Моментный вентильный электродвигатель Советский патент 1987 года по МПК H02P6/00 H02K29/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к моментным электродвигателям с неограниченным углом поворота ротора, и может быть использовано в прецизионных следящих системах. .

Цель изобретения - повышение энергетических характеристик и стабильности электромагнитного момента мо- ментного вентильного электродвигателя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема моментного вентильного электродвигателя с ш-фазным синхронным электродвигателем; на фиг. 2 - функциональные схемы моментных вентильных электродвигателей соответственно с двухфазным и трехфазным синхронными электродвигателями.

Моментньм вентильный электродвигатель содержит синхронный электродвигатель 1 (фиг. 1) с т-фазной обмоткой 2 якоря и с ротором-индуктором 3, датчик 4 положения ротора, ротор которого связан с ротором синхронного электродвигателя 1, m усилителей 5, , m датчиков 6 и первый блок 7 из т-пе- ремножителей, выходы которых соедине- fibi со входами соответствующих усилителей 5. Выходы усилителей 5 соединены с соответствующими фазами обмотки 2 синхронного электродвигателя 1 через датчики 6 тока, выходы которых соединены со вторыми входами усилителей 5. Моментный вентильньм электродвигатель содержит также постоянное запоминающее, устройство 8 с од- - ним входным портом и двумя группами выходных портов соответственно с т+1 и m(m+1)/2 портами, цифроаналоговый преобразователь 9, блок 10 из m циф- роаналоговых преобразователей, второй блок 11 из m перемножителей, тремножителя третьего блока 12 перемножителей, где ,..,m. Каждый порт второй группы выходных портов

g при условии , ,.,.,m-1, j 2,...,m подключен к первым входам Р и Pj перемножителей третьего блока 12 перемножителей. Второй вход каждого PJ,- перемножителя третьего 10 блока 12 -перемножителей (,...,m, ,...,m) подключен к выходу j-ro перемножителя первого блока 7 перемножителей, а его выход соединен с J-M входом k-ro сумматора первого

1Г блока 13 сумматоров. Выходы блока 10 цифроаналоговых преобразователей сое динены с соответствующими входами второго блока 14 сумматоров и с (т+ +1)-ми входами первого блока 13 сум20 маторов, выходы которого соединены с соответствующими входами первого блока 7 перемножителей и со вторыми входами второго блока 14 сумматоров. Выходы второго блока 14 сумматоров подключены к соответствующим входам второго блока 11 перемножителей, вто рые входы которого подключены к соот ветствующим выходам первого блока 7 перемножителей, а выходы соединены

30 с m входами сумматора 15, (т+1) вход которого подключен к выходу цифроана логового преобразователя 9. Выход су матора 15 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 16, не

2С| инвертирующий вход которого является входом управления электродвигателя, а выход операционного усилителя 16 подключен ко вторым входам первого блока 7 перемножителей,, Выходные пор

Q ты первой группы постоянного запоминающего устройства 8 соответствуют величинам а(об), с,(сб),..., c(oi), а выходные порты второй группы соответствуют величинам (об), связы25

хронного электродвигателя с токами i. ,... , обмотки якоря по формуле

Тп

№

-a+lY c i .i.,

K,

тий блок 12 из т перемножителей, два 45 о Чим электромагнитньй момент син- блока 13 и 14 по m сумматоров в каждом, сумматор 15 и операционный усилитель 16. Выход датчика 4 положения ротора подключен к входному порту постоянного запоминающего устройства 8, gg первый порт q первой группы выходных портов которого подключен к входу) цифроаналогового преобразователя 9. Остальные порты с первой группы выходных портов подключены соответственно к входам блока 10 цифроаналоговых преобразователей. Каждый q, порт второй группы Н выходных портов

h к h j к ,

где - текущий угол поворота ротора

электродвигателя. Электродвигатель работает следую- 55 щим образомо

Датчик 4 положения ротора вырабатывает цифровой код, соответствующий углу поворота ротора ci, и поступающий

подключен к первому входу р перемножителя третьего блока 12 перемножителей, где ,..,m. Каждый порт второй группы выходных портов

при условии , ,.,.,m-1, j 2,...,m подключен к первым входам Р и Pj перемножителей третьего блока 12 перемножителей. Второй вход каждого PJ,- перемножителя третьего блока 12 -перемножителей (,...,m, ,...,m) подключен к выходу j-ro перемножителя первого блока 7 перемножителей, а его выход соединен с J-M входом k-ro сумматора первого

блока 13 сумматоров. Выходы блока 10 цифроаналоговых преобразователей соединены с соответствующими входами второго блока 14 сумматоров и с (т+ +1)-ми входами первого блока 13 сумматоров, выходы которого соединены с соответствующими входами первого блока 7 перемножителей и со вторыми входами второго блока 14 сумматоров. Выходы второго блока 14 сумматоров подключены к соответствующим входам второго блока 11 перемножителей, вторые входы которого подключены к соответствующим выходам первого блока 7 перемножителей, а выходы соединены

с m входами сумматора 15, (т+1) вход которого подключен к выходу цифроана- логового преобразователя 9. Выход сумматора 15 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 16, неинвертирующий вход которого является входом управления электродвигателя, а выход операционного усилителя 16 подключен ко вторым входам первого блока 7 перемножителей,, Выходные порты первой группы постоянного запоминающего устройства 8 соответствуют величинам а(об), с,(сб),..., c(oi), а выходные порты второй группы соответствуют величинам (об), связы

о Чим электромагнитньй момент син-

хронного электродвигателя с токами i. ,... , обмотки якоря по формуле

о Чим электромагнитньй момент син-

Тп

№

-a+lY c i .i.,

K,

Чим электромагнитньй момент с

45 о Чим электромагнитньй момент син- gg

h к h j к ,

где - текущий угол поворота ротора

электродвигателя. Электродвигатель работает следую- 55 щим образомо

Датчик 4 положения ротора вырабатывает цифровой код, соответствующий углу поворота ротора ci, и поступающий

на входной порт постоянного запоминающего устройства 8 На его первый выходной порт поступает значение, коэффициента aCci) ; на остальные выход- ные порты первой группы поступают значения коэффициентов c,(ci),o.., m(c/.) ; на выходные порты второй группы поступают значения коэффициентов h,,- (и), k 6j, .,.,m, j 1,...,m. Эти коэффициенты определяются равенствами

.1 dLo -2

2 doi

1 xi 2

12 dci

h .-1 йм«: en

j Jdci

где Lj,,1,, .. ,m - индуктивности фазы, эквивалентной индуктору, и фаз обмотки якоря; ,,1,...,т-1 j 1,...,m, - взаимная индуктивность между k-й и j-й фазами; i -ТОК нулевой фазы, соответствующей ротору-индуктору.

Третий блок 12 перемножителей вырабатывает т произведений ., поступающих с выходов перемножителей на j-й вход k-ro сумматора первого блока 13 сумматоров (фиг, 2,3),

на (т+1)-е входы которых поступают сигналы с. На выходах сумматоров первого блока 13 получа ются компоненты вектора c+Hi, поступающие на входы сумматоров второго блока 14, вырабатывающих компоненты вектора 2c+Hi° i Здесь с(с,,., .,с); симметричная m X m матрица;i(i°,..,5i) вектор оптимальных фазных токов.

Второй блок 11 перемножителей осуществляет покоординатное перемноже- ние векторов 2с + Hi и i°, сумматор

15 вычисляет значение электромагнитного момента согласно формуле

. оТ о

+ 2с 1° + i Hi ,

(2)

где Т - символ транспонирования. Это значение сравнивается на входах операционного усилителя 16 с входным сигналом, равным требуемому электро- магнитному, моменту М. Выходной сиг- нал операционного усилителя 16, имеющий смысл множителя .Лагранжа и в задаче на условньй минимум потерь в об мотке якоря при требуемом значении электромагнитного момента, поступает на вторые входы первого блока 7 перемножителей, на выходах которого фор- мируются оптимальные значения фазных токов i,...,i согласно равенствам

; ю

15

20

25 , 30g

40

45

50 55 С Л( i j ) , ,...,m,

(3)

Эти сигналы поступают на усилители 5, охваченные глубокой отрицательной обратной связью по току с помощью датчиков 6 тока и питающие фазы обмотки 2 якоря токами, близкими к оптимальным. Электродвигатель развиеа- ет момент, равный требуемому значению, при минимальных потерях в обмотке якоря.

При использовании трехфазного синхронного электродвигателя (фиг. 3) на 1-и выходной порт постоянного запоминающего устройс тва 8 поступает значение коэффициента а (об), на 2 - 4-й выходные порты - значения коэффициентов ) - с,(об); на шесть выходных портов второй группы подаются значения коэффициентов h , (oi) , h,,,(ttt), h,, (об), h(), , h-,, (об).

Цифроаналоговые преобразователи 9 и 10 преобразуют коэффициенты а, с, , с, Cj в аналоговую форму. Перемножители р : третьего блока 12 перемножителей вырабатывают произведения к Ki с учетом равенства h: . На - выходах сумматоров 13 получаются соответственно сигналы

с, +Ь„ i°,+h, i°+h,5i°,

c,+h,, ,i°,+h,,i ;,

C5+h,3 ,ji°, которые суммируются на соответствующих сумматорах 14 с сигналами с,, с, с,. С их выходов сигналы

2с, +h „ 1° +h ,г il+hi5 i ,

2сг+Ь,г it+hiiit+hjjit, . 2c,+h,3 i°+h,,ji° поступают на входы соответствующих перемножителей 11, на вторые входы которых подаются соответственно сигналы i° , i, i. С их выходов сигналы

2с, it +h „ i-f +h 2 i, i +h ,, i: i ,,

2сг il+Ъ ,a i il+hi i° +Ь„ i Г, .

2c, , i° iV+h, il iS +h ,, i , поступают на соответствующие входы сумматора 15, на четвертый вход которого подается сигнал а с выхода цифроаналогового преобразователя 9. На выходе сумматора 15 получается значение электромагнитного момента согласно формуле

э

,i;+XZhKj-iKi-, (4)

К K,j 1

которое сравнивается на входах операционного усилителя 16 с входным

5 13634136

сигналом, равным требуемому электро-Формула изобретения магнитному моменту М. Выходной снРнал операционного усилителя 16, имею-Моментный вентильный электродву- щий смысл множителя Лагранжа в за-g гатель, содержащий синхронный элект- даче на условный минимум потерь вродвигатель с т-фазной обмоткой яко- обмотке якоря .при требуемом значении.ря и ротором-индуктором, датчик по- электромагнитного момента, поступа-ложения, ротор которого механически ет на вторые входы перемножителей 7,связан с ротором синхронного электрона выходах которых формируются опти-ю двигателя, m усилителей, m датчиков мальные значения фазных .токов i° , ij,тока и первый блок из m перемножите- ij согласно равенствамлей, выходы которых, соединены с вхо- i, А(с,-t-h „ i,+h,i ij+hfjij),дами соответствующих усилителей, вы- i°- АСсг+Ь, i° 2} 1з) ходами соединенных с соотве.тствующи- 1°(с,+Ь,з i°+h2, ij+hjj i) (5)15 ми фазами обмотки синхронного элект- Эти сигналы поступают на усилите-. родвигателя через датчики тока, выхоли 5, охваченные глубокой отрицатель- ды которых соединены с вторыми вхо- ной обратной связью по току с по-дами усилителей, отличающий- мощью датчиков 6 тока и питающихс я тем, что, с целью повышения фазы обмотки 2 якоря токами, близки-20 энергетических характеристик и ста- ми к оптимальным. Электродвигатель бильности электромагнитного момента, развивает момент, равный требуемому,.введены постоянное запоминающее при минимальных потерях в обмоткеройство с одним входным ,портом и с якоря.двумя группами выходных портов соот- Равенства (3) получаются в резуль- 25 ветственно с т+1 и m(m+1)/2 портами, тате решения задачи на условный экст- цифроаналоговый преобразователь, блок ремум.методом множителей Лагранжа:из m цифроаналоговых преобразовате- найти токи i°,...,i, минимизирующиелей, второй блок из m перемножителей, мощнос;ть потерь в обмотке якоря итретий блок из га перемножителей, создающие требуемый электромагнитныйЗО два блока по m су1.1маторов в каждом, момент, т.е. : . сумматор с т+1 входами и операционный ,г. . т. -т усилитель, выход датчика положения 1 isS min, a-t-2c i+i Hi-Mo. ,ротора подключен к входному порту Функция Лагранжа и условие ее стацио- постоянного запоминающего устройства, нарности имеют вид первый порт первой группы выходных

,..(3+2c i+i Hi-M )портов которого подключен к входу

° цифроаналогового преобразователя,

VV-2i-2 A(c+Hi)0 (6)остальные порты первой группы выходЗдесь V, - множитель Лагранжа; подключены соответственно

V - символ вектора градиента ..40 блока цифроаналоговых преобИз равенства (6) следует формуларазователей, каждый q, порт второй

(c+Hi) группы выходных портов подключен к

покоординатная запись которой имеетпервому входу р .перемн,ожителя тревид равенств .(3). Формулы (4) и (5) лока перемножителей, а каж.цьш

являкхгся частными случаями формул(2)45 порт второй группы выходных пори (3) при . Р условии , подключен к

Таким образом, благодаря введению ервът входам р,- и перемножите- постоянного запоминающего устройства, третьего блока перемножителей,

цифроаналоговых преобразователей,второй вход калсдого р, перемкожителя

перемножителей, сумматоров и опера-60 третьего блока перемножителей подционного усилителя, получен момент-: ключен к выходу j-ro перемножителя ный вентильный электродвигатель с ми- первого блока перемножителей, а его

нимальными потерями fe обмотке якорявыход соединен с J-M входом k-ro

и с высокой стабильностью электро-сумматора первого блоьса сумматоров,

магнитного момента по углу поворота55 ьжоды блока цифроаналоговых преобраротора, обеспечиваемой с учетом ком- зозателей соединены с соответствуюпенсации реактивного момента и неси-щими входами второго блока сумматонусоидальности кривой магнитной ин-Ро и с (т+1)-ми входами первого блодукции в рабочем зазоре.ка сумматоров, выходы которого соединены с соответствующими входами первого блока перемножителей и с вторыми входами второго блока сумматоров, выходы которого подключены к соответствующим входам второго блока перемножителей, вторые входы которого подключены к соответствующим выходам первого блока перемножителей, а выходы соединены с m входами сумматора, (т+1)-й вход которого соединен с выходом- цифроаиалогОБого преобразователя, а выход - с инвертирую- й;им входом операционного усилителя, второй неинвертирующий вход которого является входом управления электродвигателя, а выход соединен с вторыми входами первого блока перемножите- лей, причем выходные порты первой группы постоянного запоминакмцего устройства соответствуют величинам a(t), с (fti), .. ., с(л), а выходные порты

второй группы соответствуют велн

чинам h KJ (OG), связывающим электромагнитный момент М синхронного электродвигателя с токами ,,...,i обмотки якоря по формуле

w

+

к 1 ,

K,J

hkj . I

где a - текущий угол поворота ротора электродвигателя.

Составитель А.Иванова Редактор И.Сегляник Техред М.Ходанич Корректор Л.Пшшпенко

Заказ 6376/51 Тираж 659 , Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская н аб., д. 4/3

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

иг.2

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повьшение энергетических характеристик и стабильности вентильного электродвигателя . Указанная цель достигается введением в моментньш вентильный электродвигатель постоянного запоминающего устройства 8, хщфроанало- гового преобразователя 9, блока 11 из m перемножителей, блока 12 из т перемножителей, блоков 13, 14 из m сумматоров в каждом, сумматора 15 и опера ционного усилителя 16. Б результате обеспечивается уменьшение потерь в обмотке якоря, компенсация реактивного момента и несинусоидальности кривой магнитной индукции в рабочем зазоре электродвигателя. 2 ил. (Л с DO 9 со 4