Вентильный электродвигатель Советский патент 1988 года по МПК H02P6/00 H02P6/06 

1S

/«

J2

Гв

00

с

со

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано дл регулирования частоты вращения электродвигателя при непрерывной ции.

Цель изобретения - повышение энергетических показателей путем снижения потребления тока и повышение линейности регулировочных характеристик.

На фиг. I изображена функциональная схема вентильного электродвигателя; на фиг. 2 и 3 - электромеханический блок коррекции, варианты.

Вентильный электродвигатель содержит двухфазную синхронную машину 1 с постоянным магнитом на роторе 2 (фиг. 1) и обмоткой якоря, синусная 3 и косинусная 4 секции которой под- ключены через последовательно соединенные усилители 5 и 6 мощности и фазочувствительные вьтрямители 7 и 8 соответственно к синусной 9 и косинусной 10 обмоткам датчика 11 положе- НИЛ, который снабжен основной 12 и квадратурной 13 обмотками возбуждения.

Основная обмотка 12 через модулятор 14 подключена к задатчику 15 частоты вращения. Опорный вход модулятора 14 соединен с выходом источника 16 опорного напряжения.

Кроме того, электродвигатель содержит электромеханический блок 17 коррекции с входом 18, входным валом 19 и выходом 20, подключенным к квадратурной обмотке 13 возбуждения.Вход 18 соединен с модулятора 14, входной вал 19 кинематически связан с ротором 2 синхронной машины 1. Кроме того, опорные входы фазочувстви- тельных вьтрямителей 7 и 8 подключе - ны прямо к источнику 16 опорного напряжения.

Блок 17 коррекции может быть выполнен, например, в виде тахогенера- тора 21 постоянного тока (фиг. 2)j являющегося датчиком угловой скорости ротора 2, и блока 22 умножения, первый вход которого образует вход 18 блока 17 коррекции, а вал тахогене ратора является входным валом 19 блока коррекции. Выход блока 22 умножения является выходом 20 блока 17 коррекции.

Блок 17 коррекции может быть также вьшолиен в виде асинхронного тахо- генератора (фиг. 3), ротор 23 кото

10

30

5

20

25

0

5

5

0

5

рого кинематически связан с ротором 2 синхронной машины I. Обмотка 24 возбуждения является входом 18 блока 17 коррекции, а генераторная обмотка 25 - выходом 20 блока коррекции.

Электродвигатель работает следующим образом.

Рассмотрим случай, когда запаздывание в цепях управления вентильного электродвигателя мало, т.е. , и напряжение на квадратурную обмотку 13 не подается. Подают опорное напряжение от источника 16 и задают частоту вращения задатчиком 15. При этом на выходных обмотках 9 и 10 датчика II положения формируются напряжения и, н и дпеременного тока, огибающие которых выделяются фазочувствитель- ными выпрямителями 7 и 8 в виде

sin ; cos 0 ,

,. К ,j.u.

г где К

U.Kg.K,

и.

(1)

и,

РП

Т1

11

коэффициенты передачи фазочувствительных выпрямителей 7 и 8; амплитудное значение напряжения управления, соответствующее напряжению на выходе модулятора 14; е Р (f - электрический угол поворота датчика 11;

механический угол поворота;

число пар полюсов; коэффициент трансформации датчика 11 положения со стороны основной обмотки 12. Токи в секциях имеют вид

sin0 ;/„

, COS0 ,

где ; ,

Р - активное сопротивление секций 3 и 4;

- коэффициент передачи усилителей 5 и 6 мощности. В соответствии с принципом действия вентильного электродвигателя по формуле (2) токи образуют магнитодвн- жущую силу (МДС) статора, взаимодействие которой с МДС ротора приводит к появлению вращающего момента. При этом фазы токов секциях обмотки якоря не зависят от частоты вращения, поэтому такой вентильный электродвигатель обладает оптимальными харак- теристикамт и не нхтклается во ввелеНИИ угла р опережения коммутации. Это является следствием отсутствия за- паздьшания в целях управления.

При наличии запаздьшания в реальных целях управления, т.е. при , для оптимизации характеристик электродвигателя необходимо введение угла ув .

Для введения угла /6 опережения коммутации измеряют частоту Q вращения ротора 2 тахогенератором 21 постоянного тока (фиг. 2),или асинхронным тахогенератором 23 переменного тока (фиг, 3), умножают ее в первом случае в блоке 22 умножения на напряжение и и запитывают квадратурную обмотку 13 возбуждения датчика 11.

Тогда для первого случая напряжение на квадратурной обмотке 13 равно

и,,к„.п и.

где К„ - коэффициент передачи блока

17 коррекции.

При питании двух взаимно перпен- 25 дикулярных обмоток 12 и 13 возбуждения напряжения в обмотках 9 и 10 си- нусно-косинусного вращающегося трансформатора в соответствии с его принципом действия равнызо

,iU V sin 0-К,и,т COS0 ; , и,д K,aU V где К л- коэффициент трансформации датчика 11 положения со сто- -jg роны квадратурной обмотки 13.

arg W3(ju)) - фазочастотная характ стика (ФЧХ);

OJ - частота сигнала на входе усилителя 5.

АЧХ и ФЧХ передаточной функции равны

IW,(JW)|

arg V.(jw)arctg Ты. Следовательно, с учетом (4) то

Тогда напряжение на вьпсоде фазочув- обмотки якоря имеет вид

ствительного вьтрямителя 7 равно ,(K,,U, sine -к,, cosG ),

где и ,, и и f, - огибающие напряжений

и и и„ .

В результате преобразований получают

(4)

,, sin(0-p+v).

40

Аналогично для тока в секции 4

., cos(G-/5+4 ), (

где

45 V l jllSl-KlL- l J(l7b.-Ln f ;

VH-T U V i

, sin(9-(i),

arctg Ты.

где

К,

arctg и

К,

n

д

(5)

Ml - c°s/ Далее сигналы с выпрямителей 7 и 8 проходят через усилители 5 и 6 мощности и преобразуются в токи ij и i секций 3 и 4 обмотки якоря. Предположим, что в этих узлах сосредоточено все запаздывание цепей управления, которое можно учесть передаточной функцией с постоянной времени Т, имеющей, например, для секции 3 вИд

V3 ffi-T

Кз

;+т

(6)

. Кг

где К, -i ,

R - сопротивление секции;

Р - оператор Лапласа, В соответствии со свойствами передаточной функции амплитуда тока в секции 3 равна

,|W3(jaJ)l ,(7)

а его фаза сдвинута на угол

у агеУз(Ы),(8)

где и - амплитуда напряжения на входе усилителя 5;

|W3(jco) - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ);

arg W3(ju)) - фазочастотная характеристика (ФЧХ);

OJ - частота сигнала на входе усилителя 5.

АЧХ и ФЧХ передаточной функции (6) равны

IW,(JW)|

arg V.(jw)arctg Ты. Следовательно, с учетом (4) ток в

обмотки якоря имеет вид

,, sin(0-p+v).

(9)

40

Аналогично для тока в секции 4

., cos(G-/5+4 ), (10)

где

45 V l jllSl-KlL- l J(l7b.-Ln f ; (10

VH-T U V i

arctg Ты.

(12)

50

gcПринимая во внимание, ,Я, преобразуют выражения (П), (12) и

(5):.

Ке JH(lSjLKn.fl) ; (13)

У1+тЧр„л)

Ln.Jil .

К,г

(14) (15)

Из выражений (13)-(15) следует, что вентильный электродвигатель не обладает оптимальными характеристиками, так как фазы токов ( -/Н-) секции и коэффициент KC зависят от частоты вращения Я

Однако если выбрать параметры электродвигателя из соотношения

,

ТР,

ч

(16)

то, как следует из (13)-(15),

Kc K3-K7-K,i const, у. (17)

Выражения для токов секций 3 и 4 в этом случае примут вид (2), 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 запаз- дывание в цепИ управления при любой частоте вращения, что приводит к по- вышен;ию линейности регулировочных характеристик и повышению энергетичес

с ротором синхронной машины и снабженного основной и квадратурной обмотками возбуждения, первая из которых подключена к выходу задатчика частоты вращения через модулятор, опорный вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей путем снижения тока потребления и повьшения линейности характеристик, он снабжен электромеханическим блоком коррекции, кинематически

связанным с ротором синхронной машины, выход которого подключен к квадратурной обмотке возбуткдения, а вход соединен с выходом модулятора, а опорные входы фазочувствительных вы-

прямителей подключены к выходу источника опорного напряжения.

2. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что указанный блок коррекции вьтолнен в виде тахогенератора постоянного тока и блока умножения, первый вход которого образует вход блока коррекции, второй вход соединен с выходом тахогенератора, вал которого предназначен

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повьппение энергетических показателей путем снижения потребления тока и повьппение линейности регулировочных характеристик. В вентильный электродвигатель введен электромеханический блок (ЭБ) 17 коррекции, кинематически связанный с ротором 2 синхронной машины (см) 1. Вход ЭБ 17 подключен к выходу модулятора 14, а вьпсод ЭБ - 17 - к квадратурной обмотке 13 возбуждения датчика 11 положения ротора 2 СМ 1. В результате в устройстве обеспечивается обратная связь по частоте вращения вентильного электродвигателя через квадратурную обмотку 13 возбуждения. Это позволяет учитывать за- паздьшание в цепи, управления, составленной из двух каналов, выполненных соответственно из последовательно соединенных фазочувствительных вьтря- мителей 7 и 8 и усилителей 5 и 6 мощности. Входы указанных выпрямителей подключены к синусной 9 и косинусной 10 обмоткам датчика 11 положения. Выходы усилителей мощности соединены с синусной 3 и косинусной 4 обмотками якоря СМ 1. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. S (Л

ких показателей путем снижения потреб-30 для кинематической связи блока корления тока.

Формула изобретения

митель соответственно к синусной итахогенератора предназначен для кинекосинусной вторичным обмоткам датчика матической связи блока коррекции с положения, кинематически связанногоротором синхронной машины.

И oSfiomtte /J

.го

рекции с ротором синхронной машины, а выход блока умножения является выходом блока коррекции.

Фиг. 2

.

3

/2 /;

2Q

N

От ротора 2 счнироиной машина 1

к ФЧВ 7

25

17

-Y

I /9 |Х У ротора 2

1 iuv лпии/ § I

I

CUH lpOHHOU

машины 1

//2J