Вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является повьппение энергетических показателей путем снижения потребления тока и повьппение линейности регулировочных характеристик. В вентильный электродвигатель введен электромеханический блок (ЭБ) 17 коррекции, кинематически связанный с ротором 2 синхронной машины (см) 1. Вход ЭБ 17 подключен к выходу модулятора 14, а вьпсод ЭБ - 17 - к квадратурной обмотке 13 возбуждения датчика 11 положения ротора 2 СМ 1. В результате в устройстве обеспечивается обратная связь по частоте вращения вентильного электродвигателя через квадратурную обмотку 13 возбуждения . Это позволяет учитывать запаздьшание в цепи, управления, составленной из двух каналов, выполненных соответственно из последовательно соединенных фазочувствительных вьтрямителей 7 и 8 и усилителей 5 и 6 мощности . Входы указанных выпрямителей подключены к синусной 9 и косинусной 10 обмоткам датчика 11 положения. Выходы усилителей мощности соединены с синусной 3 и косинусной 4 обмотками якоря СМ 1. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. S (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН 511 4 Н 02 P 6/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGKOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4084864/24-07 (22) 09.07.86 (46) 23.08.88. Бюл, У 31 (72) Д.С.Астахов, С.А.Батоврин, Л.М.Епифанова, И.В,Житенская, А.Г.Микеров и А.В.Яковлев (53) 621,313.13.914 ° 2:621,382(088.6) (56) Заявка Японии 11 59-18955, кл. Н 02 P 6/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

У 1241400, кл. Н 02 P 6/02, 1986. (54) ВЕНТИЛЬНЬЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике, Целью изобретения является повьппение энергетических показателей путем снижения потребления тока и повьппение линейности регулировочных характеристик. В вентильный электродвигатель введен электромеханический блок (ЭБ) 17 коррекции, кинематичес„„SU„„1418879 А1 кн связанный с ротором 2 синхронной машины (СМ) 1. Вход ЭБ 17 подключен к выходу модулятора 14, а выход ЭБ—

17 — к квадратурной обмотке 13 возбуждения датчика 11 положения ротора 2

СМ 1. В результате в устройстве обеспечивается обратная связь по частоте вращения вентильного электродвигате" ля через квадратурную обмотку 13 возбуждения. Это позволяет учитывать saпаэдывание в цепи. управления, составленной иэ двух каналов, выполненных соответственно из последовательно соединенных фазочувствительных выпрямителей 7 и 8 и усилителей 5 и 6 мощности. Входы указанных выпрямителей подключены к синусной 9 и косинусной

10 обмоткам датчика 11 положения. Выходы усилителей мощности соединены с синусной 3 и косинусной 4 обмотками якоря СМ 1. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

l 418879

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования частоты вращения электродвигателя при непрерывной коммутации.

Цель изобретения — повышение энергетических показателей путем снижения потребления тока и повышение линейности регулировочных характеристик.

На фиг. 1 изображена функциональ10 ная схема вентильного электродвигателя; на фиг. 2 и 3 — электромеханический блок коррекции, варианты.

Вентильный электродвигатель содержит двухфазную синхронную машину 1 с постоянным магнитом на роторе 2 (фиг. 1) и обмоткой якоря, синусная

3 и косинусная 4 секции которой подключены через последовательно соеди20 ненные усилители 5 и 6 мощности и фаэочувствительнне выпрямители 7 и 8 соответственно к синусной 9 и косинусной 10 обмоткам датчика 11 положе- 25 ния, который снабжен основной 12 и квадратурной 13 обмотками возбуждения.

Основная обмотка 12 через модулятор 14 подключена к задатчику 15 частоты вращения ° Опорный вход модулятора 14 соединен с выходом источника

16 опорного напряжения.

Кроме того, электродвигатель содержит электромеханический блок 17 коррекции с входом 18, входным валом

19 и выходом 20, подключенным к квадратурной обмотке 13 возбуждения. Вход

18 соединен с выходом модулятора 14, входной вал 19 кинематически связан

40 с ротором 2 синхронной машины 1. Кроме того, опорные входы фазочувствительных выпрямителей 7 и 8 подключены прямо к источнику 16 опорного напр яж ения .

Блок 17 коррекции может бьггь выполнен, например, в виде тахогенератора 21 постоянного тока (фиг. 2) являющегося датчиком угловой скорости ротора 2, и блока 22 умножения, первый вход которого образует вход

50

18 блока 17 коррекции, а вал тахогенератора является входным валом 19 блока коррекции. Выход блока 22 умножения является выходом 20 блока 17 кор- 55 рекции.

Блок 17 коррекции может быть также выполнен в виде асинхронного тахогенератора (фиг. 3 ., ротор 23 которого кинематически связан с ротором

2 синхронной машины I. Обмотка 24 возбуждения является входом 18 блока

17 коррекции, а генераторная обмотка

25 — выходом 20 блока коррекции.

Электродвигатель работает следующим образом.

Рассмотрим случай, когда запаздывание в цепях управления вентильного электродвигателя мало, т.е. Т=О, и напряжение на квадратурную обмотку

13 не подается. Подают опорное напряжение от источника 16 н задают частоту вращения эадатчиком 15. При этом на выходных обмотках 9 и 10 датчика

Il положения формируются напряжения

Ц и 11, переменного тока, огибающие которых выделяются фаэочувствительными выпрямителями 7 и. 8 в виде коэффициенты передачи фазочувствительных выпрямителей 7 и 8; амплитудное значение напряжения управления, соответствующее напряжению на выходе модулятора 14 электрический угол поворота датчика 11; механический угол поворота; число пар полюсов; коэффициент трансформации датчика 11 положения со стороны основной обмотки 12. це K7,Kф

P fl 1

Токи в секциях имеют вид

iq-K<

i4=K I.. > cos В, (2) Кз K7 KI К3

R — активное сопротивление секций 3 и 4;

К =K — коэффициент передачи усилителей 5 и 6 мощности.

В соответствии с принципом действия вентипьного электродвигателя по формуле (2) токи образуют магнитодвижущую силу (МДС) статора, взаимодействие которой с ИДС ротора приводит к появлению вращавшего момента. При этом фазы токов секпиях обмотки якоря не зависят от частоты вращения, поэтому такой Hpèòèëüíhté электродвигатель облапает оптимальными характеристиками и пе нуждается во ввепез 1418879 нии угла э опережения коммутации. Это является следствием отсутствия запаздывания в целях управления.

При наличии запаздывания в реаль5 ных целях управления, т.е. при T=O для оптимизации характеристик электродвигателя необходимо введение угла (э.

Для введения угла (з опережения коммутации измеряют частоту g вращения ротора 2 тахогенератором 21 постоянного тока (фиг. 2),или асинхронным тахогенератором 23 переменного тока (фиг, 3), умножают ее в первом 15 случае в блоке 22 умножения на напряжение БЧ и запитывают квадратурную обмотку 13 возбуждения датчика 11 °

Тогда для первого случая напряжение на квадратурной обмотке 13 равно 20

К

+1 (6) ?з-"(11 1э((() а его фаза сдвинута на угол (7) (8) y = arg W () Ы), 11,т =Кл где К вЂ” коэффициент передачи блока

17 коррекции.

При питании двух взаимно перпен- 25 дикулярных обмоток 12 и !3 возбуждения напряжения в обмотках 9 и 10 синусно-косинусного вращающегося трансформатора в соответствии с его принципом действия равны 30

U =K, U „sin 8 -К, U,„cos 8

U,ð =K 20 > cos 6 +К,>v„sin 8, где К - коэффициент трансформации датчика 11 положения со стороны квадратурной обмотки 13, Тогда напряжение на выходе фаэочув ствительного выпрямителя 7 равно

sin 8 -K ú K òSlv„cos 8 ) f2 12 1Ъ И (3) arg 1(((Дси)=arctg ТЫ.

Следовательно, с учетом (4) ток в секции 3 обмотки якоря имеет вид

> =К,И„s п(e-1э+ф, (9)

Аналогично для тока в секции 4

i =К Уч соз(6-(Э+У), (I0) где

В результате преобразований полу- 45 Кэ К, К,2

С чают l+ T 1 1 11

; (11) (4) (12) V1=A UÄ sin(8-Р) ъ

p =arctg Ты, где

50 Принимая во внимание, что W=P„Q, (5) преобразуют выражения (11), (12) и (5):

К(э KqK(g

P =arctic — — U; A=

К э cosy

Далее сигналы с выпрямителей 7 и

8 проходят через усилители 5 и 6 мощности и преобразуются в токи ig и 4 секций 3 и 4 обмотки якоря. Предположим, что в этих узлах сосредоточено все запаздывание цепей управления, которое можно учесть передаточной функ(13) КэК 1 К12

К = — — — — ——

1+Т (Р„й)2 у -aarrcctg ТР„Я, (14) (15) К(э К т а

Р =arctg — — ---à.

К12 где U u U — огибающие напряжений ч и ч > U

К где K =-R

R — - сопротивление секции1

P — оператор Лапласа.

В соответствии со свойствами передаточной функции амплитуда тока в секции 3 равна где U — амплитуда напряжения на вхо2 де усилителя 5; (W (e) - амплитудно-частотная харак- . теристика (АЧХ);

arg Нэ((э) — фазочастотная характеристика (ФЧХ); с.(— частота сигнала на входе усилителя 5.

АЧХ и ФЧХ передаточной функции (6) равны

1418879

10 (16) 15 б(рдижме f3

Фиа 2

Hs выражений (13)-(15) следует, что вентияьный электродвигатель не обладает оптимальными характеристиками ТаК как фазы TQKQB (-p+q) секции и коэффициент Кс зависят от частоты вращения Я, Однако если выбрать параметры электродвигателя из соотношения

К з Ktr — — — — =TP

К h и то, как следует из (1 3) -(15), Kñ=K K т K t =const, р =y, Выражения для токов секций 3 и 4 в этом случае примут вид (2), т.е. влияние запаздывания в цепи управления устраняется, Таким образом, введение обратной связи по частоте вращения вентильного электродвигателя через квадратурную обмотку возбуждения датчика положения позволяет компенсировать эапаз- >5 дывание в цепи управления при любой частоте вращения, что приводит к повышению линейности регулировочных характеристик и повышению энергетических показателей путем снижения потреб-30 ления тока.

Формула и э о б р е т е н и я

1. Вентипьный электродвигатель, содержащий двухфазную синхронную машину с постоянным магнитом на роторе и обмоткой якоря, синусная и косинусная секции которой подключены через последовательно соединенные усилитель 40 мощности и фаэочувствительный выпрямитель соответственно к синусной и косинусной вторичным обмоткам датчика положения. кинематически связанного с ротором синхронной машины и снабженного основной и квадратурной обмотками возбуждения, первая Hs которых подключена к выходу эадатчика частоты вращения через модулятор, опорный вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей путем снижения тока потребления и повьппения линейности характеристик, он снабжен электромеханическим блоком коррекции, кинематически связанным с ротором синхронной машины, выход которого подключен к квадратурной обмотке возбуждения, а вход соединен с выходом модулятора, а опорные входы фазочувствительных выпрямителей подключены к выходу источника опорного напряжения.

2. Электродвигатель по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что указанный блок коррекции выполнен в виде тахогенератора постоянного тока и блока умножения, первый вход которого образует вход блока коррекции, второй вход соединен с выходом тахогенератора, вал которого предназначен для кинематической связи блока коррекции с ротором синхронной машины, а выход блока умножения является выходом блока коррекции.

3. Электродвигатель по п. l, о тл и ч а ю шийся тем, что.блок коррекции выполнен в виде асинхронного тахогенератора переменного тока, обмотка возбуждения которого подключена к первому .входу блока коррекции, выводы генераторной обмотки образуют выход блока коррекции, а saa тахогенератора предназначен для кинематической связи блока коррекции с ротором синхронной машины.

1418879

От ротора 2 синхранной иаиат l

ЧВ 7

В8 ра 2 мой

Фиг З

Составитель А.Иванов

Редактор А.Козориз Техред М.Ходанич Корректор С.Черни

Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4165/54

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,