Моментный вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прецизионных следящих системах. В моментном вентильном электродвигателе использован второй модулятор 15, подключенный к квадратурной обмотке возбуждения датчика 16 положения ротора. Второй функциональный преобразователь 15 выполнен с возможностью реализации функции вида lq° рц (М0), что позволяет при оптимальных потерях в обмотке якоря синхронной машины упростить структуру вентильного электродвигателя. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4734880/07 (22) 11.07.89 (46) 15.05.92. Бюл, hL 18 (71) Казанский авиационный институт им, А.Н.Туполева (72) А.Ю.Афанасьев и Л.В,Скурлатова (53) 62-83.621.313.392(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N186019,,кл. Н 02 К 29/06, 1966.

Авторское свидетельство СССР

К. 1275680, кл, Н 02 К 29/06, 1986.

Авторское свидетельство СССР

М 1277308, кл. Н 02 К 29/06, 1986. (54) МОМЕНТНЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОД И ГАТЕЛ Ь (s()s Н 02 К 29/06, Н 02 P 6/02 (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прецизионных следящих системах, В моментном вентильном электродвигателе использован второй модулятор 15, подключенный к квадратурной обмотке возбуждения датчика 16 положения ротора. Второй фун кционал ьный преобразователь 15 выполнен с возможностью реализации функции вида

lq0= у)я (Mо), что позволяет при оптимальных потерях в обмотке якоря синхронной машины упростить структуру вентильного электродвигателя. 2 ил.

1734172

Изобретение относится к электротехнике, в частности к моментным вентильным электротдвигателям с неограниченным углом поворота ротора, которые находят широкое применение в прецизионных следящих системах.

Цель изобретения — упрощение при сохранении минимальных потерь в обмотке якоря и высокой стабильности электромагнитного момента по углу поворота.

На фиг.1, 2 представлены функциональные схемы моментного вентильного электродвигателя с двухфазной и трехфазной электрической машиной соответственно.

Моментный вентильный электродвигатель содержит синхронную электрическую машину 1 (фиг,1) с синусной 2 и косинусной

3 фазами обмотки якоря и с ротором-индуктором 4, усилители 5, 6 мощности, датчики

7, 8 тока, фазочувствительные выпрямители (ФЧВ) 9, 10, задатчик 11 момента, функциональные преобразователи(ФП) 12, 13, модуляторы 14, 15, датчик 16 положения ротора, выполненный для двухфазной синхронной машины в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ) с основной и квадратурной обмотками 17 возбуждения и с двумя выходными обмотками 18.

Вы;<од задатчика 11 момента по,,ключен к входам ФП 12 и 13, выходы которых подключены к входам модуляторов 14, 15 соответственно. Их выходы подключены к основной и квадратурной обмоткам 1I7 возбуждения СКВТ 16, ротор которого механически связан с ротором-индуктором 4 синхронной электрической машины 1, а синусная и косинусная выходные обмотки 18

СКВТ 16 подключены к входам ФЧВ 9, 10 соответственно. Их выходы подключены к первым входам усилителей 5, 6 мощности, выходы которых подключены к синусной 2 и косинусной 3 фазам обмотки якоря через входы датчиков 7, 8 тока, выходы которых подключены к вторым инвертирующим входам усилителей 5, 6 мощности соответственно. Функциональные преобразователи

12, 13 реализуют функции

Id = P d(Mo), Id = P d (Мо) согласно равенствам

М m+ m+4 Ld L I

Мо—

2 х хр 1я, (1) — (г) ю где Мо — требуемый электромагнитный момент;

10

15 буемому электромагнитному моменту Мо

1, iq -токи продольной и поперечной фаз обмотки якоря обобщенной электрической машины;

Ld, Lq — продольная и поперечная индуктивности фазы обмотки якоря; р — число пар полюсов синхронной электрической машины;

gm — амплитуда потокосцепления фазы обмотки якоря с потоком ротора-индуктора.

Данный электродвигатель работает следующим образом, На выходе задатчика 11 момента вырабатывается сигнал, пропорциональный треОн поступает на ФП 12, 13, формирующие оптимальные значениЯ токов iqo, ldо, которые подаются на входы модуляторов 14, 15.

С их выхоДов сигналы К iqo sin Qt, K>.Id

sin Qt поступают на продольную и квадратурную (йоперечную) фазы обмотки 17 возбуждения СКВТ 16. На синусной и косинусной фазах его вторичной обмотки 18 формируются сигналы:

Кг(-iq sin а+ 4 сов а), sin Qt, Кг(+1ц сов а+ id з. и а) sin Qt, где Q — угловая частота модуляции.

Сигналы с вторичных обмоток 18 поступают на входы cD× 9, 10, На их выходах получаются сигналы;

lA = Id .С034 sIR Q

1н = id .Sind+ iq,cos Q, равные оптимальным значениям токов синусной 2 и косинусной 3 фаз обмотки якоря синхронной электрической машины. Эти сигналы поступают на входы усилителя 5, 6 мощности, которые с помощью датчиков 7, 8 тока питают фазы 2, 3 обмотки якоря токами IA = iA, iB = iB . При этом синхронная электрическая машина 1 развивает стабильный момент Мо при минимальных потерях в обмотке якоря.

В моментном вентильном электродвигателе, выполненном на базе трехфазной синхронной машины (фиг.2), в качестве датчика положения ротора использован сельсин 19 с основной и квадратурной обмотками 20 и с трехфазной выходной обмоткой 21. Этот электродвигатель содержит

ФЧВ 22 — 24, усилители 25 — 27 мощности, датчики 28 — 30 тока, синхронную электрическую машину 31 с фазами 32 — 34 обмотки якоря и с ротором-индуктором 35.

Выход задатчика 11 момента подключен к входам ФП 12, 13, выходы которых подключены к входам модуляторов 14, 15 соответственно. Их выходы подключены к основной и квадратурной обмоткам 20 возбуждения сельсина 19, ротор которого меха1734172

4х с сов(а — — ) — iq

3 нически связан с ротором-индуктором 35 синхронной электрической машины 31, а фазы вторичной обмотки 21 подключены к входам ФЧВ 22 — 24, выходы которых подключены к входам усилителей 25 — 27 мощности. Их выходы подключены к фазам 32 — 34 обмотки якоря через входы датчиков 28 — 30 тока, выходы которых подключены к вторым инвертирующим входам усилителей 25-27 мощности соответственно, ФП 12, 13 в этом случае тоже реализуют фУнкЦии Iq = Уч(Mo), id = У (Мо) согласно равенствам (1) и (2), Эти равенства (1), (2) получаются в результате решения задачи на условный экстремум, т,е. найти токи 4, Iq обеспечивающие требуемый электромагнитный момент

Мэ = Р(фв Iq +(Ld — Lq) id iq 1= Мо при минимальных потерях в обмотке якоря

r(idо + iq ) =) Nln, где r — активное сопротивление фазы обмотки якоря;

Мэ — электромагнитный момент синхронной электрической машины.

Описанный электродвигатель работает следующим образом.

Сигнал, пропорциональный требуемому электромагнитному моменту Мо, с выхода задатчлка 11 поступает на ФП 12, 13, формирующие оптимальные значения токов

1яо, id, КатОРЫЕ ПОДаЮтСЯ На ВХОДЫ МОДУляторов 14, 15. С их выходов сигналы

К1iq sin йт, К1 Idî sin где Q — угловая частота модуляции, поступают на пропорциональную и поперечную фазы обмотки 20 возбуждения сельсина 19. На первой — третьей фазах его вторичной обмотки 21 формируются сигналы:

Кг(— iq sin a+id cos а) sin Qt;

Кг(— i sin(a — — ) + id сов(а — — ))

° о . 2 о 2я

3 3

sin Qt;

Кг(-i sin(a — — ) + id cos(a — — )1 о ° 4Л ° о 4к

3 3

sin Q t, поступающие на входы ФЧВ 22 — 24. На их . выходах получаем сигналы;

„о= (idо „, a lqоSln а

3 в =; — (id "os(a — — ) о 2.î „2X .о

3 " 3

2л (а- — çй iC = (id о 2 о

3 и(« — З )), 4л

55 равные оптимальным значениям токов первой — третьей фаз 32 — 34 обмотки якоря синхронной электрической машины. Эти сигналы поступают на входы усилителей 25—

27 мощности, которые с помощью датчиков

28 — 30 тока питают фазы 32 — 34 обмотки якоря токами:

IA = lA 1в = IB ic = Ic

При этом синхронная электрическая машина 31 развивает стабильный по углу. поворота ротора электромагнитный момент Мо при минимальных потерях в обмотке якоря.

Функциональные преобразователи, модуляторы, фазочувствительные выпрямители могут быть выпдлнены на серийных операционных усилителях, диодах и других элементах по известным схемам и подходам к их решению.

Таким образом, благодаря наличию одного дополнительного модулятора в схеме формирования фазных токов обмотки якоря синхронной электрической машины, соответствующему выполнению второго ФП и соответствующему исполнению датчика положения ротора (CKBT, сельсина), в моментном вентильном электродвигателе отсутствуют перемножители и сумматоры, что упрощает схему формирования фазных токов обмотки якоря и в целом моментный вентильный электродвигатель, а также повышает его надежность. При этом сохранена высокая стабильность электромагнитного момента при минимальных потерях в обмотке якоря.

Явные аналитические выражения для фУНКЦИй iqо = Pq(Mo) Nidо = Pd(Мо) ОтСУтствуют, Поэтому эти функции следует эатабулировать с помощью равенств (1), (2), задаваясь произвольными значениями тока

iq и определяя соответствующие значения

Мо И idо. ПОЛУЧЕННЫЕ табЛИцЫ ИСПОЛЬЗуЮтСя при построении функциональных преобразователей 12 и 13.

Формула изобретения

Моментный вентильный электродвигатель, содержащий синхронную электрическую машину с m-фазной якорной обмоткой, в каждую фазу которой включен датчик тока, выходом подключенный к инвертирующему входу усилителя мощности, выход которого подключен к соответствующей фазе якорной обмотки, датчик положения ротора, установленный на валу ротора-индуктора синхронной машины, обмотка возбуждения датчика положения ротора соединена с выходом модулятора, два функциональных преобразователя, один из которых выполнен с возможностью реализации функции

1734172

ug. 3

50

Составитель А.Головченко

Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Редактор M,Êåëåìåø

Заказ 1674 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

С,о = Р q (Мо), опРеделЯемой из соотношения о

Мо- 2(Pm+ Pm+4(Ld — Lq) Ч )

5 и выходом подключен к входу модулятора, а входы функциональных преобразователей подключены к выходу задатчика момента, каждая из выходных обмоток датчика положения ротора подключена к входу одного из фазочувствительных выпрямителей, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения при сохранении минимальных потерь и высокой стабильности электрического момента по углу поворота, введен второй модулятор, датчик положения ротора снабжен квадратурной обмоткой возбуждения, подключенной к выходу второго модулятора, вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, 20 выполненного с возможностью реализации фУнкЦии id = Р d (Мо), опРеДелЯемой из соотношения:

iÄ

2 Ld — (i

1p,„; 2 +4()2. о2 где Мо — требуемый электромагнитный момент;

iq — ток поперечной фазы обмотки якоря обобщенной электрической машины;

Ld, Lq — индуктивности фазы обмотки якоря по продольной и поперечной осям, Qm — амплитуда потокосцепления фазы обмотки якоря с потоком ротора-индуктора; р — число пар полюсов синхронной электрической машины;

id - ток продольной фазы обмотки якоря обобщенной электрической машины; а выход каждого фазочувствительного выпрямителя подключен к первому входусоответствующего усилителя мощности,