SU1767638A1 - Вентильный электродвигатель - Google Patents

Abstract

Использование: в электропроводах со стабилизацией частоты вращени . Сущность- двум  парами запоминающих элементов 11, 13 и 12, 14, подключенными соответственно к синусной и косинусной выходным обмоткам 9 и 10 датчика 6 положени  ротора, выдел ютс  сигналы, пропорциональные сумме тригонометрических функций угла поворота и частоты вращени  и их разности, Составл ющие этих сигналов раздел ютс  сумматорами 17, 21 и 12, 14 и инверторами 20 и 21. Сигналы, пропорциональные синусу и косинусу угла поворота ротора, модулируютс  соответственно ши- ротно-импульсными преобразовател ми 24

Description

сл С

-ч о

X С СО 00

и 25, выходы каждого из которых соединены с управл ющими входами дл  переключателей 26, 27 и 28, 29. На сигнальные входы первого 28 (29) из каждой пары переключателей подаютс  сигналы, пропорциональные синусу л косинусу частоты вращени . После суммировани  и усреднени  выходных сигналов этих переключателей формируетс  сигнал посто нного тока, пропорциональный част оте вращени  ротора , который дл  введени  обратной св зи подаетс  на второй вход блока 31 сравнеИзобретение относитс  к электротехнике , а именно к двигател м посто нного тока с бесконтактной коммутацией, и может быть использовано в электроприводах со стабилизированной частотой вращени .

Известен вентильный электродвигатель , содержащий синхронную машину с обмоткой  кор  на статоре, датчик положени  и полупроводниковый коммутатор, в котором стабилизаци  частоты вращени  достигаетс  введением отрицательной обратной св зи по скорости от синхронного тахогене- ратора.

Недостатком этого электродвигател   вл етс  его сложность и низка  надежность , вызванна  наличием дополнительной электрической машины - синхронного тахогенератора.

Известен также вентильный электродвигатель , содержащий синхронную машину с обмоткой  кор  на статоре, полупроводниковый коммутатор и датчик положени  в виде фазовращател , с помощью которого определ етс  угловое положение и сокрость вращени  ротора путем .цифровой обработки выходного сигнала фазовращател  (как предложено в а.с. М: 934382, кл. G 01 Р 3/489, опубл. 07.06.82).

Недостатком этого устройства  вл етс  его сложность, вызванна  цифровой обработкой сигналов фазовращател , Кроме того , информаци  о скорости вращени  выдаетс  в виде цифрового кода, что также усложн ет схему управлени  в случае, если система стабилизации частоты вращени  выполнена аналоговой.

Из известных устройств наиболее близ - ким по назначению и технической сущности к предлагаемому  вл етс  вентильный электродвигатель , в котором датчик положени  снабжен дополнительной обмоткой подмаг- ничивани , что приводит к по влению в сигналах синусной и косинусной выходных обмоток датчика положени  низкочастотни , первый вход которого подключен к за- датчику 30 частоты вращени . Выход блока сравнени  соединен с регул тором 32 скорости , выходной сигнал которого поступает на сигнальные входы второго 26 (27) из каждой пары переключателей, с помощью которых умножаетс  на синус и косинус угла поворота. После усреднени  выходные сигналы переключателей подаютс  на усилители 4 и 5 мощности, соединенные с синусной и косинусной фазами 2 и 3 обмотки синхронной машины 1. 8 ил.

ной составл ющей, пропорциональной частоте вращени , котора  выдел етс  запоминающими элементами и используетс  как сигнал тахометрической обратной св зи.

Это устройство имеет максимальное количество сходных существенных признаков с за вл емым, вследствие чего оно прин то за прототип.

Недостатком этого вентильного электродвигател   вл етс  низка  точность стабилизации частоты вращени , обусловленна  тем, что обратна  св зь вводитс  в виде сигналов переменного тока и использование любого регул тора, отличного от

пропорционального, приведет к неработоспособности вентильного электродвигател . Целью изобретени   вл етс  повышение точности стабилизации частоты вращени .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в вентильном электродвигателе, содержащем синхронную машину с синусной и косинусной фазами  корной обмотки, кажда  из ко- торых подключена к выходу

соответствующего усилител  мощности, установленный на валу синхронной машины датчик положени  ротора с основной и квадратурной обмотками возбуждени  и синусной и косинусной выходными обмотками,

четыре запоминающих элемента, сигнальные входы первого и третьего, второго и четвертого запоминающих элементов попарно объединены и соединены соответственно с синусной и косинусной выходными

обмотками датчика положени  ротора, основна  и квадратурна  обмотки возбуждени  которого подключены к выходам соответственно генератора опорного напр жени  и источника посто нного напр жени , выходы первого и второго запоминающих элементов, управл ющие входы которых объединены, подключены к первым входам первого и второго двухвхо- довых сумматоров, а выходы третьего и четвертого запоминающих элементов, управл ющие входы которых объединены, подключены к входам соответствующих инверторов, в отличие от прототипа, генератор опорных напр жений снабжен квадратурным выходом и введены третий, четвертый и п тый двухвхолдовые сумматоры , входы третьего сумматора соединены с выходами соответственно первого запоминающего элемента и первого инвертора, а входы четвертого сумматора - с выходами второго запоминающего элемента и второго инвертора, два ш иротно-импульсных преобразовател , входами подключенные к выходам соответственно первого и второго сумматоров, вторые входы которых подключены к выходам соответственно третьего и четвертого запоминающих элементов, четыре переключател , последовательно соединенные задатчик частоты вращени , двухвходовый блок сравнени  и регул тор скорости, выход которого подключен к сигнальным входам первого и второго переключателей , сигнальные входы третьего и четвертого переключателей соединены соответственно с выходами третьего и четвертого сумматоров, а попарно объединенные управл ющие входы первого, третьего и второго, четвертого переключателей св заны с выходами соответственно первого и второго широтно-импульсных преобразователей , выходы первого и второго переключателей через дополнительно введенные фильтры нижних частот подключены соответственно к входам первого и второго усилителей мощности, последовательно соединенные компаратор и третий инвертор , вход компаратора подключен к квадратурному выходу генератора опорного напр жени , а выходы компаратора и третьего инвертора соединены соответственно с входами дополнительно введенных первого и второго формирователей импульсов, выходы которых подключены к объединенным управл ющим входам соответственно первого , второго и третьего, четвертого запоми- нающих элементов, входы п того сумматора соединены с выходами третьего и четвертого переключателей, а его выход - через дополнительно введенный третий фильтр нижних частот подключен ко второму входу блока сравнени .

На фиг.1 представлена функциональна  схема предлагаемого вентильного электродвигател ; на фиг. 2 - 6 - фрагменты принципиальной электрической схемы устройства; на фиг.7-диаграммы напр жений предлагаемого вентильного электродвигател ; на фиг.8 - структурна  схема вентильного электродвигател .

Предлагаемый вентильный электродвигатель (фиг, 1) содержит синхронную машину 1 с синусной 2 и косинусной 3 фазами  корной обмотки, кажда  из которых подключена к выходу соответствующего усилител  мощности 4 и 5, установленный на валу синхронной машины 1 датчик 6 положени  ротора с основной 7 и квадратурной 8 обмотками возбуждени  и синусной 9 и коси0 нусной 10 выходными обмотками, четыре запоминающих элемента 11, 12, 13 и 14, сигнальные входы первого 11 и третьего 13, второго 12 и четвертого 14 запоминающих элементов попарно объединены и соедине5 ны соответственно с синусной 9 и косинусной 10 выходными обмотками датчика 6 положени  ротора. Основна  7 и квадратур- ( на  8 обмотки возбуждени  датчика 6 положени  ротора подключены к выходам

0 соответственно генератора 15 опорного напр жени  и источника 16 посто нного напр жени . Выходы первого 11 и второго 12 запоминающих элементов, управл ющие входы которых объединены, подключены к

5 первым входам первого 17 и второго 18 двухвходовых сумматоров. Выходы третьего 13 и четвертого 14 запоминающих элементов , управл ющие входы которых объединены, подключены к входам соответ0 ствующих инверторов 19 и 20.

В отличие от прототипа, генератор 15 опорных напр жений снабжен квадратурным выходом и в вентильный электродвигатель введены третий 21, четвертый 22 и

5 п тый 23 двухвходовые сумматоры. Входы третьего 21 сумматора соединены с выходами соответственно первого 11 запоминающего элемента и первого 19 инвертора, входы четвертого 22 сумматора соединены

0 с выходами второго 12 запоминающего элемента и второго 20 инвертора. В электродвигателе введены также два широтно-импульсных преобразовател  24 и 25, входами подключенные к выходам соот5 ветственно первого 17 и второго 18 сумматоров . Вторые входы сумматоров 17 и 18 подключены к выходам соответственно третьего 13 и четвертого 14 запоминающих элементов. Электродвигатель также содер0 жит четыре переключател  26, 27, 28 и 29, последовательно соединенные задатчик 30 частоты вращени , двухвходовый блок 31 сравнени  и регул тор 32 скорости, выход которого подключен к сигнальным входам

5 первого 26 и второго 27 переключателей, сигнальные входы третьего 28 и четвертого 29 переключателей соединены соответственно с выходами третьего 21 и четвертого 22 сумматоров, а попарно объединенные управл ющие входы первого 26 и третьего 28,

второго 27 и четвертого 29 переключателей св заны с выходами соответственно первого 24 и второго 25 широтно-импульсных пре- образователей, выходы первого 26 и второго 27 переключателей через дополнительно введенные фильтры 33 и 34 нижних частот подключены соответственно к входам первого 4 и второго 5 усилителей мощности , последовательно соединенные компаратор 35 и третий инвертор 36, вход компаратора 35 подключен к квадратурному выходу генератора 15 опорного напр жени , а выходы компаратора 35 и третьего инвертора 36 соединены соответственно с входами дополнительно введенных первого 37 и второго 38 формирователей импульсов, выходы которых подключены к объединенным управл ющим входам соответственно первого 11, второго 12 и третьего 13, четвертого 14 запоминающих элементов. Входы п того сумматора 23 соединены с выходами третьего 28 и четвертого 29 переключателей , а его выход - через дополнительно введенный третий фильтр 39 нижних частот подключен ко второму входу блока 31 сравнени .

Запоминающие элементы 11,12,13 и 14 имеют аналогичные схемы и могут быть выполнены , например, на операционном усилителе 40 (см.фиг.2), работающем в режиме повторител , к неинвертирующему входу которого подключен конденсатор 41, подключаемый также к синусной обмотке 9 датчика 6 положени  ротора через ключ на полевом транзисторе 42. Затвор полевого транзистора 42 подключен к выходу формировател  импульсов 37.

Переключатели 26, 27, 28 и 29 имеют аналогичные схемы и могут быть выполнены на усилителе с единичным переключаемым коэффициентом усилени  Кус, например, на операционном усилителе 41 (см.фиг.З), входы которого соединены с выходом сумматора 21 через резисторы 42 и 43. В цепь обратной св зи включен резистор 44, а не- инвертирущий вход усилител  соединен также с общей шиной 45 через ключ, выполненный на транзисторе 46. При открытом транзисторе Кус. -1, при закрытой Кус-1. На базу транзистора 46 через резистор 47 подано управл ющее напр жение с выхода широтно-импульсного преобразовател  24.

Широтно-импульсный преобразователь 24 (25) (см.фиг.4) может быть выполнен, например , на интеграторе и компараторе, выполненных на операционных усилител х 48 и 49, охваченных обратной св зью через резистор 50. Инвертирующий вход операционного усилител  48 через резистор 51

подключен к выходу сумматора 17 (18), а в цепь обратной св зи операционного усилител  48 включен конденсатор 52. Компаратор49широтно-импульсного

преобразовател  24 работает в скольз щем режиме, при этом напр жение на его входе близко к нулю, а напр жение на его выходе представл ет из себ  широтно-модулирован- ные пр моугольные импульсы с частотой

10-20 кГц, среднее значение которых уравновешивает входное напр жение преобразовател , поступающее на инвертирующий вход интегратора на усилителе 48. Напр жение на выходе интегратора в этом случае

посто нно и равно нулю.

Компаратор 35 (см.фиг.5) может быть выполнен, например, на операционном усилителе 53 с большим коэффициентом усилени  без обратной св зи, инвертирующий

вход которого соединен с квадратурным выходом генератора опорных напр жений 15. Инвертор 36 (фиг.5) может быть выполнен , например, на операционном усилителе 54, включенном по схеме инвертирующего

усилител  с резистором 55 в цепи обратной св зи и резистором 56, подключенным к инвертирующему входу. Резистор 56 также соединен с выходом компаратора 35.

Формирователь импульсов 38 (37)

(фиг.5) может быть выполнен, например, в виде дифференцирующей цепи на конденсаторе 57 (58) и резисторе 59 (60). Резистор 61 (62), запитанный напр жением смещени  +U служит дл  введени  положительного напр жени  смещени  дл  полевых транзисторов запоминающих элементов 11 и 12(13 и 14).

Генератор опорных напр жений 15 (см. фиг.6) может быть построен, например, на

двух интеграторах, выполненных на операционных усилител х 63 и 64, охваченных обратной св зью через цепь на резисторе 65 и конденсаторе 66 Основной выход 67 соединен с выходом операционного усилител  63, а квадратурный 68 - с выходом операционного усилител  64. Таким образом , выходы 67 и 68 генератора разделены интегратором, что обеспечивает сдвиг сигнала на квадратурном выходе 68 на 90

эл.град. относительно сигнала на основном выходе 67. Могут быть применены и любые другие двухфазные генераторы.

Предлагаемый вентильный электродвигатель (фиг. 1) работает следующим образом.

Генератор 15 опорного напр жени  формирует на своих выходах напр жени  переменного тока, сдвинутые по фазе на 90 эл. градусов:

Uoi АО sin-w t,

Uo2 АО COS О) I,

где (У-частота опорного напр жени ;

АО - амплитуда опорного напр жени .

На обмотку 7 возбуждени  датчика положени  6 поступает напр жение возбужде- ни :

Ub Uoi АО sin cot,(2)

создающее ток возбуждени  ь

Ub

dt Ao col

COS 0)1

где L -.индуктивность обмотки 7 возбуждени .

Последнее выражение справедливо, если пренебречь активным сопротивлением обмотки 7 возбуждени , что обычно выполн етс  в датчиках положени  вентильных электродвигателей при достаточно высокой частоте ft) опорного напр жени .

Напр жение Do источника 16 посто нного напр жени  создает в квадратурной обмотке 8 возбуждени  посто нный ток 0:

Uo

R

где R - активное сопротивление квадратурной обмотки 8 возбуждени .

Будем рассматривать в качестве датчика 6 положени  бесконтактный синусно-ко- синусный вращающийс  трансформатор типа редуктосин.

Потокосцепление гр синусной 9 и косинусной 10 обмоток редуктосина определ етс  токами взаимно-перпендикул рных обмоток 7 и 8 возбуждени  в соответствии с выражени ми:

$э -Км Пь sin(m f + в)+ + I0cos(m p + Vio -Км ib cos(m р + в)+ + I0sin(m р + в), (5)

где р- угол поворота ротора;

m - число пар полюсов (число электрической редукции редуктосина);

в- пространственный сдвиг фаз;

Км - конструктивный параметр,определ емый схемой намотки и харак

теристиками магнитопровода датчика 6 положени .

Знаки в выражени х (5) дл  потокосцеп- лени  определ ютс  направлением включе- 5 ни  обмоток 7, 8, 9, 10.

В дальнейшем будем считать, что пространственный сдвиг фаз в 0, что достигаетс  начальным разворотом статора датчика 6 положени .

10 По закону электромагнитной индукции ЭДС, наводима  в синусной 9 и косинусной 10 обмотках, равна:

15

dt

(6)

Тогда, предполага  достаточно большую величину, сопротивлени  нагрузки (ре- жим холостого хода вращающегос  трансформатора), получим напр жение на выходе синусной обмотки 9:

25

U9 E,

.1Ј dt d(p dt /

- I d#3 t д(рэ o

30 --(dr+-ifQ)

(7}

где Q - частота (скорость) вращени  ротора синхронной машины 1.

Выражение (7) получено в соответствии с правилом дифференцировани  сложной функции.

Подставл   в (7) выражение (5), получим после преобразований:

55

Ug Ug(c) + Ug(K)+ Ug, KM

(8)

rfleU9(c) -;- AoSin a) tsinm p синфазна 

45 высокочастотна  составл юща ; (9)

KM m Q . Ug(K) - -j Aocos 0) cpквадратурна  высокочастотна  составл юща (10) 50иу

Ug Км Qsinm (p - низкочастотна 

составл юща  (11)

Синфазна  (9) и квадратурна  (10) составл ющие определ ютс  относительно фазы опорного напр жени .

Напр жение Ug поступает на сигнальные входы запоминающих элементов 13 и 11 (фиг.7 а,Ь,с), на управл ющие входы которых подаютс  короткие импульсы с выходов

формирователей импульсов 37 и 38 соответственно . Импульсы формировател  импульсов 38 формируютс  из опорного напр жени  Uo2 путем дифференцировани  сигнала компаратора 35 (фиг.7с,е,т). При отсутствии импульсов полевой транзистор 42 (фиг.2) заперт положительным напр жением смещени . Открывание транзистора 42 осуществл етс  коротким импульсом отрицательной пол рности (см.фиг.7,f). При этом конденсатор 41 (фиг.2) зар жаетс  до амплитудного значени  напр жени  Ug которое хранитс  на конденсаторе 41 в промежутках между импульсами. Напр жение с конденсатора 41 передаетс  операционным усилителем 40, работающим в режиме повторител , на выход запоминающего элемента 13. Аналогично работает формирователь импульсов 37, на вход которого через инвертор 36 подаютс  импульсы с компаратора 35, сдвинутые по фазе на 180° (фиг.7, h) относительно импульсов формировател  импульсов 38. Как следует из фиг.7 g и к, значени  напр жени  на выходах запоминающих элементов 13 и 11 соответственно равны

(c)l+ Ug

V0

R

Q) sinm (p

где ( ll (c)I- Ug

i/ / АО , V0 K.M I

L

+

Q) sinm p

An sinm p.

03)

гдеАц Км().

Квадратурна  высокочастотна  составл юща  (10) запоминающими элементами 13 и 11 подавл етс , так как их полевые транзисторы открываютс  в моменты:

0)1 П -у- И

3 л п 0) п , п 1, 2когда

KMm Q

Ug(k)

Lu

AcCOSWt X

0

5

X cos m p 0 .

Таким образом, на выходе запоминающего элемента 13 формируетс  сигнал суммы составл ющих сигналов с амплитудами

АО V0Q -г- и -5- а на выходе запоминающего

элемента 11 - сигнал разности тех же составл ющих .

Полученные сигналы поступают на инвертор 19 и сумматоры 21 и 17. Напр жени  на выходах сумматоров 21 и 17 равны:

U2i -Ui3+ Uii

-KM()sinmp +

Q) sinm

+ KM( -:;КМ Ui Ui3+Un

KM(

(14)

)sinmp +

30

+ КМ(4

+ -Q)sinmp

35

2KM

L

sinm p.

(15)

Таким образом, на выходах сумматоров 21 и 17 составл ющие сигналы раздел ютс .

Выходной сигнал сумматора 17 подаетс  на вход широтно-импульсного преобразовател  24, выходной сигнал которого представл ет собой широтно-модулирован- ный сигнал со скважностью, равной:

У24 K24U17,

где К24 - коэффициент пропорциональности .

Среднее значение выходного напр жени  переключател  26, на сигнальный вход которого подано выходное напр жение регул тора 32 Us2, а на управл ющий вход - выходное напр жение широтно-импульсного преобразовател  24, равно

U26 U32 Y2A U32K24U17. 2К24КМ

А26 sinm p, где -г (16)

U32.

Аналогичным образом, напр жение на выходе переключател  27 равно(

Ua А2 cosm р, (17) гдеА27 2КмК25- г-из2.

Средние значени  выходных напр жений переключателей 26 и 27, представл ющие собой произведени  выходного напр жени  регул тора на тригонометрические функции угла поворота ротора, выдел ютс  на фильтрах нижних частот 33 и 34 соответственно и после усилени  в усилител х мощности 4 и 5 поступают на фазные обмотки 2 и 3 синхронной машины 1 в виде фазных напр жений:

КззК411з2

(18) 25

30

2КМК25

Ас

K34K5U32,

Кзз, Кз4 - коэффициенты передачи филь- тров нижних частот 33 и 34;

Кз, Ks - коэффициенты усилени  усилителей мощности 4 и 5.

В соответствии с принципом действи  вентильного электродвигател  напр жени  U4 и Us образуют в расточке статора синхронной машины 1 вращающеес  магнитное поле, которое создает вращающий момент двигател , привод щий ротор во вращение с частотой, пропорциональной амплитуде фазных напр жений Щ и Us. Следовательно , установившеес  значение частоты вращени 

Ј2 Квд Аф

Квд 2КМК24 - K33K4U32

KnpU32,

(19)

где Квд- коэффициент, определ емый конструктивными параметрами синхронной машины 1;

Кпр 2КмК24

К4КззКвд.

В переходных режимах частота вращени  вентильного двигател  описываетс  выражением (в преобразовани х Лапласа)

Q(p) Wnp(p)U32,

(20)

где Wnp(p)

К

пр

(ТмР + 1)(ТеР + 1) П6

редаточна  функци  вентильного электродвигател  (21)

Тм - механическа  посто нна  времени;

Те - электрическа  посто нна  времени;

та

р - оператор Лапласа.

Таким образом, во всех режимах частовращени  предлагаемого вентильного электродвигател  пропорциональна выходному напр жению регул тора.

Среднее значение выходного напр жени  переключател  28, на сигнальный вход которого подано выходное напр жение сумматора 21 U21, а на управл ющий вход - выходное напр жение широтно-импульсно- го преобразовател  24 равно:

U28 LJ21 24

-2 Км- -Qsinmp K24Ui7

-2KM- -Qsin mpK24 X

А

40

X 2KM-:pSin

-4KM

R

К24 & sin m p

45

K28 Ј2 sin2 m p ,

(22)

где K28 -4KM2K24

Аналогичным образом, среднее значение выходного напр жени  переключател  29:

U29 K2g Qcos2m р, гдеК29 -4Км2К25

(23)

2|/„ voA0

RL

Выходные напр жени  переключателей 28 и 29 суммируютс  на сумматоре 23,

среднее значение суммы выдел етс  на фильтре нижних частот 39 в виде напр жени  изэ:

U39(A28 Qsin2m р + + А29 Qcos2m р) Кзэ Кзэ Q Где К39 К28К39 К29 Кз9.

(24)

Таким образом, выходное напр жение фильтра нижних частот 39 пр мо пропорционально частоте вращени  ротора синхронной машины 1.

Выходное напр жение блока сравнени  31, на первый вход которого подано напр жение уставки скорости Uy от задатчика частоты вращени  30, а на второй вход - напр жение изэ фильтра нижних частот 39 подаетс  на вход регул тора 32.

При использовании ПИ регул тора его передаточна  функци  имеет вид

(р)птр2р+;1)

(25)

где TI и Т2 - pa; TI Т2;

посто нные времени регул тоК32 Т1/Т2.

Тогда преобразование Лапласа дл  напр жени  на выходе регул тора 32 равно:

U32(p) Wk(p) (Uy-Uag).

(26)

Подставл   (26) в (19) с учетом (24), получим:

Q KnpWk(p)Uy-K39Q

(27)

Разреша  полученное уравнение относительно Q найдем:

Q Кпр Wk ( р )

1 + Кпр Wk ( р ) Кзэ

Uv.

Дл  правильной работы вентильного электродвигател  необходимо выполнение 50 услови :

IKnpWk(p)K39l 1,

(29)

тогда установивша с  скорость элетродви гател , как следует из (28), равна:

Q

Uy К39

(30)

0

5

0

5

0

Таким образом, предлагаемое устройство поддерживает частоту вращени  вентильного электродвигател  пропорциональной напр жению уставки частоты вращени  Uy.

Положительный технический эффект от применени  предлагаемого изобретени  по сравнению с прототипом заключаетс  в повышении точности стабилизации скорости.

Указанный эффект подтверждаетс  следующим расчетом.

Предлагаемый вентильный электродвигатель представл ет собой замкнутую систему регулировани  скорости, структурна  схема которой показана на фиг.8, где:

О/ - частота вращени , соответствующа  напр жению Uy уставки частоты вращени ;

AQ Q/-Q -ошибка стабилизации скорости;

А Ы - изменение скорости вентильного двигател  без обратной св зи по скорости за счет действи  внешних возмущающих факторов (изменени  момента нагрузки, питающих напр жений, коэффициентов передачи звеньев и т.д.).

Как следует из фиг.8, ошибка стабилизации скорости за счет действи  внешних возмущающих факторов равна:

Л0 АО,

Ai Ьс: - - , -ро

(31)

где Кр0 I Wp(p) - коэффициент передачи разомкнутого контура регулировани  скорости с передаточной функцией;

Wp(p) Wk(P)Wnp(p).

В то же врем  устойчивость контура стабилизации скорости определ етс  видом передаточной функции разомкнутой систе45

мы:

50

Wp(p) Wk(p)Wnp(p)

К32 Кпр ( Т2р + 1 )

(Tip + 1)(TMp + 1)(Tep + 1 ) Примем Та Тм, тогда:

.(32)

55

w -TfnrrfeTiT- (33)

Выбира  настройку, например, на оптимум по модулю, когда частота среза системы соответствует условию:

«fcp-2j;

найдем значение коэффициента передачи разомкнутого контура устойчивой системы:

Kpo WcpT-i.

(35)

Таким образом, в предлагаемом элект- 10 родвигателе ошибка стабилизации скорости , как следует из (31), равна:

AQ

AQb

WcpTl

Вентильный электродвигатель, прин тый за прототип, представл ет собой аналогичную замкнутую систему регулировани  скорости, однако в нем может быть применен только пропорциональный регул тор с передаточной функцией:

WK(P) Кз2.

Это вызвано тем, что в прототипе обратна  св зь по скорости вводитс  в виде сигналов переменного тока Qsinm и Qcosm, а не посто нного тока, как в предлагаемом электродвигателе. Следовательно, использование в прототипе любого регул тора, отличного от пропорционального, приведет к изменению фазы несущей переменного тока , нарушению условий синфазного сравнени  сигналов пр мых каналов и каналов обратной св зи и, как следствие, к неработоспособности вентильного электродвигател . Таким образом, передаточна  функци  разомкнутой системы дл  прототипа имеет вид:

р(Р)°(Тир+К1)(Т.Р+1Г «ЭД

При соблюдении тех же условий устойчивости , как и в предлагаемом электродвигателе (34), коэффициент передачи разомкнутой системы будет равен:

Кро - СОср Тм

и ошибка стабилизации скорости дл  прототипа:

AQ -AQb

ft)cpTM

Таким образом, отношени  ошибок стабилизации скорости прототипа и предлага (34)

емого электродвигател  в соответствии с (36) и (40) равны:

Ti Тм

(41)

Так как в ПИ регул тора можно выбрать: TM,(42)

то

AQ«AQ

15 Следовательно, в предлагаемом вентильном электродвигателе достигаетс  гораздо больша  точность стабилизации скорости, что обусловлено возможностью применени  в нем ПИ регул тора.

20 Кроме того, в предлагаемом электроприводе , по сравнению с прототипом, облегчаетс  контроль, настройка и диагностика за счет получени  сигнала посто нного тока, пропорционального скоро25 сти вращени  ротора.

Кроме того, в предлагаемом электроприводе , по сравнению с прототипом, расшир етс  динамический диапазон регулировани  скорости за счет того, что

30 регулирование производитс  не изменением напр жени  на входнй обмотке возбуждени  датчика положени , который имеет ограниченный диапазон (например, датчик положени  типа ВТ60 допускает изменение

35 напр жени  от 0,1 до 12,6 В),а путем сложени  и перемножени  напр жений на электронных элементах, при этом датчик положени  работает в оптимальном режиме при номинальном напр жении возбужде40 ни .

Кроме того, предлагаемый электродвигатель имеет расширенные функциональные возможности, например, он позвол ет получить сигналы, пропорциональные три45 гонометрическим функци м угла поворота ротора sin в и cos в, необходимые, например , дл  преобразовател  угол - код, в отличие от прототипа, в котором имеютс  только сигналы, пропорциональные про50 изведению частоты вращени  на тригонометрические функции угла поворота ротора Qsin Qcos в.

55

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину с синусной и косинусной фазами  корной обмотки, кажда  из которых подключена к выходу соответствующего усилител  мощности, установленный на валу синхронной машины датчик положени  ротора с основной и квадратурной обмотками возбуждени  и синусной и косинусной выходными обмотками, четыре запоминающих элемента, сигнальные входы первого и третьего, второго и четвертого запоминающих элементов попарно объединены и соединены соответственно с синусной и косинусной выходными обмотками датчика положение ротора, основна  и квадратурна  обмотки возбуждени -которого подключены к выходам соответственно генератора опорного напр жени  и источника посто нного напр - жени , выходы первого и второго запоминающих элементов, управл ющие входы которых объединены, подключены к первым входам первого и второго двухвхо- довых сумматоров, а выходы третьего и чет- вертого запоминающих элементов, управл ющие входы которых объединены, подключены к входам соответствующих инверторов , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности стабилизации частоты вращени , генератор опорных напр жений снабжен квадратурным выходом и введены третий, четвертый и п тый двух- входовые сумматоры, входы третьего сумматора соединены с выходами соответственно первого запоминающего элемента и первого инвертора, а входы четвертого сумматора - с выходами второго запоминающего элемента и второго инвертора , два широтно-импульсных преобрази- вател , входами подключенные к выходам

   съ

   I

   V

   U

   I1

   о Ј

   Q

   ОСП

   (oopf-ujpo Qine fl импульса о т

   Фиг. 2

   соответственно первого и второго сумматоров , вторые входы которых подключены со- ответственно к выходам третьего и четвертого запоминающих элементов, четыре переключател , последовательно соединенные задатчик частоты вращени , двухвходовый блок сравнени  и регул тор скорости, выход которого подключен к сигнальным входам первого и второго переключателей , сигнальные входы третьего и четвертого переключателей соединены соответственно с выходами третьего и четвертого сумматоров, а попарно объединенные управл ющие входы первого, третьего и второго, четвертого переключателей св заны с выходами соответственно первого и второго широтно-импульсных преобразователей , выходы первого и второго переключателей через введенные фильтры нижних частот подключены соответственно к входам первого и второго усилителей мощности , последовательно соединенные компаратор и третий инвертор, вход компаратора подключен к квадратурному выходу генератора опорного напр жени , а выходы компаратора и третьего инвертора соединены соответственно с входами введенных первого и второго формирователей импульсов, выходы которых подключены к объединенным управл ющим входам соответственно первого, второго и третьего, четвертого запоминающих элементов, входы п того сумматора соединены с выходами третьего и четвертого переключателей, а его выход через введенный третий фильтр нижних частот подключен к второму входу блока сравнени .

   Фи.3

   ъ

   JS I

   -. S(

   iЈ

   еЧ 1

   5 Г

   1

   §

   в к с.уынвто у 23

   Фиг 5

   и,

   К йа катке 7 положени  В

   К КОкпарзтири -О

   j6|

   |

   S

   т иг. о

   Фиг. 8