Реверсивный вентильный электродвигатель Советский патент 1988 года по МПК H02K29/06 

Изобрет€;ние относится к электротехнике, а именно к электрическим двигателям с бесконтактной коммутацией, ос ш ествляемой с помогдью полу- проводниковьк приборов, т.е. к вен тильным электродвигателям (ВД), и предназначено для использования преимущественно в высокомоментных ВД$ работающих в реверсивных безредук- торных электромеханизмах сходящих :систем быстродействующих приборов и I роботов.

Цель кзобрете.чия увеличение точности и упрощение ВД

На чертеже представлена функциональная схема реверсивного ВД„

Реверсивный БД содержит электро-- механический преобразователь выполненный в виде синхронной машины 1 синусно-косинусньй датчик 2 положения ротора (ДПР) с первым 3 и вторым 4 выходами на постоянном токе (выполненный например, на индукционном редуктосине с двумя фазочувствитель- ными вьшрямителями) последовательно соединенные задатчшс 5 сигнала, эле- .мент 6 сравнения, предварительный I усилитель 7j коммутатор 8, двухка- :нальньй усилитель-преобразователь- 9 : (может бьзть вьшолнен как на широтно- импульсных преобразователях9 так и на линейных усилителях постоянного тока)J к зыкоцш которого подклгочеьда статорные обмотки 10 синкронной машины 1 „

KoiviMyTaTop 8 выполнен на двух умножителях (например, прецазионных аналоговых перемножителях)э первые входы которых объединены и подключе- .ны к выходу предварительного .усилителя , а вторые входы умножителей подключены к первому 3 и второму 4 выходам датчика 2 положения роторао

К первому -3 и второму 4 выгсодам датчика 2 положения ротора соответственно подключены первый 11 и второй

12дифференциаторы выходы которых соответственно подключены к входам

13и 14 первого 15 и второго 16 дополнительных умножителей, причем вто рые входы 17 и 18 первого 15 и второго 16 дополнительных умно- кителей подключены соответственно к второму 4

и первому 3 выходам датчика 2 положе™ ния ротора,, а выходы дополнительных ут ножителей 15 и 16 через сумматор 19 связаны с вторьм входом устройства 6 сравнения.

В процессе работы ВД движение ротора может происходить по любому произвольному закону.

Сигналы с ДПР будут изменяться в соответствии с выражениями:

и, Uo sino (t),

(О

U UQ COS (У (t),

где Uu - амплитуда сигнала ДОР.

Закон движения « (t) выходного вала электродвигателя определяется сигналом задания U.

Сигнал задания U л, выработанный задатчиком 5 сигнала, сравнивается в элементе 6 сравнения с напряжением обратной связи Upcc « из выходе которого получаеуся сигнал ошибки:

и.

Vи

осе .

(2)

Сигнал ошибки U, пройдя через предварительный усилитель 7, поступает на вход коммутатора 8:

и

6х

KyU

(3)

в результате действия сигналов и и и2 с ДПР 2 на выходах коммутатора 8 образуются напряжения U и Uij:

и K, U U sino/(t);

Ky-U U cose/(t), (4)

Пройдя через двухканальный усили- тель преобразователь 9, сигналы и ил вызывают токи в статорных обмотках 10 синхронной машины 1, кото- pbie в расточке статора создают результирующее магнитное поле, ЭДС которого пропорциональна амплитудному значению статорных токов i и ini

i I sin a/(t);

ip I cos 0 (t) с

(5)

45

Амллитудное значение фазных токов определяется выражением

т Uffp -S BF

J. .-™

(6)

0

5

где и

лр

к„рК,

Ср Ш

пр

амплитудное значение фазных напряжений с выхода усилителя-преобразователя 9; амплитудное значение ЭДС вращения; коэффициент усиления усилителя-преобразователя 9,

Ср - коэффициент, определяе- мьм конструктивными параметрами синхронной машины 1; R - сопротивление фазных

обмоток

. to - текущее значение скорости вращения вала двигателя.

Момент, развиваемый двигателем с учетом (6), равен

Мдв С,,-,.(7)

где Сд - коэффициент, определяемый конструктивными параметрами синхронной машины 1. Мгновенное (текущее) значение угловой скорости вращения вала двигателя под действием момента , (15) определяется выражением

dof(t)

w(t)

dt

(8)

Е, Ка UgCJcoso (t); Е2 -Ко Uq W sin о (t) ,

ff a

(9)

Дифференциаторы 11 и 12 выполняют дифференцирование сигналов с выходов 3 и 4 сигналов (1) ДПР 2. Выходные сигналы дифференциаторов 11 и 12 будут иметь значения с учетом (8):

вый 14 и второй 18 входы второго дополнительного умножителя 16 поступаю соответственно сигналы Е« с второго дифференциатора 12 и U с первого выхода 3 ДПР 2. Выходные сигналы

где Kg - коэффициент передачи дифференциаторов. Полученные сигналы Е, и Е 2. несут информацию об угловой скорости w(t) вращения вала двигателя, но промо- дулированы знакопеременными тригонометрическими функциями углового перемещения cos of (t) и sino((t). Эти сос .тавлякщие в условиях безредукторного следящего электропривода (низкие и инфранизкие частоты, малые угловые перемещения ud) имеют специфические свойства и отфильтровать их традиционными способами (например, RC-фильт рами) практически невозможно.

На первый 13 и второй 17 входы первого дополнительного умножителя 15 поступают соответственно сигналы Е с первого дифференциатора t1 и и второго выхода 4 ДПР 2, а на пер

и Uyj первого и BTopoi o дополнительных умножителей имеют значения:

и

у

KcfOcosV (t);

иу7 rt (t).

(10)

to

is 20

25

30

22

где - коэффициент передачи по угловой скорости. Сигналы и у, и Uyj с дополнительных умножителей 15 и 16 поступают на входы вычитающего сумматора 19, выходной сигнал Uocc которого является сигналом отрицательной обратной связи по угловой скорости и имеет значение (с учетом того, что cos с + + 1)

Uocc Uy,-U,, Kca)(t), (11)

Скоростная обратная связь имеет линейную характеристику и высокую надежность.

Таким образом, скоростная обратная связь в БД не имеет каких-либо ограничений ни по быстродействию, ни по величине скорости, ни по режиму работы электродвигателя.

ВД может с успехом применяться для систем стабилизации скорости и обеспечивать при этом более высокое быстродействие по сравнению с известными .

В качестве усилителя-преобразователя может быть использован как усилитель постоянного тока, так и более эконом11чные широтно-импульсные преобразователи или любой быстродействующий усилитель, 22

40 Формула изобретения

Реверсивный вентильньй электродвигатель, содержащий двухфазный электромеханический преобразователь, первая и вторая фазы обмотки якоря которого подключены к выходам усилителей соответственно первого и второго каналов усиления, управляющие входы которых связаны с первым и вторым выходами датчика положения ротора, последовательно по входу-выходу соединенные задатчик сигнала, Элемент сравнения и предварительный усилитель, а также схему, вьщеления сигнала частоты вращения вала двигателя, включающую в себя два дифференциатора, входы которых связаны с выходами датчика положения ротора, отличающийся тем, что, с

целью повышения точности м упрощения, каждый канал усиления снабжен умножителями, схема вьщеления сигна- па частоты вращения снабжена дополнительными умноткителями и сумматором, первь е входы умножителей каждого канала усиления объединены и подключены к . выходу предварительного усилителя5 вторые входы первого и второго умножителей подключены соответственно к первому и второму выходам датчика положения ротора к

которым также подключены соответственно первый и второй дифференциаторы, выходы которых подключены соответственно к входам первого и второго дополнительных умножителей, вторые входы первого и второго дополнительных умножителей подключены соответст-: венно к второму и первому выходам датчика положения ротора, а выходы дополнительных умножителей через сумматор связаны с вторым входом элемента сравнения.