Вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является повышение энергетических показателей путем снижения потребления тока и повьппеиие линейности регулировочных характеристик. В вентильный электродвигатель введен тахогенератор I7 постоянного тока, механически связанный с ротором 2 синхронной машины 1 и модулятор (М) 18. Датчик 10 положения (Ш) снабжен квадратурной обмоткой возбуждения 19. Выход тахогенератора I7 подключен к сигнальному входу М 18, опорньв входом соединенному с выходом источника I2 опорного напряжения. Выход М 18 соединен с обмоткой 19. В результате обеспечивается обратная связь по частоте вращения вентильного электродвигателя через обмотку 19 ДП 10. Это позволяет учесть запаздывание в цепях управления синусной 3 и косинусной 4 обмотками синхронной машины 1. Каждая цепь управления составлена из последовательно соединенных между собой фазочувствительного выпрямителя 15

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1418880 д1 ц11 4. Н 02 Р 6/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4084864/24-07 (22) 09.07.86 (46) 23.08.88. Бюл. № 31 (72) Д.С.Астахов, С.А,Батоврин, Л.М.Епифанова, И.В.Житенская, A.Ã.Ìèкеров и А.В.Яковлев (53) 621,313.13,014,2:621.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1241400, кл. Н 02 P 6/02, 1986, Заявка Японии ¹ 59-18955, кл, Н 02 P 6/00, 1977. (54 ) ВЕНТИЛЬНЫИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение энергетических показателей путем снижения потребления тока и повышение линейности регулировочных характеристик. В вентипьный электродвигатель введен тахогенератор 17 постоянного тока, механически связанный с ротором 2 синхронной машины

1 и модулятор (М) 18. Датчик 10 положения (ДП) снабжен квадратурной обмоткой возбуждения 19. Выход тахогенератора 17 подключен к сигнальному входу М 18, опорно ° входом соединенному с выходом источника 12 опорного напряжения. Выход М 18 соединен с обмоткой 19. В результате обеспечивается обратная связь по частоте вращения вентильного электродвигателя через обмотку 19 ДП 10. Это позволяет учесть запаздывание в цепях управления синусной 3 и косинусной 4 обмотками синхронной машины 1. Каждая цепь управления составлена иэ последовательно соединенных между собой фаэочувствительного выпрямителя 15 (16) блока 7 (8) умножения и усилителя 5 (6) мощности. Выходы выпрямителей 15 и 16 подключены соответственно к синусной 13 и косииусной 14 обмотками ДП 10. Вторые входы блоков

7 и 8 умножения подключены к выходу задатчика 9 частоты вращения. 1 ил, 1418880

30 прыжение U уставки частоты вращения. Рассмотрим случай, когда запаздывание в цепях управления вентильного электродвигателя ничтожно мало, т,е, Т=О, и напряжение на квадратур55

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электродвигателям, и может быть использовано для регулирования частоты вращения электродвигателя при непрерывной комму5 тации.

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

На чертеже изображена функциональная схема вентипьного электродвигателя. 15

Вентильный электродвигатель содержит двухфазную синхронную машину 1 с постоянными магнитами на роторе 2 и обмоткой якоря, синусная 3 и косинусная 4 секции, которой подключены со- 20 ответственно через усилители 5 и 6 мощности к выходам первого 7 и второго 8 блоков умножения с двумя входами. Первые входы блоков 7 и 8 умножения подключены к выходу задатчика 9 частоты вращения. С ротором 2 кинематически связан датчик 10 положения, обмотка 11 возбуждения которого подключена к выходу источника

12 опорного, напряжения, а синусная

13 и косинусная 14 выходнь|е обмотки соединены соответственно с вторыми входами блоков 7 и 8 умножения через фазочувствительные выпрямители 15 и

16, Опорные входы фазочунствительных выпрямителей 15 и 16 подключены к выходу источника 12 опорного напряжения.

Кроме того, электродвигатель содержит тахогенератор 17 постоянного то- 40 ка и модулятор 18, а датчик 10 положения ротора выполнен с квадратурной обмоткой 19 возбуждения, подключенный к выходу модулятора 18 сигнальный

ВхОд кОтОрого пОдключен к выходу та 45 хогенератора 17, а Опорный вход — к выходу источника 12 опорного напряжения, Тахогенератор 17 кинематически связан с ротором 2 синхронной машиHbl 1 °

Электродвигатель работает следующим образом.

Подают опорное напряжение I! „ От источника 12 переменного тока и наную обмотку 19, возбуждения не подается. При этом на обмотках 13 и 14 датчика 10 положения формируются напряжения 1!1 и U переменного тока, Огибающие которых выделяются фазочувствительными выпрямителями 15 и 16 н виде

111 = К 1 К 11 А он з -п0 — К

А „ - амплитуда опорного напряжения 11оп, 0 =P> g — электрический угол поворота датчика 10 положения и связанного с ним ротора 2; — механический угол поворота;

P> — число пар полюсов;

К вЂ” коэффициент трансформа11 ции датчика 10 положения со стороны основной обмотки 11 возбуждения.

Тогда блоки 7 и 8 умножения формируют выходные напряжения, которые после усиления в усилителях 5 и 6 поступают на синусную 3 и косинусную 4 обмотки якоря синхронной машины I в виде

U3=Kg K lpKl

U< =K q К К11 А „U„cos 8 (2) где К =К вЂ” коэффициент передачи усилителей 5 н 6 мощности, Так как н данном случае принято, что постоянная времени Т=О нндуктинностью обмотки якоря можно пренебречь и токи н обмотках 3 и 4 имеют нид

i,=к, U> sil 6;

i Ê U cos 6, (3) где К =K

B — активное сопротивление обмоток 3 и 4, В соответствии с принципом действия нентильного электродвигателя токи 1 1 и образуют магннтоднижушую силу (МДС) статора, нэаимодейстние которой с МПС ротора приводит к появлению нрашакщего момента, вызывающего вращение ротора 2 с частотой g, пропорциональной амплитуде А =А напряжений на сииусис и 3 и косинусной

4 Обмотках якоря

l4l888 (4) Я =К,„А =К z 11у, где К „- конструктивный параметр синхронной машины 1;

К д К К11 К1ь Аon °

При этом, как следует из (3), коэффициент Кс и фазы токов в секциях обмотки якоря не зависят от частоты вращения, поэтому такой вентильный электродвигатель обладает оптимальны10 ми характеристиками и не нуждается во введении угла р опережения коммутации. Это является следствием отсутствия запаздывания в цепях управления (Т=О).

При наличии запаздывания в реальных цепях управления, т.е. при Т О, для оптимизации характеристик вентипьного электродвигателя необходимо

20 введение угла р опережения коммутации, Для введения угла р опережения коммутации измеряют частоту A вращения ротора 2 тахогенератором 1, преобразуют ее с помощью модулятора 18 в напряжение переменного тока U, и подают на квадратурную обмотку 19 возбуждения синусно-косинусного вращающегося трансформатора в виде напряжения

1, =A sin(5 -/Э) 11„=A cos(e-p), (8) К 13

=arctg — — — U tâ, K f< Aon (9) К>5 Кп Аоп

15 11А 0

cosy (10) (5) где К и К вЂ” коэффициенты передачи

16 и модулятора 18 и тахогенератора 17 соответ35 ственно.

При питании двух взаимно перпендикулярных обмоток 11 и 19 возбуждения напряжения в обмотках 13 и 14 синусно-косинусного вращающегося

40 трансформатора в соответствии с его принципом действия равны

"Э()= y-+

Кз (12) В соответствии со свойствами пере45 даточных функций амплитуда тока в секции 3 равна (13) т,=U, ×,(3û)t, 50

Фазочувствительные выпрямители 15 и 16 выделяют огибающие этих напряжений

rpe U,=A U>

1 Э (" ) 3(«(K „A „sin8 -K>U1 сбз 8 ) 1

=K (К А cos0+K U sin8) 55

f6 16 и on C9 1ф

Ц 1э =К 11 110д Б1п 9 -К 1nU gg соз д

U ig =K „, U,„„cos 8 +К1э ц sin 8, где К, — коэффициент трансформации датчика 10 положения со стороны квадратурной обмотки

19 возбуждения, где ll< — амплитуда огибающей напряже13

HHR U pi о 4

При выводе соотношений (7 ) предполагается, что фазочувствительные выпрямители 15 и 16 беэынерциоины, а их запаздывание, входящее в общую постоянную времени Т, условно отнесено к постоянной времени усилителей

5 и 6 мощности и обмотки якоря синхронной машины 1, Используя известные тригонометрические соотношения, выражения (7) преобразуют: где в — угол опережения коммутации, После блоков 7 и 8 умножения сигналы равны

U) =AU) sin(e - ); (11)

U =AU cos(8 — Э), ф ч

Далее этн сигналы проходят через усилители 5 и 6 мощности и преобразуются в токи i> и i секций 3 и 4 обмотки якоря.

В этих узлах сосредоточено все saпаздывание цепей управления, которое можно учесть передаточной функцией с постоянной времени Т, имеющей, напри" мер, для секции 3 обмотки якоря вид где КЭ=К /R, R — сопротивление секции;

Р— оператор Лапласа. а его фаза сдвинута на угол

V- = 3 1 (14) амплитуда напряжения на входе усилителя 5; амплитудно-частотная характеристика (АЧХ); фазочастотная характеристика (ФЧХ); частота сигнала на входе усилителя 5.

1418880

i =К,U Sin(6-Р+111) . (i5) (18) q=arctg 2 >.

30 (20) y =arete ТР„Я:

ВВ1111П11 3аказ 4165/54 Тираж 583

i ж1 ород x . 1 1Г 1 н ч

Произв — по:игр. 1р-тпе, г .. ., р, .. —. а, АЧХ и ФЧХ передаточной функции (12) равны аг У (,}м))=агсСр Ты.

Следовательно, с учетом (11) ток в секции 3 обмотки якоря принимает вид

Аналогично для тока в секции 4

i, =К,Л1 cos(8 -(3+Q), (16) где

К,К „К„А,„„К „ „), ) о 20

С учетом 5, а также принимая во внимание выражение ы=Р„Й, преобразуют выражения (li ), (l 8) и (9)

К К

K«Àoï

К1э К1зК11 и

1 =агс1р (21)

K«Аоп

Из выражений (19)-(21) следует, что в общем случае рассматриваемый вентильный электродвигатель не обладает оптимальными характеристиками, так как фазы токов (— p+g) секций и коэ1ьфипиент К зависят от частоты вра-40 с щения й, Однако если выбрать параметры вентильного электродвигателя иэ соотношения

45 (22)

К11 Апя то, как следует иэ (19)-(21), К =K K K А =сопя ., p =4 .

C Я 15 11 Of (23)

Поэтому выражения (15) и (16) для токов секций 3 и 4 принимают вид

1 (3i ., 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 запаздывание в цепи управления при любой частоте вращения. Это приводит к повышению линейности регулировочных характеристик и повьппению энергетических показателей путем снижения тока потребления, Ф о р м у л а и з о б р е т ения

Вентильный электродвигатель, содержащий двухфазную синхронную машину с постоянными магнитами на роторе и обмоткой якоря, синусная и косинусная секции которой подключены соответственно через усилители мощности к выходам первого и второго блоков умножения с двумя входами, первые входы которых подключены к выходу задатчика частоты вращения, датчик положения, кинематически связа.нный с ротором синхронной машины, обмотка возбуждения которого подключена к выходу источника опорного напряжения, а синусная и косинусная выходные обмотки соединены соответственно с вторыми входами блоков умножения через фазочувствительные выпрямители, onopwe входы которых подключены к выходу источника опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повьппения энергетических показателей путем снижения тока потребления и повышения линейности характеристик, введен тахогенератор постоянного тока и модулятор, а датчик положения выполнен с квадратурной обмоткой возбуждения, подключенной к выходу модулятора, сигнальный вход которого подключен к выходу тахогенератора, а опорный вход — к выходу источника опорного напряжения, и тахогенератор кинематически связан с роОром сиHхронHОй машины.