Вентильный электропривод Советский патент 1991 года по МПК H02P6/00 H02K29/06 

И

19 V J. 9 Y 4. flJ1Г Л

--- X, + ----- Хг + U JL 2К и sinm6J| t0 + (п - 1)TJ

-3 - )Xj,(9)определяет производную входной функции в точках t- + (n-1)T.

где Y - напряжение на выходе сумма- 10Следовательно, в моменты времени

тора 18ЈtD + пТ уравнение (13) характеризуХ ХЙ ХЭ напРяжение на первом, второмет сумму огибающей и производной огии третьем входах сумматорабающей входного напряжения в моменты

21 времени t0 + (п-1)Т и может быть за15писано в виде

Подставив значения входных напря- г

Жений, определяемых выражениями (6)-ЧгЛсо пТ K U sinmQ T6 + (п (8), в уравнение (9), найдем выражение fj ц. KQU-T9mu)cosm(j3 Ft + (n - напряжения на выходе трехвходового-t « 3 сумматора 21 аналого-дискретного вы- 20 °

числителя 15 в моменты времени t0 +Напряжение + пТ) поступает

+ nj.на вход 25 устройства выборки-хранегния, на управляющий вход которого в

+ пТ K|UjSinmU)|t0 + (пмоменты времени t0 + пТ поступает уп1 2 Г Тд 25равляющий импульс последовательности

-1)TJ + -y-K sinmCOCt,, +импульсов U,s, в результате на его

. ,2п - 1 хвыходе в моменты времени tQ + пТ появf пТ) + 2TjK UjSininO(.t0 + Т - ляется напряжете, соответствующее

Та. Г, И ,,сумме огибающей и производной от оги-3-22- Y sinmtf to + 10 30бающей входного напряжения

Ксли обозначить в соответствии + n KqU.sinulm t0 + (n (4)- 1)Т + )costn( + (n K.U,sinm(0(t0 + -22---1-T) - К U.x- ОТ.(15)

35Напряжение c выхода 25 устройKsinmtoft.. + (n - 1)TJ sinm6)te+ства выборки-хранения поступает на

-. 1 /41чвход фильтра 20 с передаточной функ+ U - UTJ,UUц

где й оператор нисходящих разностей„

первого разряда для интерпо- )

ляции вперед,где R передаточный коэффициент K-U,sinm03 t0+ (n - От - 2KaUt фильтра;

о постоянкая времени фильтра.

Ksinmu)(t0 -f ) + KftU. sinm6)(t,j+В результате на выходе аналого°дискретного вычислителя 15 формирует+ пТ) Д 2KaU,sinniCi)(to+ (, (12)ся аналоговый сигнал, пропорциональ „ный сумме огибающей и производной от

- оператор нисходящей разностиогибающей входного напряжения, описывторого порядка для интерпо-за& авнешем ляции вперед, 50

то выражение (10) примет вид.. „ Г„,

U4S - Ugo -;-J-p- { KflU.sinm W x

U,.(tfl + nT) K.U,sinmOi) t + (n-9

2Ta + (n 1)TJ + К U Т mWcosmCO X

-ОТ - -{u sinraW t0 + n - + (n - 1)TlJ. 3(17)

-1)TJ - 2 u 2U, K.sinnO)tc + (n - Аналого-дискретный вычислитель 16

j работает аналогично. Напряжение на

-OTJJ(13)его выходе опись ; артся уравнением

U16

- -p-fy;cosmco t0 +

+ (n - 1)т - K.U ( + (n - - .(18)

Напряжения U и U,g поступают соответственно через усилители 6 и 7 с передаточной функцией

Vp)

(19)

KJU

1 + Т Р

1 V

где Кмс, Т„с - соответственно передаточный коэффициент и постоянная времени усилителя,

на синусную 8 и косинусную 9 якорные обмотки синхронной машины 1 и вызывают токи, описываемые выражениями

18 WucWO,Q{KC,U sinraO)t0 + (n - 0ЭТЗ -idu-I

-1)TJ + K,U,T3macosnCO t0 + (n-l)Tjj-W KpQsinnult;(20)

Г

19 W W UgjKgU cosmtofte + (n -I)T + .T,masinmCo t0 + (n-1)TJj-WqKpCOcosmtn: ,(21)

0

где Kg - коэффициент, определяемый конструкцией синхронной машины 1;

К

i -- Ш -Гсози + (mu)T9)2

U -т---- - передаточная функция по

току синхронной машины Г,- (А ) - T.rtOsin(m(j)t - Ы. )1 - Т. - электромагнитная постоян-эJ

ная времени якорной обмот- KKgCOcosnQt;

ки синхронной машины;

1

К - - передаточный коэффициент

1Я по току синхронной машины R,. - активное сопротивление

якорной обмотки синхронно машины.

В уравнениях (20) и (21) произведения передаточных функций можно представить, если пренебречь производными второго и высшего порядков, в виде эквивалентной передаточной функции

Кэ

W9 1 - т р

(22)

Кд К -Кф К - эквивалентный пе- редаточный коэффициент фазы якоря,

+ Tj, - эквивалентная постоянная времени фазы якоря.

+ Т

Ч

0

Для нормальной работы вентильного электропривода эквивалентная постоянная времени Т5 выбирается, исходя из условия обеспечения непрерывного характера изменения тока в якорных обмотках 8 и 9 синхронной машины 1, в результате чего Т5 ТД . Поэтому при расчете составляющей тока, обусловленной ЭДС якорной обмотки синхронной машины,в передаточной функции по току и, пренебрегаем электромагнитной постоянной времени Т.

Следовательно, уравнения (20) и (21) токов в якорных обмотках 8 и 9 с учетом амплитудно-частотной

А (СО)

Кэ

-Jl + (т()2

и фазочастотной

(i) (СО) -arctg тсоТэ

(23)

(24)

характеристик эквивалентного звена запишутся в виде следующих непрерыв- ных фнукций:

iR --JSaSag - -гГз1п(т - 5 -Ji + (ш№э)г L

- Ф, ) + Т mOcosdnCut - (|( ) - JCKf CO

к s inmCOt;

(25)

i -- Ш -Гсози - + (mu)T9)2

) - T.rtOsin(m(j)t - Ы. )1 - эJ

) - T.rtOsin(m(j)t - Ы. )1 эJ

KgCOcosnQt;

ф, arctg mfflT9

Значение определяет сдвиг по фазе между огибающей напряжения на выходе синусной 4 (косинусной 5) обмотки датчика 2 положения и током в синусной 8 (косинусной 9) якорной обмотке синхронной машины 1.

Выражения в квадратных скобках уравнений (25) и (26) представляют собой алгебраическую сумму двух гар- конических величин и в соответствии с правилами суммирования могут быть представлены в виде

sindnQt - ф, ) + T3mCOcos(mQt - Ц ) -ф + (mT9cO)2sin(n(Ot - ф, + + VU);(28)

cos(m(0t -(},)+ T3mCOsin(m(i)t 25

Ц ) л|1 + (mT90))2cos(mCOt - Ф, + Ф2); (29)

у2 arctg тйТэ. (30) 5 Из выражений (27) и (30) следует

Л Фа, (3D

Подставляя (28) и (29) соответ- |Q твенно в (25) и (26) с учетом (31), олучим

i8 KgKaUisinmQt-KKptosinmbJt,) i K9KQU«cosm(Ot-KKFu3cosm(jJt.(33) {5

В соответствии с принципом действия вентильного привода токи ig, io, ротекая по синусной 8 и косинусной обмоткам, образуют в расточке стаора синхронной машины 1 вращающееся 20 агнитное поле, которое, взаимодействуя с магнитным полем статора, создает вращающийся момент, определяемый выражением

М KMigsimnfift + KMi cosra6Jt, (34)

где Kw коэффициент, определяемый конструктивным исполнением синхронной машины 1. Подставляя (32) и (33) в (34), по- 30

лучим

М - KM(K,KjU - KKf(0). (35)

Уравнение (35) является уравнением механической характеристики вентиль- 35 ноге электропривода.

Анализ уравнения (35) показывает, что механическая характеристика вентильного электропривода линейна во всем диапазоне изменения скорости, а 40 момент, развиваемый им, пропорционален напряжению U задания.

Анализ уравнений (32), (33) и (2), (3) показывает, что фазовый сдвиг между огибающими напряжениями на вы- 45 ходе синусной и косинусной обмоток датчик положения и током соответственно в синусной и косинусной якорных обмотках синхронной машины равен нулю Следовательно, угол между током исд

магнитным потоком ротора равен ft/2 и не зависит от частоты вращения ротора.

Таким образом, введение в вентильный электропривод двух формирователей опорного напряжения и двух аналого- цифровых вычислителей, позволяет значительно упростить его схему линейности механических характеристик, так

55

5

5

Q

5

0

30

35

40

45 сд

как введение указанных элементов в предложенных связях позволяет поддерживать оптимальный по условию максимума момента угол между током и магнитным потоком ротора синхронной машины, равный п/2, во всем диапазоне изменения скорости ротора.

Формула изобретения

Вентильный электропривод, содержащий двухфазную синхронную машину, механически связанную с датчиком положения ротора, выполненным в виде вращающегося трансформатора с обмоткой возбуждения, синусной и косинусной обмотками, первый и второй усилители, выходы которых подключены соответственно к синусной и косинусной якорным обмоткам синхронной машины, источник входного сигнала, включающий генератор опорного напряжения и модулятор, причем опорный вход модулятора подключен к выходу генератора опорного напряжения, а выход модулятора является выходом источника входного сигнала и подключен к обмотке возбуждения датчика положения ротора, отличающийся тем, что, с целью упрощения и уменьшения аппаратурных затрат, введены первый и второй формирователи опорного напряжения, первый и второй аналого-дискретные вычислители с аналоговым и первым и вторым управляющими входами,каждый из аналого-дискретных вычислителей подключен: к синусной и косинусной обмоткам датчика положения ротора соответственно, одноименные управляющие входы аналого-дискретных вычислителей объединены, причем первые объединенные управляющие входы подключены к выходу первого формирователя опорного напряжения, а вторые объединенные управляющие входы подключены к выходу второго формирователя опорного напряжения, выходы первого и второго аналого-дискретных вычислителей подключены соответственно к входам первого и второго усилителей, каждый аналого-дискретный вычислитель снабжен фильтром, трехфазовым сумматором, реализующим функцию

Y.--|S-X,

3 Ј 1-Л Y

- т мэ,

iDх„ + (1 и четырьмя устройствами выборки-хранения, при этом аналоговые входы первого и второго устройств выборки- хранения объединены и образуют знало- говый вход аналого-дискретного вычислителя, управляющие входы первого и четвертого устройств выборки-хранения объединены и образуют первый управляющий вход, управляющие входы бторого и третьего устройств выборки-хранения объединены и образуют второй управляющий вход аналого-дискретного вычислителя, выход первого устройства выборки-хранения подключен к аналоге- вому входу третьего трехвходового сумматора, выходы второго и третьего устройств выборки-хранения подключены к второму и третьему входам трехвходового сумматора соответственно, выход сумматора подключен к аналоговому входу четвертого устройства выборки-хранения, выход которого подключен к входу фильтра, а выход фильтра образует выход аналого-дискретного вычислителя, входы первого и второго формирователей опорного напряжения подключены к выходу генератора опорного напряжения, где Х, Х, Х3, Y - напряжения на первом, втором,третьем входах и выходе сумматора соответственно, Т - период опорного напряжения, Тэ - эквивалентная электромагнитная постоянная времени фазы якорной обмотки синхронной машины.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в следящих системах. Цель изобретения - упрощение и снижение аппаратурных затрат. Для этого вентильный электропривод дополнительно содержит первьй и второй формирователи опорного напряжения, первьй и второй аналого-дис- кретные вычислители, каждый из кото- рых включает фильтр, трехвходовой сумматор и четыре устройства выборки- хранения. При работе вентильного электропривода вычислительные устройства 15, 16 формируют сигналы, содержащие позиционную и скоростную составляющие. Под действием этих сигналов в синхронной машине 1 развивается электромагнитный момент, при этом угол между током и магнитным потоком ротора не зависит от частоты вращения электродвигателя, что позволяет упростить привод и снизить аппаратурные затраты, сохраняя оптимальный по условию максимума момента угол между током и магнитным потоком ротора синхронной машины. 3 ил. (Л

Mffl/cP

Г П

JJfi.tlcP

$

-у«4

е)

и

UcP

-л.

-Uefl

/

п

18Оэд. gflaff.

ЈU

Ю

Фиг. 2

Uj fvimbi (t0 +tt)

ФшЭ

Uc

/