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

х

QO ОС

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электродвигателям, и может быть испольэовано для регулирования частоты вращения электродвигателя при непрерывной коммутации.

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

На чертеже изображена функциональная схема вентильного электродвигателя.

Вентильный электродвигатель содержит двухфазную синхронную машину 1 с постоянными магнитали на роторе 2 и обмоткой якоря, синусная 3 и косинусная А секции, которой подключеиз соответственно через усилители 5 и 6 мощности к выходам первого 7 и второго 8 блоков умножения с двумя входами. Первые входы блоков 7 и 8 умножения подключены к выходу задатчи- ка 9 частоты вращения. С ротором 2 кинематически связан датчик 10 положения, обмотка 11 возбуждения которого подключена к выходу источника

12опорного .напряжения, а синусная

13и косинусная 14 выходные обмотки соединены соответственно с вторыми входами блоков 7 и 8 умножения через фазочувствительные выпрямители 15 и 16. Опорные входы фазочувствительных вьтрямителей 15 и 16 подключены к выходу источника 12 опорного напряжения.

Кроме того, электродвигатель содежит тахогенератор 17 постоянного тока и модулятор 18, а датчик 10 положения ротора выполнен с квадратурной обмоткой 19 возбуждения, подключенны к выходу модулятора 18, сигнальный вход которого подключен к выходу та- хогенератора 17, а опорный вход - к выходу источника 12 опорного напряжения. Тахогенератор 17 кинематически связан с ротором 2 синхронной машины 1 .

Электродвигатель работает следующим образом.

Подают опорное напряжение U от источника 12 переменного тока и напряжение 1 уставки частоты вращения. Рассмотрим случай, когда запаз- дьгеание в цепях управления вентильного электродвигателя ничтожно мало, т.е. , и напряжение на квадратурную обмотку 19, возбуждения не подается. При этом на обмотках 13 и 14 датчика 10 положения формируются на- пряжения 1, и и, переменного тока, огибающие которых выделяются фазочув- ствительньсми выпрямителями 15 и 16 в виде

.п г5 K,,jK,, A,,sin0; ,,K,A,,,

(1)

где K, - коэффициент передачи

фазочувствительных выпрямителей 15 и 16;

ол амплитуда опорного напряжения Upf, ;

е Р Lf - электрический угол по- J ворота датчика 10 положения и связанного с ним ротора 2;

( - механический угол поворота;

Р - число пар полюсов; К - коэффициент трансформа- ции датчика 10 положения со стороны основной обмотки 11 возбуждения.

Тогда блоки 7 и 8 умножения форми- руют выходные напряжения, которые после усиления в усилителях 5 и 6 поступают на синусную 3 и косинусную 4 обмотки якоря синхронной машины 1 в виде

UJ-KS К,гК„А„„и, sine ; (2) U4-Kt K,K,A,«U, cose ,

где - коэффициент передачи усилителей 5 и 6 мощности. Так как в данном случае принято, что постоянная времени индуктивностью обмотки якоря можно пренебречь и токи в обмотках 3 и 4 имеют вид

,, sine ; cose ,

(3)

4 с V

где ,, К ,A,JE;

R - активное сопротивление обмоток 3 и 4,

В соответствии с принципом действия вентильного электродвигателя токи ij и i образуют магнитодвижущую силу (МДС) статора, взаимодействие которой с МД( ротора приводит к появлению вращающего момента, вызывающего вращение ротор э 2 с частотой Я , пропорциональной амплитуде напряжений на синусной 3 и косинусной 4 обмотках якоря

3U

Я-.к мАз-к,и,, (М

где конструктивный параметр синхронной машины 1;

оп

При этом, как следует из (3), коэффициент К{; и фазы токов в секциях обмотки якоря не зависят от частоты вращения, поэтому такой вентильный электродвигатель обладает оптимальными характеристиками и не нуждается во введении угла р опережения коммутации. Это является следствием отсутствия эапаздьшания в цепях управления (),

При наличии запаздьшания в реальных цепях управления, т.е. при Тк О, для оптимизации характеристик вентильного электродвигателя необходимо введение угла ft опережения коммутации

Для введения угла опережения коммутации измеряют частоту П вращения ротора 2 тахогенератором 17 преобразуют ее с помощью модулятора 18 в напряжение переменного тока U,gH подают на квадратурную обмотку 19 возбуждения синусно-косинусного вращающегося трансформатора в виде напряжения

,jK,,fl,(5)

где К JJ и К , - коэффициенты передачи

модулятора 18 и тахо- генератора 17 соответственно.

При питании двух взаимно перпендикулярных обмоток 11 и 19 возбуждения напряжения в обмотках 13 и 14 . синусно-косинусного вращающегося трансформатора в соответствии с его принципом действия равны

,Uon sine -К,,и„ COS0 ; ,,. ,, и „соэе +K,,U,jSin е ,

где К ,- коэффициент трансформации

датчика 10 положения со стороны квадратурной обмотки 19 возбуждения.

Фазочувствительные вьтрямители 15 и 16 вьоделяют огибающие этих напряжений

,,j(K,,AonSine -VJ (K,, +К,

.„„sine ,c6s9 );

.„cose +K,,u,5sine)

(7

где U,j- амплитуда огибающей напряжения и f.

88804

При выводе соотношений () предполагается, что Фазочувствительные выпрямители 15 и 16 безынерционны, а их запаздывание, входящие в общую постоянную времени Т, условно отнесено к постоянной времени усилителей 5 и 6 мощности и обмотки якоря синхронной машины 1,

1Q Используя известные тригонометрические соотношения, выражения (7) преобразуют:

15

U,j -А sin(e-p) ; U,t А cos(e-) ,

(8)

где f, - угол опережения коммутации,

,9 arctg ---1 - и„;(9)

л рп .

20 .K,K,,f7|i.

(10)

После блоков 7 и 8 умножения сигналы равны

U-,AU.jsin(0 -р) ; ,,cos(e-(3),

(10

Далее эти сигналы проходят через усилители 5 и 6 мощности и преобра- зуются в токи ij и i секций 3 и 4 обмотки якоря.

В этих узлах сосредоточено все запаздывание цепей управления, которое можно учесть передаточной функцией с постоянной времени Т, имеющей, например, для секции 3 обмотки якоря вид

(12)

W3(P)|, .

40 где ,

R - сопротивление секции; Р - оператор Лапласа,

В соответствии со свойствами пере- 45 даточных функций амплитуда тока в секции 3 равна

(13)

I3 U7/ W3(J ) . а его фаза сдвинута на угол V 50 v-arpb ), (U)

где U-,A-Uy - амплитуда напряжения на входе усилителя 5; ( Wj (ju)) I - амплитудно-частотная 55характеристика (АЧХ);

arg Wj(ju)) - фазочастотиая характеристика (ФЧХ);

и) ::р Л - частота сигнала на входе усилителя 5.

АЧХ и ФЧХ передаточной функции 512) равны

|W(JU5)|

К,

iurV

arg Wj ( Juj) arctg Ты.

Следовательно, с учетом (П)ток в секции 3 обмотки якоря принимает вид

i3-KcU,,sin(6-/s+v).(15)

Аналогично для тока в секции4

i,,KcU,,cos(e-(5+V),(16)

1Д18880(,

(З)., т.е. влияние запаздывания в цепи управления устраняется.

Таким образом, введение обратной 5 связи по частоте вращения вентильного электродвигателя через квадратурную обмотку возбуждения датчика положения позволяет компенсировать запаздывание в цепи управления при лю- 10 бой частоте вращения. Это приводит к повьшению линейности регулировочных характеристик и повышению энергетических показателей путем снижения тока потребления.

15

Формула изобретения

Формула изобретения

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение энергетических показателей путем снижения потребления тока и повьппеиие линейности регулировочных характеристик. В вентильный электродвигатель введен тахогенератор I7 постоянного тока, механически связанный с ротором 2 синхронной машины 1 и модулятор (М) 18. Датчик 10 положения (Ш) снабжен квадратурной обмоткой возбуждения 19. Выход тахоге- нератора I7 подключен к сигнальному входу М 18, опорньв входом соединенному с выходом источника I2 опорного напряжения. Выход М 18 соединен с обмоткой 19. В результате обеспечивается обратная связь по частоте вращения вентильного электродвигателя через обмотку 19 ДП 10. Это позволяет учесть запаздывание в цепях управления синусной 3 и косинусной 4 обмотками синхронной машины 1. Каждая цепь управления составлена из последовательно соединенных между собой фазочувствительного выпрямителя 15

где

, АОП r.7Kt9Ui8 ч2

V arctg Tif-i.

С учетом 5 , а также принимая во внимание выражение (л)РпП, преобразуют выражения (17), (18) и (9)

25

К lb lf: i il- Ji+())

Vl+TVp п1 1 оп

.ii)

it arctg

(arctp

К( К igКт7

Я,

Из выражений (19)-(21) следует, что в общем случае рассматриваемый вентильный электродвигатель не обладает оптимальными характеристиками, так как фазы токов () секций и коэффициент щения S1 .

Однако если выбрать параметры вентильного электродвигателя из соотношения

Вентильный электродвигатель, со- /jy-j держащий двухфазную синхронную маши20 ну с постоянными магнитами на роторе

и обмоткой якоря, синусная и косинус- (Q ная секции которой подключены соответственно через усилители мощности к выходам первого и второго блоков умножения с двумя входами, первые входы которых подключены к выходу за- датчика частоты вращения, датчик положения, кинематически связанный с ротором синхронной машины, обмотка

30 возбуждения которого подключена к выходу источника опорного напряжения, а синусная и косинусная выходные обмотки соединены соответственно с вторыми входами блоков умножения через

35 фазочувствительные выпрямители, опорные входы которых подключены к выходу источника опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических по(20) (21)

Kj. зависят от частоты вра-40 казателей путем снижения тока потребления и повышения линейности характеристик, введен тахогенератор постоянного тока и модулятор, а датчик положения выполнен с квадратурной об- моткой возбуждения, подключенной к ti - -t выходу модулятора,- сигнальный вход

которого подключен к выходу тяхогене- ратора, а опорный вход - к выходу источника опорного напряжения, и тахогенератор кинематически связан с ротором синхронной машины.

.5Г ТР К я Apr,

то, как следует из (19)-(21),

К,,5К,, A, const,.

Поэтому выражения (15) и ( токов секций 3 и А принимают

16) вид

(22)

(23) для

50