SU1310962A1

SU1310962A1 - Моментный вентильный электропривод

Info

Publication number: SU1310962A1
Application number: SU853990570A
Authority: SU
Inventors: Владимир Алексеевич Соловьев; Александр Михайлович Ланген; Виктор Васильевич Волынкин
Original assignee: Московский Текстильный Институт Им.А.Н.Косыгина
Priority date: 1985-12-19
Filing date: 1985-12-19
Publication date: 1987-05-15

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в прецизионных след щих системах. Целью изоб ретени вл етс повышение точности управлени моментом. Указанна цель достигаетс тем, что в вентильный моментный электропривод введены задатчик 15 электромагнитного момента, блок 17 изменени знака напр жени , регулирующий усилитель 18, второй функциональный преобразователь 19 формы напр жени , два предварительных усилител 20, 21, два управл емых усилител 22, 23, блок 24 выделени модул напр жени и блок 25 реверса. В электроприводе обеспечиваетс измерение электромагнитного момента электродвигател и регулирование его величины по отклонепию от заданного значени . I ил. СЛ оо о со С5 1чЭ

Description

Изобретение относитс к электротехнике , в частности к моментным электродвигател м с неограниченным углом поворота ротора, и может быть использовано в прецизионных след щих системах и в нат жных устройствах.

Целью изобретени вл етс повышение точности управлени электромагнитным моментом вентильного электродвигател .

На чертеже изображена функциональна схема моментного вентильного электродвигател .

Моментный вентильный электродвигатель содержит двухфазную синхронную электрическую машину 1, ротор 2 которой ,„ сочленен с синусно-косинусным датчиком 3 положени ротора, два датчика 4 и 5 тока, включенные в цепи секций 6 и 7 корной обмотки двухфазной синхронной электрической машины 1, два двухвходовых усиВыполнение функциональных преобразователей 14 и 19 может быть различным и зависит от формы ЭДС двухфазной синхронной электрической машины 1. При си- 0 нусоидальной ЭДС функциональные преобразователи 14 и 19 могут быть выполнены в виде линейных усилителей или повторителей напр жени , при трапецеидальной или близкой к пр моугольной формах - в виде усилителей-ограничителей с одинаковым ограничением выходного напр жени обеих пол рностей. В общем случае функциональные преобразователи 14, 19 могут быть выполнены в виде диодных функциональных преобразователей с функцией прелител 8 и 9 тока, к выходам которых под- 20 образовани , позвол ющей из синусоиключены секции 6 и 7 корной обмотки, а к нервым входам - выходы соответствующих датчиков 4 и 5 тока, блок 10 сложени , блок 11 вычитани , два блока 12, 13 умножени и функциональный преобразователь 14 формы напр жени . В электропривод введены задатчик 15 электромагнитного момента, блок 16 определени знака напр жени , блок 17 изменени знака напр жени , регулирующий усилитель 18, второй функциональный преобразователь 19 формы напр жени , два предварительных усилител 20 и 21, два управл емых усилител 22 и 23, блок 24 выделени модул напр жени и блок 25 реверса, при этом к выходу задатчика 15 электромагнитного модального напр жени синусно-косинусного датчика положени ротора 3 получить электрический сигнал, форма которого соответствует форме ЭДС двухфазной синхрон- 25 ной электрической машины 1.

Моментный вентильный электродвигатель работает следуюшим образом.

Выходное напр жение задатчика 15 30 электромагнитного момента, соответствующее по величине и пол рности заданному значению и направлению электромагнитного момента электродвигател , сравниваетс в блоке 11 вычитани с выходным напр жением б. юка 17 изменени знака, предмента подключены через блок 16 определе- 35 ставл ющим собой напр жение обратной

ни знака напр жени управл ющий вход блока 17 изменени знака напр жени и непосредственно один из входов блока 11 вычитани , второй вход которого соединен с выходом блока 17 изменени знака напр жени , а выход через регулирующий усилитель 18 - с входом блока 24 выделени модул напр жени и с входом блока 25 реверса, к выходу которого подключен вход синусно-косинусного датчика 3 положени

40

св зи по электромагнитному моменту электродвигател . Выходное напр жение блока 11 вычитани , равное разности выходных напр жений задатчика 15 электромагнитного момента и блока 17 изменени знака напр жени и одинаковой с ними пол рности , усиливаетс регулирующи.м усилителем 18. Его выходное напр жение подаетс на входы блока 24 выделени модул напр жени и блока 25 реверса. В блоке

ротора, к одному из выходов которого при- 5 25 реверса формируетс электрический сигсоединены входы первого предварительного усилител 20 и первого управл емого усилител 22, а к другому - соответственно входы второго предварительного усилител 21 и второго управл емого усилител 23; управл ющие входы управл емых усилителей подключены к выходу блока 24 выделени модул напр жени , а их выходы соединены с вторыми входами соответствующих двухвходовых усилителей 8, 9 тока, выходы предварительных усилителей 20, 21 через соответственно первый и второй функциональные преобразователи 14, 19 подключены к первым входам соответствую„

щих блоков 12, 13 умножени , вторые входы которых присоединены к выходам соответствующих датчиков 4, 5 тока, а выходы - к входам блока 10 сложени , выход которого подключен к входу блока 17 изменени знака напр жени .

Выполнение функциональных преобразователей 14 и 19 может быть различным и зависит от формы ЭДС двухфазной синхронной электрической машины 1. При си- нусоидальной ЭДС функциональные преобразователи 14 и 19 могут быть выполнены в виде линейных усилителей или повторителей напр жени , при трапецеидальной или близкой к пр моугольной формах - в виде усилителей-ограничителей с одинаковым ограничением выходного напр жени обеих пол рностей. В общем случае функциональные преобразователи 14, 19 могут быть выполнены в виде диодных функциональных преобразователей с функцией пре0 образовани , позвол ющей из синусоидального напр жени синусно-косинусного датчика положени ротора 3 получить электрический сигнал, форма которого соответствует форме ЭДС двухфазной синхрон- ной электрической машины 1.

Выходное напр жение задатчика 15 электромагнитного момента, соответствующее по величине и пол рности заданному значению и направлению электромагнитного момента электродвигател , сравниваетс в блоке 11 вычитани с выходным напр жением б. юка 17 изменени знака, представл ющим собой напр жение обратной

25 реверса формируетс электрический сиг

нал, определ ющий заданное направление развиваемого электродвигателем электромагнитного момента, который поступает на вход синусно-косинусного датчика 3 положени ротора. На его выходе возникают два гармонических напр жени с посто нной амплитудой, сдвинутых одно односи- тельно другого на 90 эл. град. Они поступают одновременно на входы управл емых усилителей 22, 23 и входы соответствующих предварительных усилителей 20, 21. На управл ющие входы управл е.мых. усилителей 22, 23 с выхода блока 24 выделени модул напр жени подаетс напр жение

посто нной пол рности, равное по абсолютной величине выходному напр жению регулирующего усилител 18. Коэффициенты усилени управл емых усилителей 22, 23 измен ютс пр мо пропорционально величине этого напр жени . Усиленные ими выходные напр жени синусно-косинусного датчика 3 положени ротора поступают на вторые входы двухвходовых усилителей 8 и 9 тока, в которых они сравниваютс с действительными значени ми токов секций 6 и 7 корной обмотки, поступающими от соответствующих датчиков 4, 5 тока на первые входы этих усилителей тока. В итоге усилители 8, 9 тока формируют в секци х 6, 7 корной обмотки токи, соответствующие по форме и пр мо пропорциональные по величине входным напр жени м управл емых усилителей 22, 23. Эти токи создают в статоре двухфазной синхронной электрической мащины 1 магнитное поле. В результате взаимодействи его с магнитным поле.м ротора 2 образуетс электромагнитный момент электродвигател , величина которого определ етс по формуле

Мзн(а)

еб(а)1б(а)+ e7(a)i7(a)

соэд(а)

е А - угол поворота ротора 2 двухфазной синхронной электрической машины 1, эл. град;

эм() за висим ость электромагнитного момента электродвигател от угла поворота ротора 2;

Р эмС Ьзависимость электромагнитной мощности электродвигател от угла поворота ротора 2; Wэ,((i)-зaвиcиMocть частоты вращени электродвигател от угла поворота ротора 2;

бб), -зависимости ЭДС секций 6 и 7 г(} корной обмотки соответственно

от угла поворота ротора 2; ц(с1.) - зависимости токов секций 6 и 7 Ivf) корной обмотки соответственно

от угла поворота ротора 2. Принима во внимание, что

еб(СС) СеФт.Шад(а)б(ос),

е7(а) СеФжШ,л{а)Г7(а),

где

Се -посто нна электродвигател -; Фгп-максимальное значение магнитного потока в направлении продольной оси полюсов ротора 2; feC -), fr()-функции, отражающие характер изменени ЭДС секций 6, 7 корной обмотки в зависимости от угла поворота ротора 2 при посто нном значении частоты вращени ротора 2, т.е. итэд (ot ) const, выражение (1) имеет вид

Мз«()Се%,Г, (Л) l,()+i-,),(f,)l( i

Одновременно с этим на выходах функциональных преобразователей 14 и 19, на входы которых поступают усиленные соответствующими предварительными усилител ми 20, 21 выходные напр жени синусно-косинусного датчика 3 положени ротора, возникают напр жени :

U. и );(5}

Ц, (c)(i); и„ (ct) U9™f« (d).

(6)

15

20

25

30

35

40

45

50

55

где , -зависимости выходных напр - UwC) жёний функциональных преобразователей 11 и 19 от угла поворота ротора 2;

, - максимальные значени выход- Ut9m ных напр жений функциональных преобразователей 14 и 19; fttW, -функции, отражающие харак- fi9(ct) тер изменени выходных напр жений функциональных преобразователей 14, 19 в зависимости от угла поворота ротора 2.

Выходные напр жени функциональных преобразователей 14, 19 подаютс на первые входы соответствующих блоков 12, 13 умножени . На их вторые входы с выходов датчиков 4, 5 тока поступают напр жени :

и, (i) (); (7) U5() K5iy(i), C8)

где К KS - коэффициенты пропорциональности между токами секций 6, 7 корной обмотки и выходными напр жени ми соответствующих датчиков 4, 5 тока.

В св зи с тем, что пол рность напр жений , поступающих на оба входа каждого блока 12, 13 умножени , всегда одинакова, их выходные напр жени имеют положительную пол рность. После сложени выходных напр жений блоков умножени в блоке 10 сложени и выполнени условий: UH и,д,„ Um; K, зависимость его выходного напр жени от угла поворота ротора 2 имеет вид

Цо(оС) (d.)(9)

Если формы выходных напр жений функциональных преобразователей 14 и 19 соответствуют формам ЭДС соответствующих секций 6, 7 корной обмотки, т.е. f(ci) fi (оС), f7(aC)fHt), то выходное напр жение блока 10 сложени , как следует из сравнени формул (4) и (9), пр мо пропорционально развиваемому вентильным электродвигателем электро.магнитному .моменту

и,о (of) (С) КйМ,к (d ),(10)

где К.„ - коэффициент пропорСетщ

циональности между развиваемым электродвигателем электромагнитным моментом и выходным напр жением блока 10 сложени .

Это напр жение поступает на вход блока 17 изменени знака напр жени , выходное напр жение которого равно по абсолютному- значению входному, а пол рность определ етс величиной напр жени на управл ющем входе этого блока, поступающего на него с выхода блока 16 определени знака напр жени .

При положительной пол рности напр жени , поступающего с выхода задатчика 15 электромагнитного момента на вход блока 16 определени знака напр жени , на его выходе устанавливаетс напр жение, соответствующее логической «1. При положительной пол рности входного напр жени напр жение на выходе блока 17 изменени знака напр жени имеет положительную пол рность.

Если напр жение, поступающее с выхода задатчика 15 электромагнитного момента на вход блока 16 определени знака напр жени , имеет отрицательную пол рность, то на его выходе устанавливаетс напр жение , соответствующее логическому «О, а при положительной пол рности входного напр жени напр жение на выходе блока 17 изменени знака напр жени имеет от рицательную пол рность. В результате пол рность выходного напр жени блока 17 изменени знака напр жени всегда соответствует пол рности выходного напр жени задатчика 15 электромагнитного момента .

В установивщемс режиме работы мо- ментного вентильного электродвигател при уменьшении развиваемого им электромагнитного момента, обусловленного, например , несинусоидальностью ЭДС и токов секций 4, 5 корной обмотки, или неодинаковыми их амплитудными значени ми, а также другими техническими причинами, уменьшаетс величина выходного напр жени блока 10 сложени и, соответственно, блока 17 изменени знака напр жени . Возрастает выходное напр жение блока 11 вычитани и увеличиваетс напр жение на управл ющих входах управл емых усилителей 22, 23. Их коэффициенты усилени увеличиваютс и увеличиваютс также их выходные напр жени . Возрастают токи в секци х 6, 7 корной обмотки и увеличиваетс развиваемый электродвигателем электромагнитный момент. Одновременно увеличиваетс и выходное напр жение блока 17 изменени знака напр жени . Это происходит до тех пор, пока оно не станет практически равным выходному напр жению задатчика 15 электромагнитного момента , т.е. заданному значению электромагнитного момента. При увеличении электромагнитного момента электродвигател все происходит наоборот. В св зи с тем, что выходные напр жени синусно-косинусного

датчика 3 положени ротора завис т только от положени ротора 2 двухфазной синхронной электрической машины 1, а все блоки замкнутого контура регулировани вл ютс безынерционными звень ми, устранение отклонени электромагнитного момента от заданного значени происходит в каждый момент времени без запаздывани .

При увеличении выходного напр жени задатчика 15 электромагнитного момента

возрастает выходное напр жение блока 11 вычитаЕш и, соответственно, напр жение на управл ющих входах управл емых усилителей 20, 23. Увеличиваютс их коэф фи- циенты усилени и увеличиваютс их вы ходные напр жени . Возрастают токи в секци х 6, 7 корной обмотки и увеличиваетс электромагнитный момент электродвигател . Увеличение токов в секци х корной обмотки приводит к возрастанию выходного напр жени блока 17 изменени знака

0 напр жени и при его практическо.м равенстве выходному напр жению задатчика 15 электромагнитного момента увеличение электромагнитного момента прекращаетс . Его величина становитс равной заданной.

1} При уменьшении выходного напр жени задатчика 15 электромагнитного момента все происходит наоборот.

Эффективность предложенного мо.мент- ного вентильного электродвигате;1 заключаетс в повыпдении точности управлени ei-o

0 электромагнитным моментом путе.м осуществлени измерени его величины и регулировани по отклонению от заданного значе- ни . Отсутствие в замкнутом контуре регулировани инерционных звеньев позвол ет повысить точность управлени электромаг5 нитным моментом электродвигател не только в установившемс режиме его работы, но и в переходных процессах.

Claims

Формула изобретени

Моментный вентильный электропривод, содержащий двухфазную си1 хронную электрическую машину, ротор которой сочленен с синусно-косипусным датчиком положени ротора, два датчика тока, включенные в це- пи секций корной обмотки двухфазной синхронной электрической машины, два двухвходовых усилител тока, к выхо.там которых подключены соответственно секции корной обмотки, а к первым входам - вы

ходы соответствующих датчиков тока, олок

сложени , блок вычиташш, два блока умножени и функпиональный преобразователь формы напр жени , отличающийс тем, что, с целью повышени точности управлени электромагнитным моментом, в него дополнительно введены задатчик электромагнитного момента, блок определени знака напр жени , блок изменени знака напр жени , регулируюн1ий усилитель, функциональный преобразователь формы напр жени , два предварительных усилител , два управл емых усилител , блок выделени модул напр жени и блок реверса, при этом к выходу задатчика электромагнитного момента подключен первый вход блока вычитани и вход блока определени знака напр жени , выход которого подключен к управл ющему входу изменени знака напр жени , выход которого подключен к второму входу блока вычитани , выход которого через регулирующий усилитель подключен к входу блока выделени модул напр жени и входу блока реверса, к выходу которого подключен вход синусно-косинусного датчика положени ротора, к одному из выходов которого подключены входы первого предварительного усилител и первого управл емого уси

лител , а к другому выходу датчика положени - входы второго предварительного усилител и второго управл емого усилител , управл ющий вход каждого управл емого усилител подключен к выходу блока выделени модул напр жени , а выход каждого управл емого усилител подключен к второму входу соответствующего двухвходового усилител тока, выходы первого и второго предварительных усилител подключены соответственно через первый и второй функциональные преобразователи формы напр жени первым входом соответствующих блоков умножени , вторые входы которых подключены к выходам соответствующих датчиков тока, а выходы блоков умножени - к входам блока сложени , выход которого подключен к входу блока изменени знака напр жени .