещение секций обмоток синхронного генератора и расположение датчиков Холла обеспечивает снижение амплитуд четных гармоник (до трех раз) в выходном напряжении синхронного генератора и датчика положения, из которого могут возникнуть из-за технологических погрешностей изготовления и сборки исполнительного агрегата.
Усилитель мощности 7 выполнен двухфазным, каждая фаза которого (см. фиг. 3) содержит выходной каскад на четырех ключах 17-20 с трансформатором (датчиком) тока (ДТ) 21 на выходе для придания ему свойств усилителя тока. Это обеспечивает повышенное быстродействие и высокую надежность схемы электрического следящего привода. Управление усилителем мощности осуществляется от формирователя управляющих сигналов 8, выполненного на резисторно-ключевых схемах (РКС) 22, проводимость которых распределена по косинусному закону в соответствии с формулой:
Gij=С0сos[α0+π/N(i-1)-φ(j-1)],
где N - число датчиков Холла; α0=90°; ϕ=90°⋅(π/m); 1≤i≤6; 1≤j≤2.
Это обеспечивает близкую к синусоиде (квазисинусоидальную - см. фиг. 3) форму кривой статорного тока (с отсутствием высших гармоник с третьей по девятую включительно), что улучшает плавность вращения и уменьшает нагрев обмоток синхронного двигателя.
Управление ключами формирователя управляющих сигналов осуществляется сигналами датчиков Холла. Применение двухфазной схемы усилителя мощности повышает его выходную мощность (равную Р=2⋅E⋅I) по сравнению с выходной мощностью трехфазного инвертора (равную Р=√3⋅E⋅I) в 1,16 раза.
Преобразователь сигналов синхронного генератора 11 выполнен на шести (n=1, m=3) резистивно-ключевых схемах 23 (см. фиг. 4), управляемых сигналами датчиков Холла и выполняющих в данном случае роль однополупериодных выпрямителей тока. На вход выпрямителей тока подается напряжение с соответствующей секции обмотки СГ, напряжение на которой сдвинуто на 90 электрических градусов по отношению к сигналу одноименного датчика Холла. В этом случае на выходе преобразователя сигналов образуется напряжение (см. фиг. 4), идентичное выходному напряжению шестифазного двухполупериодного выпрямителя напряжения с пульсацией, определяемой величиной ΔU=1,24/N2, то есть в 4 раза меньшей амплитуды и в 2 раза большей частоты (ωпул=2⋅N⋅ω1), чем в схеме прототипа (при N=3) [4].
Это обстоятельство дает возможность в 8 раз уменьшить емкость конденсатора фильтра и, соответственно, его постоянную времени, что повышает полосу пропускания электрического следящего привода и увеличивает точность его работы.
Входное устройство 9 (фиг. 1) является узлом сравнения сигналов Uα, UΩ и сигнала задания угла Uα1, а также содержит выходной усилитель. Сглаживающий фильтр 10 (фиг.1) представляет собой интегропропорциональное звено с двумя входами для сигналов Uα2 и UΩ соответственно.
Привод работает следующим образом. При подаче на его вход сигнала задания угла Uα1 (фиг. 1) входное устройство 9 (с помощью входящих в него узлов сравнения) вырабатывает сигнал ошибки UΔ, являющийся управляющим сигналом (напряжением Uy на фиг. 1 и фиг. 3) для формирователя управляющих сигналов 8. Формирователь управляющих сигналов с помощью сигналов датчиков Холла датчика положения 3 вырабатывает сигнал (ток iy) управления усилителем мощности 7, который формирует ток статора СД для создания вращающего момента М. Если величина ошибки UΔ=Uy=Uα1-Uα2-UΩ - положительная, привод начинает набирать обороты, а если Uy - отрицательная, то привод тормозится с последующим реверсом при отрицательном значении Uα1.
Формирование сигнала главной обратной связи по углу Uα с помощью суммирования двух сигналов Uα2 с выхода преобразователя угла 6 (рис. 1) и UΩ с выхода преобразователя сигналов СГ 11 на входе интегропропорционального звена (сглаживающего фильтра 10) сделано для исключения запаздывания в формировании сигнала Uα2.
Таким образом, предлагаемый двухфазный электрический следящий привод обеспечивает повышенную (на 16% по сравнению с трехфазной схемой) мощность при одних и тех же значениях тока через силовые ключи усилителя мощности 7 и напряжения питания Е и меньшие потери мощности в СД (более высокий КПД) и, соответственно, уменьшая его нагрев. При этом увеличивается плавность вращения за счет снижения пульсаций момента (ΔМ/М=1,24/N2 и выходного напряжения ПС в 4 раза [4].
Кроме того, за счет уменьшения запаздывания в цепи формирования скоростного и углового сигналов расширяется полоса пропускания электрического следящего привода и увеличивается точность в отработке входного сигнала, в том числе и на высоких частотах его изменения.
Источники информации
1. Патент РФ №2087068 БИ №22 1997 г. Электропривод. В.Н. Бродовский, Б.Н. Каржавов, В.П. Петухов, Ю.П. Рыбкин;
2. Патент РФ №2112309 БИ №15 1998 г. Электроагрегат. В.Н. Бродовский, Б.Н. Каржавов, В.П. Петухов, Ю.П. Рыбкин;
3. Патент РФ №2392730 БИ №17 2010 г. Электрический следящий привод. Б.Н. Каржавов, Н.В. Буторин, В.Н. Бродовский;
4. М.В. Баранов, В.Н. Бродовский, А.В. Зимин, Б.Н. Каржавов. Электрические следящие приводы с моментным управлением исполнительными двигателями. М. Из-во МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2006 г.
Claims (3)
1. Электрический следящий привод, содержащий расположенные на одном валу исполнительный двигатель, датчик положения ротора, выполненный на датчиках Холла, и синхронный генератор как датчик скорости вращения, а также усилитель мощности, формирователь управляющих сигналов и преобразователь напряжения синхронного генератора в тахометрический сигнал корректирующей цепи, причем синхронный генератор и преобразователь напряжения выполнены трехфазными, отличающийся тем, что исполнительный двигатель, формирователь управляющих сигналов и усилитель мощности выполнены двухфазными, для чего число зубцов в фазовой группе обмотки синхронного генератора выбрано равным n=cmг, где mГ - число фаз генератора, с - целое число, число зубцов в фазовой группе обмотки синхронного двигателя выбрано равным n=сmд, где mД - число фаз двигателя, а число зубцов, выделенных для размещения N датчиков Холла определяется формулой
n=N=cmгmд.
2. Электрический следящий привод по п. 1, отличающийся тем, что датчики Холла и секции обмотки синхронного генератора соответствующей фазы размещены на зубцах диаметрально расположенных групп: четные - на базовой, а нечетные - на диаметральной фазовой группе.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019131850A RU2724926C1 (ru) | 2019-10-09 | 2019-10-09 | Электрический следящий привод |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019131850A RU2724926C1 (ru) | 2019-10-09 | 2019-10-09 | Электрический следящий привод |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2724926C1 true RU2724926C1 (ru) | 2020-06-26 |
Family
ID=71135755
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019131850A RU2724926C1 (ru) | 2019-10-09 | 2019-10-09 | Электрический следящий привод |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2724926C1 (ru) |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0065614A1 (de) * | 1981-05-23 | 1982-12-01 | Robert Bosch Gmbh | Reaktionsschneller Servoantrieb |
DE4310772A1 (de) * | 1993-04-02 | 1994-10-06 | Fritz A Seidel Elektro Automat | Reluktanzmotor als Servoantrieb |
RU2087068C1 (ru) * | 1995-03-13 | 1997-08-10 | Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики | Электропривод |
RU2112309C1 (ru) * | 1995-03-13 | 1998-05-27 | Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики | Электроагрегат |
WO2002093112A1 (fr) * | 2001-05-11 | 2002-11-21 | Sony Corporation | Servo-moteur et capteur de position |
JP4281167B2 (ja) * | 1999-09-07 | 2009-06-17 | ブラザー工業株式会社 | 位置決め制御装置および位置決め制御方法 |
RU2392730C1 (ru) * | 2008-12-29 | 2010-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики" | Электрический следящий привод |
CN1823310B (zh) * | 2003-05-22 | 2010-10-13 | Abb股份有限公司 | 控制工业机器人的设备和方法 |
RU2656882C1 (ru) * | 2017-07-11 | 2018-06-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Исполнительный агрегат электропривода |
RU2695804C1 (ru) * | 2018-02-07 | 2019-07-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Следящий электропривод с синхронным исполнительным двигателем |
-
2019
- 2019-10-09 RU RU2019131850A patent/RU2724926C1/ru active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0065614A1 (de) * | 1981-05-23 | 1982-12-01 | Robert Bosch Gmbh | Reaktionsschneller Servoantrieb |
DE4310772A1 (de) * | 1993-04-02 | 1994-10-06 | Fritz A Seidel Elektro Automat | Reluktanzmotor als Servoantrieb |
RU2087068C1 (ru) * | 1995-03-13 | 1997-08-10 | Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики | Электропривод |
RU2112309C1 (ru) * | 1995-03-13 | 1998-05-27 | Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики | Электроагрегат |
JP4281167B2 (ja) * | 1999-09-07 | 2009-06-17 | ブラザー工業株式会社 | 位置決め制御装置および位置決め制御方法 |
WO2002093112A1 (fr) * | 2001-05-11 | 2002-11-21 | Sony Corporation | Servo-moteur et capteur de position |
CN1823310B (zh) * | 2003-05-22 | 2010-10-13 | Abb股份有限公司 | 控制工业机器人的设备和方法 |
US7872436B2 (en) * | 2003-05-22 | 2011-01-18 | Abb Ab | Control method for a robot |
RU2392730C1 (ru) * | 2008-12-29 | 2010-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики" | Электрический следящий привод |
RU2656882C1 (ru) * | 2017-07-11 | 2018-06-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Исполнительный агрегат электропривода |
RU2695804C1 (ru) * | 2018-02-07 | 2019-07-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Следящий электропривод с синхронным исполнительным двигателем |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
RU 2112309 C1, (27.05.1998. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bianchi et al. | Innovative remedial strategies for inverter faults in IPM synchronous motor drives | |
KR890004574B1 (ko) | 2상(相) 90도 전동기 | |
JP6101809B2 (ja) | エネルギー変換システム | |
CN106533310B (zh) | 一种直流偏置正弦电流电机控制器 | |
US10263557B2 (en) | Drive system | |
WO2014115498A1 (ja) | 電力変換装置、電力変換方法、モータシステム | |
JP4432396B2 (ja) | 9相モータ駆動装置 | |
Hashem et al. | Speed control of switched reluctance motor based on fuzzy logic controller | |
RU2724926C1 (ru) | Электрический следящий привод | |
Zhou et al. | Self-optimizing control of advanced commutation angle for doubly salient electromagnetic machine | |
US9825568B2 (en) | Drive system | |
RU2392730C1 (ru) | Электрический следящий привод | |
JP2018117448A (ja) | 回転電機システム | |
Hosseyni et al. | Fault tolerant vector controlled five-phase permanent magnet synchronous motor drive with an open phase | |
Hao et al. | Large power analysis of switched reluctance machine system for coal mine | |
Tatte et al. | Modified Direct Torque Control Technique of Induction Motor for Torque Ripple and Common-Mode Voltage Reduction with Neutral-Point Voltage Balancing | |
Benyoussef et al. | THREE-LEVEL DIRECT TORQUE CONTROL BASED ON BALANCING STRATEGY OF FIVE-PHASE INDUCTION MACHINE: n/a | |
RU2656999C1 (ru) | Многодвигательный привод поворотной платформы | |
Pierre et al. | Torque ripple minimization in Switch Reluctance Motor using Model Predictive Control for water pumping application | |
ElShawarby et al. | DC Voltage and Torque Ripple Mitigation in Modular PMSG Drives for Off-Shore Multi-MW WECSs with Linear SPWM modulation | |
Babu et al. | FPGA based speed controller for 8/6 switched reluctance motor using hysteresis controller | |
Naresh et al. | Impedance Source Inverter Fed Permanent Magnet BLDC Motor. | |
US4309647A (en) | Commutatorless motor device | |
Tanaka et al. | Improved performance of independent two induction motor drives fed by a four-leg inverter with vector control method | |
Jose et al. | A nine switch Z-source inverter for independent control of Two three-phase motors |