Вентильный электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к электроприводу, и может быть использовано в следящих системах. Цель изобретения - повышение надежности . В предложенном устройстве электронный тахометр выполнен в виде трех блоков деления, блока умножения, сумматора, сумматора-вычитателя и блока задания константы. Предлагаемая конструкция электронного тахометра позволяет исключить из конструкции устройства третью электрическую машину тахогенератора при сохранении оптимальности настройки во всем диапазоне изменения скорости ротора и линейности механических и регулировочных характеристик, за счет чего достигается поставленная цель. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (!!) (sa)s Н 02 P 6/00, G 05 F 1/44

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ и ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . - ""«" !,"

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 4744445/07 (22) 11.07.89 (46) 07.09.91. Бюл. ЬЬ 33 (72) P.È.×àéêîåcêèé, Э.Ç.Тимощук, М.С,Музыка, M.Е.Панчак и И.E.Øàëèìoâà (53) 621.314.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1418879, кл. Н 02 Р 6/02, 1986. .(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано в следящих системах.

Цель изобретения — повышение надежноИзобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано в следящих системах.

Целью изобретения является повышение надежности.

На чертеже представлена функциональная схема вентильного электропривода.

Вентильный электропривод содержит двухфазную синхронную машину 1 с по-. стоянными магнитами на роторе 2 и обмоткой якоря, синусная секция 3 и косинусная секция 4 которой через соответствующие усилители 5 и 6 мощности и фазочувствительные выпрямители 7 и 8 подключены соответственно к синусной вторичной обмотке 9 и косинусной вторичной обмотке 10 датчика 11 положения, кинематически связанного с ротором 2 двухфазной синхронной машины 1, снабженной основной обмоткой 12 возбуждения и квадратурной обмоткой 13 возбуждения. Основная обмотка 12 возбуждения подключена к выходу задатчика 14 частоты вращения через модусти. В предложенном устройстве электронный тахометр выполнен в виде трех блоков деления, блока умножения, сумматора, сумматора-вычитателя и блока задания константы. Предлагаемая конструкция электронного тахометра позволяет исключить из конструкции устройства третью электрическую машину тахогенератора при сохранении оптимальности настройки во всем диапазоне изменения скорости ротора и линейности механических и регулировочных характеристик, за счет чего достигается поставленная цель. 1 ил. лятор 15, опорный вход которого соединен с выводом источника 16 опорного напряжения, а квадратурная обмотка 13 возбуждения к выходу блока 17 умножения, первый вход которого подключен к выходу модулятора 15, а второй — к выходу электронного тахометра 18. Электронный тахометр 18 содержит первый, второй и третий блоки 1921 деления, блок 22 умножения, сумматор

23, сумматор — вычитатель 24 и блок 25 задания константы, причем первые и вторые входы первого и второго блоков 19 и 20 деления образуют входы электронного тахометра 18 и подсоединены соответственно к синусной и косинусной вторичным обмоткам 9 и 10 датчика 11 положения и синусной и косинусной секциям 3 и 4 обмотки синхронной машины 1. а их выходы соединены с входами блока 22 умножения, и соответственно с прямым и инверсным входами сумматора-вычитателя 24. Выход блока 22 умножения через сумматор 23, второй вход которого подключен к блоку

25 задания константы, соединен с первым

1676053 входом третьего делителя 21, Второй вход третьего делителя 21 соединен с выходом сумматора-вычитателя 24, а его выход является выходом злектронного тахометра 18.

Вентильный злектропривод работает следующим образом.

С задатчика 14 частоты вращения напряжение U3 через модулптор 15, на опорный вход которого с источника 16 опорного напряжения подается напряжение

Uu =U sin2 л1 (1) где U, f — амплитуда и частота опорного напряжения;

t — время, поступает на основную обмотку 12 возбуждения датчика 11 положения, Одновременно напряжение с выхода модулятора 15 через блок 17 умножения, где перемножается с напряжением О в поступающим на его второй вход, подается на квадратную обмотку 13 возбуждения, Таким образом, напряж=ния на основной и квадратурной обмотках 12 и 13 возбуждения датчика 11 положения описываются выражениями

Up = K Оз sln2 е1 т (2)

Окв =КОз Ов sin2 arf t (3) где К вЂ” коэффициент передачи модулятора.

Датчик 11 nollo>KBHvIR выполнен в виде вращающегося трансформатора. Следовательно, в соответствии с принципом его работы на синусной и косинусной вторичных обмотках 9 и 10 формируются напряжения, описываемые выражениями

Ос =К О 1 +Р s}n(nln)t+

1 +О

+О+p(в)) sln2 (гft, (4) Ок = К U 1+ U y cos(m вт+

+ О+Р(в)) s(n2 л ft, (5) где и) — число пар полюсов синхронной машины 1 и датчика 11 положения;

N — частота вращения ротора 2 синхронной машины 1;

О= 90 эл.град, — угол взаимного расположения статара датчика 11 поло>кения и статора синхронной машины 1, устанавливаемый при наладке вентильного злектропривода; ф(в) — угол фазового сдвига, вводимый напряжением, поступающим на квадратную обмотку возбуждения и определяемый выражением

p(co) = a(c}:g- —::=: arctgU в. (6)

1.4в, Uo

Напряжения. U(: и Ок через фазочувствительные выпрямители 7 и 8 и усилители 5 и 6 мощности поступают соответственно на синусную и косинусную секции 3 и 4 якор5 ной обмотки синхронной машины 1 и описываются уравнениями

У К U> (1 + U g slil(fll Щt + g+/}((>> )} ((у) (° в в (>(в>(. (в>

10 где М/ф, Wy — передаточные функции фазочувствительного выпрямителя и усилителя мощности.

15 В уравнениях (7) и (8), если пренебречь производными второго и высших порядков, произведения передаточных функций Ф/ф

Wy можно представить в виде передаточной функции Ws эквивалентного аперио20 дического звена первого порядка

В(з—

Кз

1+Тв Р (9) где К,, Тв — передаточный коэффициент и постоянная времени эквивалентного апе25 риодического звена.

Таким образом, амплитудно-частотная

А(в) и фазочастотная V(e) характеристики последовательно соединенных фазочувствительного выпрямителя 7(8) и

30 усилителя 5 (6) мощности описываются выражениями

*(>

35 V(cu) = arctg(m в Тэ) ° (11)

С учетом выражений (10) и (11) уравнения (7) и (8), описывающие напряжения на синусной и косинусной секциях 3 и 4 якорной обмотки синхронной машины 1, преоб40 разуются к виду иа =к к о. †>-+-В= i(ввв(((>-v(>>.(r> вк +(кт васк. к в.— — (квкв(>(>-в (В (rr> т жХ

r r(r, Напряжения О>с и UIIK вызывают в синусной и косинусной секциях 3 и 4 якорной

50 обмотки синхронной машины 1 токи, описываемые уравнениями

k rr- }t,(Кв К Us — -+ — sl(((e (t> t + I>+i}((>>)—

1 1Г 7

К в(к.

-V((»)} — К ° ((> sl(>(e ((>t +(в)}; (14)

l((y fl4 К . 1„ . cas(e ((>t + I(I+/(c>)— 7iir(r. в

V((>>)} — Ке ((> c(>s((sa>1 +Il)j; (15) 1676053 где KE — конструктивный коэффициент синхронной машины 1;

R — сЬпротивление синусной 3 и косинусной 4 секций якорной обмотки синхронной машины 1.

В соответствии с принципом действия вентильный двигатель настроен оптимально, если угол между вектором магнитодвижущей силы статора F(:>, образованной токами, протекающими в секциях якорной обмотки, и вектором магнитодвижущей силы ротора, равен л/2 эл.град.

Таким образом, предлагаемый вентильный электропривод, напряжения и токи в секциях якорных обмоток которого описываются уравнениями (12)-(15) работает a оптимальном режиме во всем диапазоне изменения скорости вращения ротора, если выполняется условие

0 =ф(в) — Ч (в) = (16)

Условие (16) выполняется, если ф(в) = Ч (в), (17)

Введение угла фазового сдвига ф(в) обеспечивается подачей на квадратурную обмотку 13 возбуждения датчика 11 положения напряжения, пропорционального произведению напряжения U3 задания и напряжения U(g),ôoðìèðóåìoão электронным тахометром 18.

Формирование напряжения Ов осущеI ствляется следующим образом.

На первые и вторые входы первого и второго делителей 18 и 20 электронного тахометра 18 подаются соответственно напряжения U< и Ок с синусной и косинусной выходных обмоток 9 и 10 датчика 11 положения и напряжения О((, Ояк с выхода усилителя 5 и 6 мощности. Напряжения U)g, О2о на их выходах, таким образом, описываются уравнениями

U)() = Kg . tg (m в t + 0+)В (в )); (18)

U2() = Kg tg (m В т + О+)0 (В ) — Чг(В)), (19) где Kg — коэффициент передачи блоков деления.

Эти напряжения поступают на входы блока 22 умножения и входы сумматора-вычитателя 24. Следовательно, уравнения, описывающие напряжения U22, О24 по выходам указанных блоков, имеют вид

U22 = Кя tg (m вt+О+p(co)) tg (m вt+

+ 0+Р (cu } — Ч (в)); (20)

Utc = Kgftg (m rv t + 0 + P (ru)) — tg (m cu t +

+в+р(ш) — ч (иф, (ãt)

В сумматоре 23 к напряжению U22 прибавляется напряжение U25, поступающее с блока 25 задания константы, т.е.

О23 = О25 + Kg tg (m в \ + 0 +((N ))

tg (т вт+ О+)9(в) -Ч (в)). (22) где О2з — напряжение на выходе сумматора 23.

С выхода сумматора-вычитателя 24 и сумматора 23 напряжения поступают соответственно на первый и второй входы третьего блока 21 деления. Уравнение, описывающее напряжение Ов на его выходе, получают в результате деления выражения (21) на выражение (22).

Таким образом

tt - 5 tgimcu + + > ) — tg(mcut+g+ а -у щ

ul — у(tu ttr(m cut + 8+()(cu)). tg (cumt up(m) р( (2З) Если установить напряжение на выходе блока 25 задания константы U25 = Kg, то выра2 жение (23) преобразуется к виду

tg,(m cut + В+ф(m)) - tggmmt + д+(в) — Ч (cu)) " T+ rg (hi i — t+ +(cu)) — tg rnrut+Г уГ.т) Г((") В соответствии .с основными формулами тригонометрии можно загЪсать тождество

tg (m cu t + 8+ /) (в )) = —

s(и (п1 вt +6+()(ш )1

30 (25) Подставляя тождества (25) и (26) в уравнение (24) после преобразований получим

sill Ч

45. С учетом уравнения (11) уравнение (27) приобретает вид

Ов=mв 4 (28)

Подставив уравнение (27) в уравнение (6), находят

p(ctc) marCtg L4mscCtp tg Ч (В) = P(cu). (>g)

Уравнение (29) показывает, что в предлагаемом электроприводе выполняется равенство (17), что приводит к выполнению условия (16) оптимальной настройки вентильного электропривода.

1676053

С учетом уравнений (27)-(29) уравнения (12) и (13) преобразуются к виду

0 c = l4 K 0з sin(m cut+6); (30)

Ugr =l4 К 0з сов(твс+О); (31)

1c =.1/R /l4. K 0з sltl (m

lK = 1/R (l4 К 0з сов (m со1+О)— — Кег,1 ° cos (гл й) e + 8 }) . (33)

Если угол между векторами магнитодвижущей силы статора и ротора равен 90 эл.град, то в соответствии с принципом действия вентильного электропривода токи 1С и ! к образуют в расточке статора вращающее магнитное поле, в результате взаимодействия которого с магнитным полем ротора 2 возникает вращающий момент, пропорциональный амплитуде токов!с и ly„протекающих в синусной и косинусной секциях 3 и 4 якорной обмотки синхронной машины 1, а ротор вращается со скоростью, пропорциональной амплитуде напряжений, прикладываемых к секциям якорных обмоток, т.е.

М = R (l4 K 0э — Kce); (34) в=К. К u„(35) где Кн — конструктивный коэффициент синхронной машины, устанавливающий связь между моментом и током.

Анализ уравнений (34) и (35) показывает, что механические и регулировочные характеристики вентильного электропривода линейны.

Формула изобретения

Вентильный электропривод, содержащий двухфазную синхронную мащину с постоянными магнитами на роторе и обмоткой якоря, синусная и косинусная секции которой через последовательно соединенные усилитель мощности и фазочувствительный выпрямитель подключены соответственно к синусной и косинусной вторичным обмоткам датчика положения, кинемати5 чески связанного с ротором синхронной машины и снабженного основной и квадратурной обмотками возбуждения, при этом основная обмотка возбуждения подключена к выходу задатчика частоты вра10 щения через модулятор, опорный вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а квадратурная обмотка возбуждения подключена к выходу блока умножения, первый вход которого

15 подключен к выходу модулятора, а второй — к выходу датчика скорости, о тл и ч а ю щи йс я тем, что, с целью повышения надежности, в качестве датчика скорости использован электронный тахометр, влкючающий пер20 вый, второй и третий блоки деления, блок умножения, сумматор, сумматор-вычитатель и блок задания константы, причем первые и вторые входы первого и второго блоков деления образуют входы элект25 ронного тахометра и подсоединены соответственно к синусной и косинусной вторичным обмоткам датчика положения к синусной и косинусной секциям обмотки . синхронной машины, а их выходы соедине30 ны с входами блока умножения и соответственно с прямым и инверсным входами сумматора-вычитателя, выход блока умно. жения через сумматор, второй вход которого подключен к блоку задайия константы, 35 соединен с первым входом третьего делителя, второй вход третьего делителя соединен с выходом сумматора-вычитателя, а его выход является выходом электронного тахоl метра.

1676053

Составитель И.Голови нова

Техред М.Моргентал Корректор. С.Черни

Редактор M.Ëèêoâè÷

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3012 Тираж ЗЗ Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям ври ГКНТ СССР

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