Моментный вентильный электродвигатель
Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является повьшение энергетических характеристик и стабильности вентильного электродвигателя . Указанная цель достигается введением в моментньш вентильный электродвигатель постоянного запоминающего устройства 8, хщфроаналогового преобразователя 9, блока 11 из m перемножителей, блока 12 из т перемножителей, блоков 13, 14 из m сумматоров в каждом, сумматора 15 и опера ционного усилителя 16. Б результате обеспечивается уменьшение потерь в обмотке якоря, компенсация реактивного момента и несинусоидальности кривой магнитной индукции в рабочем зазоре электродвигателя. 2 ил. (Л с DO 9 со 4
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (19) О1) А1
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР .
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ|Ф (21) 4041120/24-07 (22) 24.03.86 (46) 30.12.87. Вюл. К 48 (71) Казанский авиационный институт им..А.Н.Туполева (72) А.Ю.Афанасьев (53) 621,313.13.014.2:621.382(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 1171916, кл. Н 02 К 29/12, 1985.
Авторское свидетельство СССР
Р 1170556, кл. Н 02 К 29/12, 1985. (54) ИОМЕНТНЪ|Й ВЕНТИЛЬНЪЙ ЭЛЕКТРО-.
ДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является
Н 02 P б/00, Н 02 К 29/06 повышение энергетических характеристик и стабильности вентильного электродвигателя. Указанная цель достигается введением в моментный вентильный электродвигатель постоянного запоминающего устройства 8, цифроаналогового преобразователя 9, блока 11 из ш перемножителей, блока 12 из т2 перемножителей, блоков 13, 14 из ш сумматоров в каждом, сумматора 15 и операционного усилителя 16. В результате обеспечивается уменьшение потерь в обмотке якоря, компенсация реактивного момента и несинусоидальности кривой магнитной индукции в рабочем зазоре электродвигателя. 2 ил.
1363413 множителя третьего блока 12 перемножителей, где k=1,...,m. Каждый q„ к порт второй группы выходных портов
1 ш 1, )
= 2,...,m подключей к первым входам и р;к перемножителей третьего
К) блока 12 перемножителей. Второй вход каждого р, перемножителя третьего к1
i0 блока 12 .перемножителей (k=1,...,in, j=1 ø) подключен к выходу j -го перемножителя первого блока 7 пере1г
Изобретение относится к электротехнике, в частности к моментным электродвигателям с неограниченным углом поворота ротора, и может быть . использовано в прецизионных следящих системах.
Цель изобретения — повышение энергетических характеристик и стабильности электромагнитного момента моментного вентильного электродвигателя.
На фиг. 1 изображена функциональная схема моментного вентильного электродвигателя с m-фазным синхронным электродвигателем; на фиг. 2 функциональные схемы моментных вентильных электродвигателей соответственно с двухфазным и трехфазным синхронными электродвигателями.
Моментный вентильный электродвигатель содержит синхронный электродвигатель 1 (фиг. 1) с ш-фазной обмоткой 2 якоря и с ротором-индуктором 3, датчик 4 положения ротора, ротор которого связан с ротором синхронного электродвигателя 1, m усилителей 5, m датчиков 6 и первый блок 7 из m-перемножителей, выходы которых соединены со входами соответствующих усилителей 5. Выходы усилителей 5 соединены с соответствующими фазами обмотки 2 синхронного электродвигателя через датчики 6 тока, выходы которых соединены со вторыми входами усилителей 5. Иоментный вентильный электродвигатель содержит также .постоянное запоминающее. устройство 8 с од.ним входным портом и двумя группами выходных портов соответственно с m+1 и ш(ш+1)/2 портами, цифроаналоговый преобразователь 9, блок 10 из ш цифроаналоговых преобразователей, второй блок 11 из m перемножителей, третий блок 12 из ш перемножителей, два блока 13 и 14 по ш сумматоров в каждом, сумматор 15 и операционный усилитель 16. Выход датчика 4 положения ротора подключен к входному порту постоянного запоминающего устройства 8, первый порт q первой группы выходных портов которого подключен к входу ( цифроаналогового преобразователя 9.
Остальные порты с первой группы выходных портов подключены соответственно к входам блока 10 цифроаналоговых преобразователей. Каждый о „„ порт второй группы Н выходных портов подключен к первому входу р„„ перемножителей, а его выход соединен с
j --м входом k-го сумматора первого блока 13 сумматоров. Выходы блока 10 цифроаналоговых преобразователей соединены с соответствующими входами второго блока 14 сумматоров и с (m+
+1)-ми входами первого блока 13 сумматоров, выходы которого соединены с соответствующими входами первого блока 7 перемножителей и со вторыми входами второго блока 14 сумматоров.
Выходы второго блока 14 сумматоров подключены к соответствующим входам второго блока 11 перемножителей, вторые входы которого подключены к соответствующим выходам первого блока 7 перемножителей, а выходы соединены с m входами сумматора 15, (m+1) вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 9. Выход сумматора 15 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 16, неинвертирующий вход которого является входом управления электродвигателя, а выход операционного усилителя 16 подключен ко вторым входам первого блока 7 перемножителей. Выходные порты первой группы постоянного запоминающего устройства 8 соответствуют величинам а(о ), с,(Ы),..., с,„(oC), а выходные порты q второй группы сок3 ответствуют величинам Ьк„ (ж), связывающим электромагнитный момент синхронного электродвигателя с токами
i„ ...,i обмотки якоря по формуле
ЬЪ tn
M=a+2+ c, i J h,.
К=1 к„=i ! к1 где м — текущий угол поворота ротора электродвигателя.
Электродвигатель работает следующим образом.
Датчик 4 положения ротора вырабатывает цифровой код, соответствующий углу поворота ротора сь и поступающий
1363413 на входной порт постоянного запоминающего устройства 8. На его первый выходной порт поступает значение коэффициента а(М); на остальные выходные порты первой группы поступают значения коэффициентов с<(М),..., т(<Д; на выходные порты второй группы поступают значения коэффициентов и„ (<) к j k=1 ° ° ° m 3 " ° ° ° ш 10
К)
Эти коэффициенты определяются равенствами
<П.о ° а=- — -1
До о йИО<
1 с)2 ам o.<
1 dMxj — (1)
") 2 dg, dLк
h кк 2 С1< .o> .o
M=a + 2с i + i Hi
45 где T — символ транспонирования.
Это значение сравнивается на входах операционного усилителя 16 с входным сигналом, равным требуемому электро- . магнитному, моменту И,. Выходной сиг- 50 нал операционного усилителя 16, имеющий смысл множителя Лагранжа Я в задаче на условный минимум потерь в об мотке якоря при требуемом значении электромагнитного момента, поступает на вторые входы первого блока 7 перемножителей, на выходах которого формируются оптимальные значения фазных токов i i согласно равенствам где L,k=O 1,...,m — индуктивности фазы, эквивалентной индуктору, и фаз обмотки якоря; M,k=O, 1,...,m-1, 20
j=1,...,m, k j — взаимная индуктивность между k-й и j-й фазами; .ток нулевой фазы, соответствующей ротору-индуктору.
Третий блок 12 перемножителей 25 вырабатывает mÐ произведений hx
J „ поступающих с выходов перемножителей р„., на 1-й вход k ãî сумматора первого блока 13 сумматоров (фиг. 2,3), на (m+1)-е входы которых поступают 30 сигналы с„. На выходах сумматоров первого блока 13 получаются компонен° Ь ты вектора c+Hi, поступающие на входы сумматоров второго блока 14, выра° о батывающих компоненты вектора 2c+Hi
Здесь с=(с,,...,с ); H=(hкД симметричная m x m матрица; i=(i,,...,i ) вектор оптимальных фазных токов.
Второй блок 11 перемножителей осу. ществляет покоординатное перемноже- 40 . о ° о ние векторов 2с + Hi .и i, сумматор
15 вычисляет значение электромагнитного момента согласно формуле
f<<
1-к о(Ск 1 к 1 ) ° 1 э ° ° Шь к к1 о э < ь
Ь„. =Ь;к (3)
Эти сигналы поступают на усилители 5, охваченные глубокой отрицательной обратной связью по току с помощью датчиков 6 тока и питающие фазы обмотки 2 якоря токами, близкими к оптимальным. Электродвигатель развивает момент, равный требуемому значению, при минимальных потерях в обмотке якоря.
При использовании трехфазного синхронного электродвигателя (фиг. 3) на 1-й выходной порт постоянного запоминающего устройства 8 поступает значение коэффициента a(ot), на 2—
4-й выходные порты — значения коэффициентов с,(М) — с (о4); на шесть выходных портов второй группы подаются значения коэффициентов Ь «(<к), <<< (о<), hÄ(), h«(<), hÄ(), Ь„(Ы).
Цифроаналоговые преобразователи 9 и 10 преобразуют коэффициенты а, с,, со, с в аналоговую форму. Перемножители р „ третьего блока 12 перемножителей вйрабатывают произведения h
Ь
xi с учетом равенства hÄ. =h>Ä . Нак1 <к выходах сумматоров 13 получаются соответственно сигналы которые суммируются на соответствующих сумматорах 14 с сигналами с<, с с . С их выходов сигналы
2c +h н С +h ю i +h„3 1,, 2c +h« i<+h,. 1 .+h > 1з э
2с, +Ь <3 1 +h з 1-х+h ь 1 э поступают на входы соответствующих перемножителей 11„ на вторые входы которых подаются соответственно сигкалы i;, 1, 1,, С их выходов сигналы
2с, 1, +Ь «1", +h „1о 1, +h <, 1<,1,, .о ° о о ° ох ° î ° о
2с 1 +h <> 1, i +h«1 +h, 1, 1, .
2с 1, +h «1 < 1, +h, 1, 1, +h» i, поступают на соответствующие входы сумматора 15, на четвертый вход которого подается сигнал а с выхода цифроаналогового преобразователя 9.
На выходе сумматора 15 получается значение электромагнитного момента согласно формуле
1 1=а+2 } с „i „+ < h „ i„ i (4) к=< к1 ° <
<оторое сравнивается на входах опеационного усилителя 16 с входным
5 1363413
I сигналом, равным требуемому электромагнитному моменту М . Выходной сит<нал операционного усилителя 16, имеющий смысл множителя Лагранжа в задаче на условный минимум потерь в обмотке якоря при требуемом значении электромагнитного момента, поступает на вторые входы перемножителей 7, на выходах которых формируются оптио ° О мальные значения фазных токов i 1 согласно равенствам
1< <*A(c<+h «1<+h =9,(с,+h„1, +h221,+h» 1з), 3 p(c,+h„ i;+h»1 +Ьт i;) (5) Эти сигналы поступают на усилитеI ли 5, охваченные глубокой отрицательной обратной связью по току с помощью датчиков 6 тока и питающих фазы обмотки 2 якоря токами, близкими к оптимальным. Электродвигатель развивает момент, равный требуемому, при минимальных потерях в обмотке якоря. Равенства (3) получаются в результате решения задачи на условный экстремум.методом множителей Лагранжа: найти токи i,,... 1, минимизирующие мощность потерь в обмотке якоря и создающие требуемый электромагнитный момент, т.е. Моментный вентильный электродвттгатель, содержащий синхронный электродвигатель с m-фазной обмоткой яко.ря и ротором-индуктором, датчик по ложения, ротор которого механически связан с ротором синхронного электро19 двигателя, m усилителей, m датчиков тока и первый блок из пт перемножителей, выходы которых соединены с входами соответствующих усилителей, выходами соединенных с соответствующи15 ми фазами обмотки синхронного электродвигателя через датчики тока, Выходы которых соединены с вторыми Входами усилителей, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения энергетических характеристик и ста. бильности электромагнитного момента, введены постоянное запоминающее уст-" ройство с одним входным портом и с двумя группами выходных портов соот25 ветственно с тп+1 и m(m+1) /2 портами, цифроаналоговый преобразователь, блок из m цифроаналоговых преобразователей, второй блок из тп перемножителей, третий блок из m2 -теремножителей, 30 два блока по m сумматоров в каждом, сумматор с m+1 входами и Операционный усилитель, выход датчика положения ротора подключен к входному порту постоянного запоминающего устройства, 35 перВыи порт первои Группы Выходных портов которого подключен к входу цифроаналогового преобразователя, остальные порты первой группы выходФ ных портов подключены соответственно к входам блока цифроаналоговых преобразователей, каждый <т, порт второй кк группы выходных тортов подключен к первому входу р перемножителя трекк тьего блока перемножи г<елей, а каждый 45 я порт ВТороН группы Выходных пор к< тов, при условии k+j, подключен к первым Входам р . и р перемножителей третьего блока перемножителей, второй вход каждо о р перемножителя - к третьего блока перемножителей подключен к Выходу j-го перемножителя пер ;oro блока перемножителей, а его выход соединен с j ì Входот< k-го сумматора первого блока сумматоров., „,- Вьходы блока цифроаналоговых ïð<:-oáðàзователей соединены с соответствующими входами второго блока сумматоров и с (m+1) ìè Входами первого бло= ка сумматоров, выходь; которого сое(6) Здесь — множитель Лагранжа; символ вектора градиента. Из равенства (6) следует формула 1=а(с+Н1), покоординатная запись которой имеет вид равенств .(3), Формулы (4) и (5) являются частными случаями формул (2) и (3) при m=3. Таким образом, благодаря введению постоянного запоминающего устройства, цифроаналоговых преобразователей, перемножителей, сумматоров и операционного усилителя, получен моментный вентильный электродвигатель с ми" нимальными потерями в обмотке якоря и с высокой стабильностью электромагнитного момента по углу поворота ротора, обеспечиваемой с учетом компенсации реактивного момента и несинусоидальности кривой магнитной индукции в рабочем зазоре. i i dmin, а+2с i+i Hi=M,, ° Т т ° т Функция Лагранжа и условие ее стационарности имеют вид V=i i- (а+2с i+i Hi-М,), yV=2i-2>(c+Hi) =О Формула изобретения 1363413 Составитель А.Иванова Редактор И.Сегляник Техред М.Ходанич Корректор,Л.Пилипенко Заказ 6376/51 Тираж 659, Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 динены с соответствующими входами первого блока перемножителей и с вторыми входами второго блока сумматоров, выходы которого подключены к соответствующим входам второго блока перемножителей, вторые входы которого подключены к соответствующим выходам первого блока перемножителей, а выходы соединены с m входами сум- 1ð матора, (m+1)-й вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а выход — с инвертируюЩим входом операционного усилителя, второй неинвертирующий вход которого является входом управления электродвигателя, а выход соединен с вторыми входами первого блока перемножителей, причем выходные порты первой группы постоянного запоминающего устройства соответствуют величинам а(Ы), с,(м),..., с (<), а выходные порты второй группы соответствуют велик1 чинам Ь „ (о4), связывающим электромаг" нитный момент М синхронного электродвигателя с токами i,,...,i обмотки якоря по формуле Щ hl М а+2 с + 7 h, д„д к к). к 1» к= (1 к1 1 )к Я где «с — текущий угол поворота ротора электродвигателя.
