Реверсивный вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системе управления объектов различного назначения. Целью изобретения является повышение точности стабилизации частоты вращения. С этой целью в реверсивный вентильный электродвигатель введены запоминающие элементы 10 и 11, масштабирующие инверторы 14 и 15, блоки 12 и 13 сравнения и детектор 16 нуля. Датчик 6 положения ротора снабжен дополнительной обмоткой возбуждения для подключения к источнику постоянного напряжения, а блок 17 управления - дополнительным входом, объединенным с входом детектора 16 нуля и подключенным к выходу генератора 7 гармонических колебаний. В результате в вентильном электродвигателе обеспечивается отрицательная обратная связь по частоте вращния, которая формируется с помощью упомянутых узлов и соответствующего их включения. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системе управления объектов различного назначения. Целью изобретения является повышение точности стабилизации частоты вращения. На фиг. 1 представлена функциональная схема реверсивного вентильного электродвигателя; на фиг.2 принципиальная схема детектора нуля; на фиг.3 диаграммы, поясняющие работу вентильного электродвигателя. Реверсивный вентильный электродвигатель содержит синхронную машину (фиг. 1), секции 1 и 2 якорной обмотки которой подключены к выходам усилителей мощности 3 и 4, а ротор 5 с постоянными магнитами механически связан с датчиком 6 положения ротора, выполненным в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора. Основная обмотка возбуждения синусно-косинусного вращающегося трансформатора подключена к выходу генератора 7 гармонических колебаний, а синусная и косинусная обмотки к сигнальным входам первого и второго запоминающих элементов 8 и 9 соответственно. В вентильный электродвигатель введены третий и четвертый запоминающие элементы 10 и 11, первый и второй блоки 12 и 13 сравнения и первый и второй масштабирующие инверторы 14 и 15. Первый блок 12 сравнения по первому входу и выходу включен между выходом первого запоминающего элемента 8 и входом первого усилителя 3 мощности, а второй блок 13 сравнения по первому входу и выходу между выходом второго запоминающего элемента 9 и входом второго усилителя 4 мощности. Вторые входы блоков 12 и 13 сравнения соединены с выходами первого и второго масштабирующих инверторов 14 и 15, вход одного из которых соединен с выходом третьего запоминающего элемента 10, а вход другого с выходом четвертого запоминающего элемента 11. Сигнальные входы запоминающих элементов 10 и 11 подключены соответственно к синусной и косинусной обмоткам датчика 6 положения ротора, а управляющие входы запоминающих элементов 10 и 11 подключены к выходу детектора 16 нуля. Управляющие входы запоминающих элементов 8 и 9 и вход генератора 7 соединен с выходом блока 17 управления, с входом для подключения к источнику постоянного напряжения и дополнительным входом, который объединен с входом детектора 16 и нуля и подключен к выходу генератора 7 гармонических колебаний. Детектор 16 нуля составлен из компаратора 18 (фиг.2), диода 19, первого и второго инверторов 20 и 21, RC-фильтра 22 и логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 23. Вход компаратора 18 является входом детектора нуля, а выход компаратора 18 через диод 19, включенный в прямом направлении, соединен с входом первого инвертора 20, выходом подключенного к первому входу логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 23, а через второй инвертор 21 и RC-фильтр 22 с вторым входом упомянутой логической схемы, выход которой образует выход детектора 17 нуля. Датчик 6 положения ротора снабжен дополнительной обмоткой возбуждения для подключения к источнику постоянного напряжения. Реверсивный вентильный электродвигатель работает следующим образом. При подаче на дополнительную обмотку возбуждения постоянного напряжения U_вх1, а на основной вход блока 17 управления постоянного напряжения U_вх2 генератор 7 гармонических колебаний подает на основную обмотку возбуждения датчика 6 положения ротора переменное напряжение U_r(фиг.3а) синусоидальной формы, амплитуда которого автоматически поддерживается пропорциональной входному напряжению U_вх2. Блок управления вырабатывает импульсные сигналы логического нуля в моменты времени, соответствующие максимальной положительной амплитуде переменного напряжения U_r, при U_вх2 < 0 и максимальной отрицательной амплитуде переменного напряжения U_r при U_вх2 > 0. Аналогичные сигналы появляются на выходе детектора 16 нуля в моменты времени, соответствующие нулевому значению напряжения U_r. Принцип формирования сигналов U₁, U₂, U₃, U₄ ясен из схемы детектора 16 нуля (фиг.2) и диаграмм (фиг.3а). От тока в основной обмотке возбуждения датчика 6 положения ротора в его синусной и косинусной обмотках наводится напряжение U_c и U_кпеременного тока с частотой, равной частоте переменного напряжения U_rгенератора 7 гармонических колебаний, и амплитудой, изменяющейся по закону синуса и косинуса угла ϕ поворота ротора 5 синхронной машины соответственно. Эти напряжения равны: U_c^I=K_g U_r sin m ϕ sin ω t; U_к^I=K_g U_r cos m ϕ sin ω t, где К_g коэффициент трансформации; m число пар полюсов синхронной машины и вращающегося трансформатора; ω- круговая частота напряжения U_r генератора 7. От тока дополнительной обмотки возбуждения датчика 6 положения ротора в его синусной и косинусной обмотках генерируются напряжения U_c" и U_к", пропорциональные частоте вращения ротора синхронной машины и напряжению U_вх1, также изменяющиеся по закону синуса и косинуса угла ϕ поворота ротора синхронной машины. Эти напряжения равны: U KUsinmϕ U KUcosmϕ где К_g' коэффициент, характеризующий потокосцепление; ϕ- частота вращения потока синхронной машины. В результате на синусной и косинусной обмотках датчика 6 положения ротора формируется выходные напряжения U_c и U_к (фиг.3б), равные соответственно: U_c= U+U K_gU_psinmϕsinωt+KUsinmϕ U_к= U+U K_gU_гcosmϕsinωt+KUcosmϕ(10)
Напряжения U_c и U_к подаются на сигнальные входы запоминающих элементов соответственно 8, 10 и 9, 11, при этом запоминающие элементы 8 и 9 обеспечивают выделение огибающих этих напряжений и изменение фазы при изменении полярности входного напряжения U_вх2, а в момент поступления импульса U_g1 управления запоминают значения напряжений U_c и U_к. Поскольку импульсы управления с блока 17 управления выдаются при положительном входном напряжении U_вх2 в момент достижения напряжением U_rгенератора 7 максимального отрицательного значения, а при отрицательном входном напряжении U_вх2 в момент достижения напряжением U_rмаксимального положительного значения, то запоминающие элементы 8 и 9 в первом случае запоминают отрицательные максимальные значения напряжений U_c и U_к, а во втором случае их положительные значения, что равносильно изменению фазы этих напряжений на 180^о. Так как первая составляющая напряжения U_c меняет фазу на 180^о в точках sinm ϕ= 0, то обеспечивается выделение огибающих напряжений U_c и U_к. На выходах запоминающих элементов 8 и 10 будут напряжения, максимальные значения которых пропорциональны напряжению U_r генератора и изменяющиеся по закону синуса и косинуса угла поворота ротора синхронной машины (фиг.3б):
U_{ϕ c}=K_g˙U_r˙sin m ϕ,
U_{ϕ к}=K_g˙U_r˙cos m ϕ,
Запоминающие элементы 10 и 11 обеспечивают выделение среднего значения напряжений U_c и U_к соответственно, т.е. выделение вторых составляющих этих напряжений. После инвертирования выделенных напряжений на выходах инверторов 14 и 15 образуются напряжения и , максимальные значения которых пропорциональны частоте вращения ротора синхронной машины и изменяющиеся по законам синуса и косинуса угла поворота. Полярности этих напряжений противоположны полярностям напряжений, выделенных запоминающими элементами 8 и 9 (фиг.3б):
= -KUsinmϕ
= -KUscosmϕ
На выходе блоков 12 и 13 сравнения будут синусоидальные и косинусоидальные сигналы:
U_мс= (K_gU_r-KU)sinmϕ
U_мк= (K_gU_r-KU)cosmϕ
Первые составляющие сигналов U_мс и U_мк пропорциональны выходному напряжению U_r генератора 7, а значит и входному напряжению U_вх2, а вторые составляющие сигналов U_мс, U_мк частоте вращения ротора синхронной машины, чем обеспечивается отрицательная обратная связь по частоте вращения, а значит более высокий уровень точности стабилизации частота вращения вентильного электродвигателя. Изменяя коэффициенты передачи инверторов 14 и 15, можно изменять глубину обратной связи, обеспечивая оптимальный режим работы двигателя. Напряжение с блоков 12 и 13 сравнения в виде синусоидальных сигналов одной фазы и косинусоидальных сигналов второй фазы поступают в секции обмотки якоря синхронной машины, создавая вращающееся магнитное поле. В устройстве обеспечивается снижение постоянной времени в цепи управления, т.е. уменьшается запаздывание, упрощение, так как исключены конденсаторы фильтров, и расширение функциональных возможностей, обусловленное введение масштабирования сигнала обратной связи по частоте вращения, в результате чего появляется возможность регулировать добротность следящих систем в широких пределах.

Формула изобретения

РЕВЕРСИВНЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ по авт. св. N 1655274, отличающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации частоты вращения, блок управления снабжен дополнительным входом и введены третий и четвертый запоминающие элементы, первый и второй масштабирующие инверторы, первый и второй блоки сравнения и детектор нуля, причем первый блок сравнения по первому входу и выходу включен между выходом первого запоминающего элемента и входом первого усилителя мощности, второй блок сравнения по первому входу и выходу между выходом второго запоминающего элемента и входом второго усилителя мощности, вторые входы первого и второго блоков сравнения соединены с выходами соответственно первого и второго масштабирующих инверторов, входы которых подключены соответственно к выходам третьего и четвертого запоминающих элементов, сигнальные входы которых подключены к синусной и косинусной обмоткам датчика положения ротора соответственно, а управляющие входы к выходу детектора нуля, входом объединенного с дополнительным входом блока управления и соединенного с выходом генератора гармонических колебаний, а датчик положения снабжен дополнительной обмоткой возбуждения для подключения к источнику постоянного напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000        

---