SU1046864A1 - Реверсивный вентильный электродвигатель - Google Patents

Abstract

РЕВЕРСИВНЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТЮДВИГАТЕЛЬ, содержащий ротор, тор с обмоткой  кор , секции которой сое нены с выходом однопол рного полупрово никового коммутатора, управл ющие цепи SU,,,, 1046864 3

Description

Изобретение относитс  к электрическим машинам, а именно к электрическим двигател м посто нного тока с бесконтактной ком мутацией, осуществл емой с помощью полупро водниковых приборюв, и может быть использовано , преимущественно, в электрических ма Н1инах, работающих в качестве реверсивных моментных двигателей систем управлени  объектов различного назначени  со стабилизированной скоростью вращени . Известен реверсивный вентильный электродвигатель , содержащий ротор, статор, датчик положени  ротора (ДП) и электронный коммутатор , в котором коммутащ1  секции  кор  осун1ествл етс  дискретно по сигналам ДП им пульсного типа 1. Недостатком такого электродвигател   вл  етс  нестабильность скорости вращени , вызванна  пульсацией вращающего момента всле ствие дискретности коммутации. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  реверсивный вентильный электродвигатель, содержащий ротор , статор с обмоткой  кор , секции которой соединены с выходом полупроводникового коммутатора, управл ющие цепи ключей которого соединены с выходом датчика положени  ротора, блок измерени  модул  скорос ти врап1ени , выполненный в виде выпр мител  фазных ЭДС, нагруженного на фильтр, задатчик скорости и сумматор 2. Недостаток известного двигател  заключаетс  в низкой устойчивости работы при реверсе . Цель изобретени  - повыщение устойчивости работы двигател . Поставленна  цель достигаетс  тем, что известный реверсивный вентильный электродвигатель , содержащий ротор, статор с обмоткой  кор , секции которой соединены с выходом однопол рного полупроводникового коммутатора , управл ющие цепи ключей которого соединены с выходом датчика положени  ротора, блок измерени  модул  скорости, вьптолненный в виде вьпф мител  фазных ЭДС, нагруженного на фильтр низких частот, задатчик скорости вращени  и сумматор, дополнительно снабжен блоком изменени  знака и дифференцирующим звеном, причем блок изменени  знака подключен между выходом фильтра и первым входом сумматора, его управл ющий вход подключен к выходу задатчика скорости, св занному через дифференцирующее звено с вторым входом сумматора. На фиг. 1 представлена функциональна  схема реверсивного вентильного двигател ; на фиг. 2 - пример схемы однопол рного усилител  посто нного тока; на фиг. 3 - часть принципиальной злектртеской схемы реверсив 64,2 ного вентильного двигател , на фиг. 4 временные дааграммы, по сн ющие работу устройства при одностороннем вращении; на фиг. 5 - то же, при реверсе. Реверсивный вентильный электродвигТтель содержит (фиг.1) задатчик 1 скорости с выходом на посто нном токе, модул тор 2, двухфазную синхронную машину 3 с посто нными магнитами на роторе 4 и двум  секци ми 5 и 6 обмотки  кор , расположеггаой на статоре , а также синусо-косинусный вращающийс  трансформатор 7 ( вл ющийс  датчиком положени  ротора 4), первична  обмотка 8 которого подключена к выходу модул тора 2, а вторичные синусна  9 и косинусна  10 обмотки через фазочувствительные выпр мители 11 и 12 и усипители 13 и 14 посто нного тока подключены к первым выводам 15 и 16 секций 5 и 6 обмотки  кор . Вентильный двигатель дополнительно снабжен последовательно включенными блоком 17 измерени  модул  скорости вращени , блоком 18изменени  знака, образующими тахометрическую обратную св зь и подключенными к первому входу дополнительно веденного элемента 19 сравнени , а также дифференцирую|щим звеном 20, включенным между задатчиком 1 скорости и вторым входом элемента 19сравнени . Управл ющий вход блока 18 изменени  знака через релейный элемент 21 также подключен к выходу задатчика 1 скорости . Кроме того, средние точки каждой секции 5 и 6 обмотки  кор  синхронного двигател  3 соединены с общей шиной 22, а вторые вывоД1 1 23 и 24 соединены через дополнительные усилители 25 и 26 посто нного тока и последовательно с ними включенные инверторы 27 и 28 с выходами соответствующих фазочувствительных выпр мителей 11 и 12. Все усилители 13, 14, 25 и 26 выгголнены однопол рными , т.е. их выходные напр жени  имеют один знак. Блок 17 измерени  модул  скорости вращени  выполнен в виде четырех диодов 29 32 , отрицательные электроды которых подключены к выводам 15, 23, 16 и 24 секций 5 и 6  кор , а положительные электроды соединены вместе и подключены к фильтру 33 нижних частот,1зыполненному, например, в виде ЬС фильтра. Направление включени  диодов 29, 30, 31 и 32, указанное на фиг. 1, соответствует случаю положительной пол рности (относительно общей шины 22) напр жений на выходах однопол рных усилителей 13, 14, 25 и 26. В случае применени  усилителей 13, 14, 25 и 26 посто нного тока с отрицательной пол рностью выходных напр жений направление включени  диодов 29 - 32 должно быть изменено на противоположное. Однопол рные усилители 13, 14, 25 и 26 могут быть выполнены, например, в виде операционного усилител  34, (фиг.2), входы которого через резисторы 35 и 36 соединены соответственно с инвертирующим 37 (вход II) и неинвертирующим 38 (вход 1) входами усилител , а выход через транзисторы 39 и 40 подключен к выводу 15 секщш 5 обмотки  кор  синхронного двигател  3. Резисторы 41- и 42 служат дл  выбора рабочих режиMOB транзисторов 39 и 40, а резистор 43 образует цепь отрицательной обратной, св зи. Транзистор 40 подключен к источнику питани  положительной пол рности 4 Uj.. При этом выход фазочувствительного выпр мител  11 должен быть подключен к неинвертирующему вхо ду 38, а инвертирующий вход 37 должен быть соединен с общей шиной 22. Аналогично выполнены и усилители 14, 25 и 26. Инверторы 27 и 28 выполн ютс , например, на операционном усилителе. Однако вместо инверторов 27 и 28 может бь1ть использован инвертирующий вход 37 (вход И) усилителей 25 и 26. При этом неинвертирующий вход 38 (вход I) этих усилителей должен быть соединен с общей 22. Блок 18 изменени  знака (фиг. 3) содерtioiT операционный уеилитель 44 с единичным коэффициентом усилени , оба входа которого соединены с выходом фильтра 33 нижних частот , а неинвертирующий вход соединен с общей щиной 22 через ключ, выполненный на вранзисторе 45. База транзистора 45 черрз релейный , элемент 21, выполненный на компараторе 46, подключена к выходу задатчика 1 ск рости. Элементом 19 сравнени  служит операционный усилит 47, а дифференцирующа  цепь выполнена, например, на резисторе 48 и конденсаторе 49. Реверсивный вентильный электродвигатель работает следующим образом. Сигнал уставки скорости U (фиг. 1), выработанный задатчиком 1 скорости, пройд  через дифференцирующую цепь 20, сравниваетс  в элементе 19 сравнени  с сигналом обрат ной св зи Up. Полученный при этом сигнал ощибки и 5 поступает через модул тор 2 на первичную обмотку 8 вращающегос  трансфор матора 7, в результате чего на его вторичных обмотках 9 и 10 вырабатываютс  напр жени , измен ющиес  по гармоническому закону, но сдвинутые друг относительно друга на 90 эл. град. Пройд  через соответствующие фазочувствительные выпр мители 11 и 12, эти напр жени  (Ug и Up ) (фиг. 4 q и Ь ) поступают на усилители 13, 14, 25 и 26. Так . как усилители имеют однопол рный положительный выход (фиг. 2), то на выходах усилителей 13 и 14 по вл етс  напр жение только при положительной полуволне входных напр жений Uj- и Kg, а на выходах усилителей 25 и 26 (которые включены через инверторы 27 и 28) - только при отрицательной полуволне входных напр жений Uj и Ug (фиг. 4c-i зти рабочие полуволны выходных напр жений показаны сплощной линией и зааггрихованы). В другие полупериоды соответствующие усилители закрыты и на их выходах напр жени  отсутствуют. Так как секции 5 и 6 обмотки  кор  сдвинуты одна относительно другой на 90 эл. град., а половины этих секций включены встречно, то кажда  секци  создает магнитный поток, измен ющийс  по гармоническому закону. Сумма зтих потоков образует вращающеес  магнитное поле в расточке статора взаимодействие которого с полем, образуемым посто нными магнитами ротора 4, создает посто нный вращающий момент электродвигател , привод щий его ротор 4 во вращение. Таким образом, в рабочие полупериоды (на фиг. 4 с защтрихованы) напр жени  U, 1)2, и,и U4 обеспеч1геают непрерывное вращение ротора 4 синхронного двигател  3. В нерабочие полупериоды в секци х 5 и 6 обмотки  кор  навод тс  ЭДС вращени  отрицательной пол рности (на фиг. 4 с - i щтрихова  лини ), которые через диоды 29 - 32 поступаюг на вход фильтра 33 нижних частот и суммируютс  на нем, образу  напр жение U (фиг. 4§.). Среднее значение этого напр жени  (J , выделенное фильтром 33 нижних частот и пропорциональное модулю скорости вращени  ротора. 4, поступает на блок 18 изменени  знака. Если предположить, что ключ, собранный на транзисторе 45 (фиг. 3), открываетс  напр жением отрицательной пол рности и закрываетс  напр жением положительной, то при полож-ительной пол рности уставки напр жени  Uy и инвертирующем включении релейного элемента 21 транзистор 45 открыт, поэтому операшюнный усилитель 44 работает в инвертирующем режиме.и напр жение обратной св зи имеет положительную пол рность. При отрицательной пол рности напр жени  U уставки скорости транзистор 45 закрыт, операционный усилитель 44 работает в неинвертирующем режиме и напр жение обратной св зи UQJ. U , т.е. имеет отрицательную пол рность. Таким образом, знак напр жени  обратной св зи всегда совпадает со знаком напр жени  уставки, поэтому напр жение Ug на выходе элемента 19 сравнени  (фиг. 3) пропорционально их разности , т.е. ошибке системы регулироватш скорости . При реверсе вентильпый электродвигатель работает след ющим образом. Если предполож-пть, что до момента t (фиг. 5 а ) напр жение ставки скорости (J положительно, то в момент реверса t оно н ет свой знак. Тогда напр жение U на выхр де дифференцирующего звена 20 имеет вид от рицательного импульса Сфиг. 5 Ь ) с экспонен циально спадающим задним фронтом. В момен реверса t напр жение обратной св зи U. также изменит свой знак (фиг. 5с ), потому что блок 18 реверса, работает таким образом, что знак UQC всегда соответствует знаку . Дале вид напр жени  UQ отражает вид модул  скорости вращени  И двигател , котора  определ етс  напр жением ошибки Ug. Так как напр жение ощибки равно то в момент реверса это напр жение также будет иметь вид отрицательно экспоненциально спадающего импульса (на фиг. 5 показано штриховой линией). Фактически в св зи С насыщением операционного усилител  47 элементу 19 сравнени  (фиг. 3) напр жение ошибки Uj при реверсе в течение промежутка времени t о - t 2 ограничено некоторым максимальным напр жением насыщени  Ug (фиг. 5 о1), которое приводит к ограничению выходных напр жений и - усилителей 13, 14, 25 и 26 (фиг. 2). Насыщение может наступить и вследствие ограничений в модул торе 2 или самих усилител х 13, 14, 25 и 26, причем его можно подобрать таким образом, что реверс двигател  в течение времени tjj - 12 оудет производитьс  при максимально возможных выходных напр жени х усилителей 13, 14, 25 и 26. При этом скорость двигател  52 за врем  П -t уменьшитс  до нул , а затем изменит свой знак (фиг. 5е). Подбира  параметры дифференцирующего звена 20 (например, резистора 48 и конденсатора 49 на фиг. 3), можно мен ть форму напр i JTff й/Л- yCu/ f//7 ме жени  ошибки при реверсе, в частности период насыщени  t. тем самым измен ть скорость переходного процесса и даже его форму, oбecпeчивa i например, переходный процесс с перерегулированием. При зтом, как показал эксперимент, оптимальным  вл етс  выбор посто нной времени дифференцирующего звена (0,5 - 1) т, где Тэм- тромеханическа  посто нна  времени электродвигател . . Кроме того, экспериментальные исследовани  показали, что дифференцирующее звено не только измен ет параметры переходного процесса, но и предотвращает неустойчивую работу вентильного электродвигател . Действительно , если к моменту реверса tg (фиг. 5) напр жение оишбки Ug имеет по какой-либо причине отрицательный знак (например, при наличии BHeaiHHX возмущающих моментов нагрузки или других воздействий, вызывающих пульт сацию скорости вращени ), то в момент реверса t- напр жение ошибки Ug измен ет свой знак на положительный, что вызьгеает не торможение двигател , а его разгон в том же направлении , вследствие чего скорость вращени  5Z начинает возрастать. Это приводит к еще большему увеличению положительного значени  напр жени  ошибки и дальнейшему разгону двигател  вплоть до максимально возможной скорости, когда двигатель становитс  неуправл емым . Таким образом, при отсутствии дифференцирующего звена возможна неустойчива  работа двигател  при реверсе. При наличии дифференцирующего звена така  неустойчивость отсутствует, так как с учетом рассмотренного выше насыщени  (фиг. 5d ) при реверсе цепь обратной св зи перестает вли ть на напр жение ошибки Ug и знак напр жени  ошибки будет определ тьс  только знаком напр жени  уставки скорости + f /

7

f

-

.f

.1

Л

I-о

«7/

-Of

r

Jff

b-w

y

-

Л4

%

/1 I

Ч

J

JT

ff.

;

20

Фг/г.J

Ф1/г.

Claims (1)

1. РЕВЕРСИВНЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий ротор, статор с обмоткой якоря, секции которой соединены с выходом однополярного полупроводникового коммутатора, управляющие цепи ключей которого соединены с выходом датчика положения ротора, блок измерения модуля скорости, выполненный в виде выпрямителя фазных ЭДС, нагруженного на фильтр низких частот, задатчик скорости вращения, сумматор, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости, он снабжен дополнительно блоком изменения знака и дифференцирующим звеном, причем блок изменения знака подключен между выходом фильтра и первым входом сумматора, его управляющий вход подключен к выходу задатчика скорости, связанному через дифференцирующее звено с вторым входом сумматора.

   Фиг. 7