Моментный вентильный электродвигатель Советский патент 1989 года по МПК H02K29/06 H02P6/00 

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

Целью изобретения является упрощение электродвигателя..

На чертеже изображена функциональная схема моментного вентильного электродвигателя.

Вентильны электродвигатель содержит статор с трехфазной обмоткой 1 якоря, явнополюсньш ротор-индуктор 2, модулятор 3, трехфазный датчик 4 положения, ротор которого механически связан с ротором 2 электродвигателя, а цепь питания соединена с выходом модулятора 3. Вход модулятора 3 подключен к выходу -первого функционального преобразователя 5. Входы фазочувствительных выпрямителей 6 соединены с выходами датчика 4 положения. Выход п-го фазочувст- вительного вьтрямителя 6 подключен к первому входу п-го блока 6 умножения и первому входу п-го сумматора 8. Выход п-го сумматора 8 подключен к первому входу п-го усилителя 9 тока, выход которого подключен через соответствующий датчик 10 тока к зажиму п-й фазы обмотки 1 якоря. Вторые входы блоков 7 умножения объединены и подключены к пыхолу второго функционального преобразователя 11.

СО

СП

о:

Входы первого 5 и второго 11 функциональных преобразователей объединены н являются вход.ом управления. Выход п-го блока 7 умножения подключен к второму входу (п-1)-го сумматора 8. Первый 5 и пторой 11 функциональные преобраэопатели выполнены с возможностью реализации соответственно функ1у1й

ния датчика 4. Н а выходных фазах датчика 4 возникают напряжения

-и,. sinex -sincOt)

-и, sin (ой- -- )sincot; ,„.

/

-U, sin(6i- -)-sin(Ot,

ИЗОБРЕТЕНИЕ ОТНОСИТСЯ К ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ И МОЖЕТ БЫТЬ ИСПОЛЬЗОВАНО В ПРЕЦИЗИОННЫХ СЛЕДЯЩИХ СИСТЕМАХ. ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ - УПРОЩЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ. С ЭТОЙ ЦЕЛЬЮ В МОМЕНТНОМ ВЕНТИЛЬНОМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 5 ВЫПОЛНЕН С ВОЗМОЖНОСТЬЮ РЕАЛИЗАЦИИ ФУНКЦИИ F₁(*98M₀)=2/3 √3 (√3+TGΘ)I_Q , а функциональный преобразователь 11 реализует функцию F₂ (*98M₀)=2TGΘ(√3 +TGΘ), где μ₀ - сигнал управления, соответствующий требуемому электромагнитному моменту

I_Q - поперечная составляющая тока якоря

Θ - угол сдвига между осью МДС обмотки якоря и поперечной осью ротора - индуктора 2, при этом μ₀=P^.I_Q/2(ψ_M+√ψ²+4(L_D-L_Y)^2.IG²), а TGΘ=2(L_D-L_G)^.IG/(ψ_M+√ψ²+4(L_D-L_G)^2.IG², где P - число пар полюсов

ψ_M - максимальное потокосцепление фазы статора с потоком индуктора

L_D, L_G - индуктивности фаз обмотки 1 якоря по продольной и поперечной осям. 1 ил.

f,(Ho) зТ Ч

(1)

)

2tS0 Л + tgO

де М - сигнал упрпп.мсния, iOCI ECT-- о

стпуоший требуемому электромагнишому моменту; 1д - поперечная составляющая сис20

темы токов якоря; 9 - угоп сдвига между осью МДС

обмотки якоря и поперечной jq осью ротора- индуктора 2 в электрических радианах, при уравнении связи

Н. 4(ци-4н - (Ь-Ч)Л, 30

tg0

2lLiJ I Li)i2

VmHv -

(2)

где р - число пар полюсOBJ ф - максимальное иотокосцеп- фазы статора с потоком индуктора,

L.,I,,j - индуктивности фаз обмот0 J

ки якоря соответственно

по продольной и поперечной осям,

а вторые зажимы фаз обмотки якоря 1 об7 единены.

Моментный вентильньп электродвигатель работает следующим образом.

На входы функциональных преобразователей 5, 11 подается сигнал, пропорциональный требуемому электро- агнитному моменту М. На выходе функционального преобразователя 5

полумается птгнал --- (л З + tp;6)ia ЗТЗ .55

и , моступлющи) }ia модулятор 3. На его ныхояе получается переменное напряженно, 11итли)шое обмотку позбужд.о

где сО - частота питающего напряжения; об - угол поворота ротора, эл..рад. Эти напряжения поступают на входы фазочувствительных выпрямителей 6, на входах которых образуются напряжения

2 ir -и, , -и. sinC.;, - --) ,

4 п -и, sin(oijr) ,

(4)

поступаюпще на входы блоков 8 суммирования.

На выходе функционального преобразователя 11 получается напряжение

I-I7

л1з + tgG

связанное с углом 0 между осью МДС обмотки якоря и поперечной осью ротора-индуктора 2, которое поступает на входы блоков 7 перемножения, на вторые входы которых подаются напряжения (4). На выходах блоков перемножения получаются напряжения

- L. . SinCoi,-) ,

3|Т

поступающие на вторые входы блоков 8 суммирования соответственно каналов С, А, В. Здесь i - продольная составляющая система токов якоря. На выходах блоков 8 cyм шpoвaния образуются сигналы

- |-i.8in(oi -9);

3 г«

2 ir sin(oi.-0 - --); (5)

9/

- - sinCoi -G-- -J-),

Я1шяюп(леся оптимальными значениями

.0 .0

токов 1д, ig, IP из условия минимума электрических потерь в обмотке при заданном значении электромагнитного момента. Здесь 1 - амплитуда системы статорных токов

4

+ 1

2

t80

ij/i,

На выходах усилителей 9 токов сравниваются оптимальные и действительные токи ip, ij, i° , пропорциональные им сигналы поступают с выходов датчиков 10 тока. Усилители 9 токо-в подают на фазы обмотки статора 1 напряжения, обеспечивающие выполнение равенства

.с

1

fl

.0

6

.0

ч

Соотношения (1), (2), (5) чают из уелопий:

полу

.ог .01

-ft - с

(6)

P(9oi., + ( L) ij.i) M,const (7)

.0

ifl 2/3(i , cosoi sinct),

.0

Ч

2/3(1, cos()-iQ.sin(cii--H

aJ DJ

/

- 2/3(i. cos(oi- --)-ia. sin(ci--) . о j a j

соответстпующих минимуму электрических потерь в обмотке статора и получению требуемого электромагнитного момента, р - число пар полюсов электродвигателя. Последние три ураннения в Teopvin обобщенной электрической машины и соответствуют нулевому току ее нулевой фаз1п.

Соотношения (6)-(8) сводятся к следующим условиям

l2

i min

.S ci-S- j S

м.

const,

Функция Лагранжа и условия ее

стационарности по i.

Ч

имеют вид

. Х ) i

Ч4)i.

+ 1

i2

I-

(J d- ) М °

)o.

(„-ь(1,-1.)

fJ

6

индуктивности фаз стато- ра по продольной и поперечной осям; множитель Лагранжа. его из равенства (9),

т Ч)П ,

.

о

откуда

с)

(Ldi.LUiii

2(L/Ц)

(10)

2(

t

.(L - Ц)

Положим, t;g6 ij/irt. тогда pa2Q венства (8) принимают вид (5), а из равенств; (10) вытекает равенство (3). Равенство (2) получается подста- новкой выражения (10) в выражение (7). Функция (1) не имеет явных аналн25 тических выражений. Поэтому целесообразно их затабулировать, задаваясь произвольным значениям тока in, и определяя по формуле (2) соответствующие значения MQ и tg0. Полученные

30 таблицы используются при настройке 8) функциональных преобразователей 5,11. Использование в каждом канале сигнала одного соседнего канала для формирования оптимального значения тока позволило применить блоки суммирования с двумя входаьн вместо трех. токов (5) равна нулю, что позволяет соединить фазы обмотки якоря в зиезду с изолирсзванной нейтралью.

40 Таким образом, благодаря изменению функщш, реализуемых функциональными преобразователями 5, 1,1, и соединению вторых зажимов фаз обмотки якоря в изолированн:,то нейтраль, .

45 обеспечивается упрощетше схемы мо- ментного вентильного электродвигателя при сохранении высокой стабильности момента и минимальных электрических потерях.

35

50

Формула изобретения

Моментный вентильньп электродвигатель, содержащий статор с трехфаз- 55 ной обмоткой якоря, одни выводы фаз которой объединены, явнополюсный ротор-индуктор, модулятор, трехфазньт датчик положения, ротор которого механически связан с ротором элект

родпигателя, n цепь питания лоеди- нена с выходом модулятора, вход которого подключен к выходу первого фу К1щоиальпого преобразователя, три фазочувствительных выпрямителя, входы которых соединены с выходами датчика положения, выход п-го Ла- зочувстиительного выпрямителя подключен к первым входам п-го блока умножения и п-го сумматора, выход которого подключен к Первому входу п-го усилителя тока, выход которого подключен через соответствующий датчик тока к другому выводу п-й фазы обмотки якоря, второй вхс,,, п-го усилителя тока подклмчр.р) к выходу п-го датчика тока, второю входы блоков умножения оГп,с;1инсч1ы и подключены к выходу второго функц - онального преобразователя, вхол.ы первого и второго функциона:т1 1 ых преобразователе объединены и являются входом управления, а выходы первого, второго, третьего блоков yNnio- жения подключены к второму входу соответственно третьего, первого, второго сумматоров, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения, первый и второй функциональные пре- образователи выполнены с гозиож- иостью реализации соответственно функций

А//7

f,(M) tg9)i. з45

,)

. 4 -t- tgp

г /ге И - сигнал управления, соответствующий требуемому электромагнитному моменту; i, - поперечная составляющая

системы токов якоря-, У - угол сдвига между осью

НДС обмотки якоря и поперечной осью ротора-индуктора в электрических радианах, при уравнениях связи,

р ; I-1

н, -i-(Vn,HV. (L.-oup,

d Ч

tg е - lirj-i L-iiii

(Lj- L)i|

Р - число пар полюсов

максимальное потокосцепление фазы статора с потоком индуктора; I. .,1.д - индуктив)юсти фаз обмотки якоря соответственно по продольной и поперечной осям.