Устройство для определения углового положения вала двухфазного синхронного двигателя с магнитной асимметрией ротора Советский патент 1991 года по МПК H02P7/42 G01P3/66 

О

4 О 00

О 00

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для управления приводами с синхронными двигателями, имеющими различные значения продольной и поперечной индуктивностей фазных обмоток статора может быть использовано в тех электроприводах, в которых из требований к конструкции и эксплуатации невозможно установить отдельный датчик углового положения ротора синхронного двигателя.

Целью изобретения является упрощение путем использования одинаковых по составу функциональных схем для формирования выходных напряжений, а также улучшение формы выходных напряжений путем устранения пульсаций выходного напряжения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для определения -углового положения вала двухфазного синхронного двигателя, на фиг.2-4 - основные узлы устройства.

Устройство для определения углового положения вала двухфазного синхронного двигателя содержит первый 1 и второй 2 измерители скоростей изменения фазного тока, первый 3 и второй 4 формирователи фазной ЭДС,первый 5 и второй 6 формирователи опорных напряжений, первый 7 и второй 8 сумматоры,с первого по четвертый фазо- чувствительные выпрямители 9-12 и тре тий 13 и четвертый 14 сумматоры. Измерители 1 и 2 и формирователи 3 и 4 своими входными цепями подключаются к фазным цепям синхронного двигателя (не показаны). Выходы измерителя 1 и формирователя фазной ЭДС. 3 подключены к входу сумматора 7, выходы измерителя 2 и формирователя фазной ЭДС 4 подключены .к входам сумматора 13.

Входы формирователей 5 и 6 опорного напряжения подключены соответственного к выходам измерителей 1 и 2 скоростей изменения фазного тока синхронного двигателя. Выход сумматора подключен к амплитудным входам фазо- чувствительных выпрямителей 10 и 11, а выход сумматора 13 - к амплитудным входам фазочувствительных выпрямителей 9 и 12 о Опбрные входы выпрямителей 9 и 11 соединены с выходом формирователя 6 опорного напряжения, а опорные входы выпрямителей 10 и 12

5 0 5

0

соединены с выходом формирователя 5 опорного напряжения. Выходы фазочувствительных выпрямителей 9 и 10 подключены к входам сумматора 8, а выпрямителей 11 и 12 - к входам сумматора 14.

На выходах сумматоров 8 и 14 формируются напряжения, изменяющиеся по законам косинуса и синуса двойного угла Q поворота ротора синхронного двигателя соответственно. Эти напряжения используются в электроприводе для формирования электромагнитного момента.

Для улучшения формы выходных напряжений за счет уменьшения в них уровня пульсирующих напряжений устройство снабжено дополнительно пятым и шестым сумматорами 15 и 16 и первым и вторым RC-фильтрами 17 и 18. Первые входы сумматоров 15 и 16 подключены соответственно к выходам измерителей 1 и 2 скорости изменения фазного тока, а вторые входы - к выходам формирователей 3 и 4 фазной ЭДС.

Сумматор 15 соединен последовательно с фильтром 17, выход которого подключен к третьему входу сумматора 7. Сумматор 16 соединен последовательно с фильтром 18, выход которого подключен к третьему входу сумматора 13.

В качестве измерителей скорости изменения фазного тока и формирователей фазной ЭДС могут быть использованы соответственно вторичные обмотки сглаживающих дросселей в фазных цепях синхронного двигателя и дополнительных измерительных фазных обмоток этого двигателя. Вместо дросселей можно использовать продифференцированные выходные напряжения измерителей фазного тока.

Формирователи опорного напряжения могут быть выполнены на двух операционных усилителях 19и20 (фиг.2) и резисторах с сопротивлением г во входных и выходных цепях.

Первый каскад (операционный усилитель 19) выполнен по схеме с положительной обратной связью и выполняет роль формирователя напряжения прямоугольной формы. Второй каскад (операционный усилитель 20) выполнен по схеме обычного -усилителя с коэффициентом усиления, равным единице,

и выполняет роль инвертора напряжения. Входное напряжение UgXпоступает от измерителей скорости изменения 1 или 2 фазного тока. Выходные напряжения U

6ЫХ

и -U

Бых выполняют роль

опорных напряжений для фазочувстви- тельных выпрямителей 9-12.

Каждый сумматор, входящий в состав устройства, представляет собой схему обычного линейного усилителя напряжения на базе операционного усилителя 21 (фиг.З) с двумя резисторами с сопротивлениями г и R на выходе и резистором с сопротивлением RJ в цепи обратной связи. В зависимости от места расположения на входы сумматора поступают напряжения U6Ji(n U61(ii либо от измерителя 1 и формирователя 3, либо от измерителя 2 и формирователя 4, либо с выходов фазочувствительных выпрямителей 9 и 10, 11 и 12. При этом с цель уменьшения уровня помех с частотой f, поступаюпдех с выходов фазочувствительных выпрямителей, в цепях об-- ратных связей сумматоров 8 и 14 применяют конденсаторы, т.е. совмещают функции суммирования с функциями фильтрации.

Фазочувствительные выпрямители могут быть построены на операцион- ном усилителе 22 (фиг.4) с ключом 23 во входной цепи. Если на амплитудном входе фазочувствительного выпрямителя имеется напряжение UQ, постоянное по значению, а на его опорный вход (вход управления ключом 23) поступает знакопеременное напряжение Uon , то выходное напряжение

U

8ЫХ

будет знакопеременным и значе-

ние его пропорционально Ua. Если напряжение UQ является переменным напряжением частоты f и напряжен ие U оп тоже имеет частоту f, то на выходе фазочувствительного выпрямителя формируется постоянное напряжение со значением, пропорциональным значению напряжения U..

Формирование на выходах устрой- ства напряжений, изменяющихся по законам sin 20 и cos 20, рассматривается на примере двухфазной синхронной машины с возбуждением от постоянных магнитов, фазные цепи которой питаются от усилителей тока построенных на полупроводниковых ключах, переключающихся с частотой f. При этом в фазных цепях двига

теля протекают пульсирующие токи частоты f. Эти токи создают падения напряжений на основных и взаимных индуктивностях фаз двигателя. Среди этих напряжений имеются составляющие, меняющиеся по законам cos 2Q и sin 20 , где 9 - угол поворота двигателя.

Для фазных напряжений U и Uq двухфазного синхронного двигателя применимы выражения

15

20

(1)

где

25

30

35

индуктивность фазы g;

т . - ядакс LMHH

h 2

sin

2940

взаимная индуктивность обмоток статора f и g;

JMMH

5

0

1 макс

4d

Ч А макс

Ц маке

- минимальная и максимальная индуктивности обмоток статора f и g

cos 9 - взаимная индуктивность обмотки f с обмоткой d ротора по продольной оси,

sin9 - взаимная индуктивность обмотки g с обмоткой d ротора; максимальная взаимная индуктивность любой обмотки статора с обмоткой d ротора.

При рассмотрении синхронного двигателя с магнитами на роторе (ДБМ) в математическом описании

LHwaKc

вместо намагничивающей силы магнита используют намагничивающую силу фиктивной обмотки d ротора, считая, что по ней протекает постоянный ток .

У ДБМ Ьмако- , UL является существенной величиной (не менее 510% от L0 -JlMfflb|± L«M). Наличие

AL характеризует отличие магнитных сопротивлений по продольной d и поперечной q осям ротора.

После подстановки значений ин- дуктивностей в (1) и преобразований получаем

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - упрощение путем использования одинаковых по составу функциональных схем для формирования выходных напряжений. С этой целью в устройство для определения углового положения вала двухфазного синхронного двигателя с магнитной асимметрией ротора введены формирователи 3 и 4 фазной ЭДС, сумматоры 13 и 14 и фазочувствитель- ный выпрямитель 12. На выходах сумматоров 8 и 14 формируютсяt напряжения, изменяющиеся по законам косинуса и синуса двойного угла поворота ротора синхронного двигателя, к разным цепям которого подключены входы формирователей 3 и 4. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. с SS

cos29

sin2Q

U - Ґ4 -1F L° + W MaKe sinGX. Ч-Ъ № +

фМ + 1,.0,Ш4 + (.,.

А19

+(и-з - L«- VS,-L

где

Ј2i - частота вращения ротора

синхронного двигателя. Выражения (2) для функций sin 29 и cos 2Q очень громоздки и реализация их в полном объеме приводит к достаточно сложной схеме устройства. Функциональная схема устройства строится по выражениям, полученным при определенных допущениях (Е di т N . Ik . dU

cos 2G

dt

ьв

dt

(Efl di$

3 dt

т ч UL .dig.

(3)

sin

{п оо /р.. ц т AL.lis-

in 2 - tE1 dt -L0) Y dt

(v di$ v &L di.Ј (ЕГ dT

где E ЭДС фазы f,

включающая ЭДС трансформации и ЭДС вращения, Е Un -ij-Rc) - ЭДС фазы §. При получении (3) принято

j 2

liЈ

dt

ia.Q,}

,

1МИКС

cost

В)сАМ + ц.с2,ш

2 dt

так как скорости изменения токов ii и in на частотах f переключения силовых ключей усилителей фазных токов, питающих фазные цепи синхронного двигателя, значительно больше скоростей изменения этих токов на частотах вращения J2t.

0

5

0

5

Также принято во внимание то,что напряжение ij-Q, IMdMQKC-sin0 и i b,1 L1dMQKe cos 9 напряжения сравнительно низкой частоты Г2 и по существу представляют фазные ЭДС-вращения. Если эти напряжения не формировать, как это сделано в вьфажениях (3), то это приводит к появлению пульсаций частоты f на выходах фазочувствительных выпрямителей. Эти пульсации легко отфильтровать, используя в обратных цепях сумматоров 8 и 14 конденсаторы, о чем говорилось выше. Кроме того, принято во внимание, что напряжения в знаменателях выражений (2) отражают только масштаб получаемых напряжений, изменяющихся по законам sin 20 и cos 2в. Таким образом, устройство просто в реализации и имеет точность напряжений, изменяющихся по законам sin 2б и

cos 20, вполне достаточную для использования их в схемах реальных электроприводов.

Формула изобретения з

з

10

15

20

25

55 4015080810

жений, введены два формирователя фазной ЭДС с входами для подключения к соответствующим фазным выводам синхронного двигателя, третий и четвертый сумматоры и четвертый фазочувст- вительный выпрямитель, опорный вход которого подключен к выходу первого формирователя опорного напряжения, амплитудный вход объединен с амплитудным входом первого фазочувстви- тельного выпрямителя и подключен к выходу третьего сумматора, входы которого подключены соответственно к выходам вторых измерителя скорости изменения фазного тока и формирователя фазной ЭДС, выход первого формирователя фазной ЭДС соединен,с вторым входом первого сумматора, к выходу которого подключен амплитудный вход второго фазочувствительно- го выпрямителя, а выходы третьего и четвертого фазочувствительных выпрямителей соединены соответственно с входами четвертого сумматора, выход которого образует второй выход устройства.

30

УВх.1 gЈ-гН-,

R Щх.г ЯМШН

Uafr- r

4 Uвы

Фиг. 2

#&/

Фиг.Ъ

t/Bmx.