Устройство для настройки моментного вентильного электродвигателя Советский патент 1991 года по МПК H02K29/06 

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к электрическим двигателям постоянного тока с бесконтактной коммутацией, т.е. к моментным вентильным электродвигателям (МВД), и предназначено для настройки в процессе изготовления и эксплуатации электрических машин, работающих в качестве исполнительных моментных двигателей приводов следящих систем и систем стабилизации различного назначения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем формирования трехфазной системы сигналов, зависящей от двух параметров на- стройки.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для настройки МВД.

Настраиваемый МВД содержит электромеханический преобразователь 1 с трех- фазной обмоткой 2 якоря, соединенной в звезду с изолированной нейтралью, и с ротором-индуктором 3, три усилителя 4 мощности, три датчика 5 тока.

Устройство для настройки МВД содер- жит датчик 6 угла, задатчик 7 угла, датчик 8 момента, задатчик 9 момента, сумматор 10, интегратор 11, синхронный детектор .интегратор 13, сумматор 14, функциональный преобразователь 15, два перемножителя 16 и 17. сумматор 18, генератор 19 опорного напряжения, полупроводниковый ключ 20, импульсное управляющее устройство 21 с тремя выходами, счетчик 22 импульсов, запоминающее устройство 23 с четырьмя ин- формационными входами.

Ротор-индуктор 3 механически связан с роторами датчика 6 угла, задатчика 7 угла и датчика 8 момента. Его выход подключен к входу сумматора 10, второй инвертирующий вход которого подключен к выходу задатчика 9 момента, а выход подключен к входам интегратора 11 и синхронного детектора 12, соединенного последовательно по выходу-входу с интегратором 13, сумматором 14 и функциональным преобразователем 15. Его выходы подключены соответственно к входам перемножителей 16 и 17, вторые входы которых подключены к выходу интегратора 11, а выходы подключены к входам первого., второго усилителей, а также соответственно к первому, второму инверсным входам сумматора 18, выход которого подключен к входу третьего усилите- ля 4. Выходы усилителей 4 подключены к соответствующим фазам обмотки 2 якоря через входы датчиков 5 тока, выходы которых подключены к вторым инвертирующим входам усилителей 4.

Выход генератора 19 опорного напряжения подключен к электроду опорного напряжения синхронного детектора 12 и второму входу сумматора 14 через ключ 20. Его управляющий электрод соединен с первым выходом управляющего устройства 21, второй выход которого подключен к синхронизирующему входу щзапоминающего устройства 23, а третий - к входам счетчика 22 импульсов и задатчика 9 момента. Выход счетчика 22 импульсов подключен к адресному входу запоминающего устройства 23, информационные входы которого соединены с выходами датчика 6 угла, задатчика 9 момента и перемножителей 16 и 17.

Функциональный преобразователь 15 реализует на своих выходах функции sin/З и sin (/ - 2лг/3 ) при входном сигнале /. Запоминающее устройство 23 может содержать аналогоцифровые преобразователи для перевода аналоговых сигналов на информационных входах в цифровую форму.

Устройство для настройки МВД работает следующим образом.

С помощью задатчика 7 угла ротор-индуктор 3 разворачивается до определенного угла а. Задатчик 9 момента выдает началь-- ное значение требуемого момента М0. На выходе счетчика 22 импульсов установлено начальное значение адреса А для запоминающего устройства 23.

Настройка МВД осуществляется по периодам, каждый из которых состоит из трех этапов. На первом этапе управляющее устройство 21 вырабатывает на первом выходе импульс, открывающий ключ 20. К выходному сигналу /Зо интегратора 13 прибавляется переменное опорное напряжение Uo, и с выхода сумматора 14 на вход функционального преобразователя 15 поступает сигнал ft Д) + Uo . С его выходов сигналы sin /3 , sin (/3 - 2 л/3 ) поступают на входы перемножителей 16 и 17, на вторые входы которых поступают сигналы 2/3lm с выхода интегратора 11. Сигналы

i°A | Im sin р; 1°в | lm sin (ft - 2 я/3 )

поступают на инверсные входы сумматора 18; на выходе которого формируется сигнал 1С° -Од° + в°) § lm sin (/3-4 я/3 ).

Сигналы IA°, IB°, ic° поступают на входы усилителей 4, охваченных глубокой отрицательной обратной связью с помощью датчиков 5 тока и питающих фазы обмотки 2 якоря токами 1д 1д°; IB 1в°; ic ic° Электромеханический преобразователь 1 развивает электромагнитный момент М, содержащий постоянную составляющую, отличную от

требуемого момента М, и переменную составляющую, имеющую частоту опорного напряжения U0 и амплитуду, пропорциональную В М/3/3 . Датчик 8 момента вырабатывает сигнал, пропорциональный моменту М, который сравнивается с требуемым моментом М0 на сумматоре 10. С его выхода сигнал Д М поступает на инверсный вход интегратора, вырабатывающего сигнал 2/3lm из условия равенства требуемого момента М0 постоянной составляющей момента М и не реагирующего на его переменную составляющую, и на вход синхронного детектора 12, вырабатывающего сигнал, пропорциональный частной производной д М/д{3 и поступающий на вход интегратора 13. На его выходе получается сигнал Дэ согласно уравнению

где Т - постоянная времени интегратора 13, которое соответствует максимизация момента М по углу /3 по принципу синхронного детектирования в экстремальных регуляторах.

В результате получаются значения lm, , соответствующие требоемому моменту М0 при минимальном значении lm, или значения , ic° являются решением задачи:

M(a,iA,lB,ic) M0,

А + IB + ic 0,(1)

IA +ic min,

На втором этапе управляющее устройство 21 вырабатывает на втором выходе импульс С, поступающий на синхронизирующий вход запоминающего устройства 23 и обеспечивающий запись по адресу А значений а, Mo,iA0,lB0, поступающих с датчика 6 угла, задатчика 9 момента и перемножителей 16, 17.

На третьем этапе управляющее устройство 21 выдает с третьего выхода импульс, увеличивающий содержимое А счетчика 22 импульсов на единицу и перестраивающий задатчик 9 момента на новое значение М0.

После настройки МВД при всех требуемых значениях с помощью задатчика 7 угла ротор-индуктор 3 устанавливается в новое угловое положение и настройка повторяется. В результате в запоминающее устройство 23 записываются оптимальные значения фазных токов обмотки 2 якоря.

(Mo,a)(M.a).

Сигнал AM используется в двух целях. Его постоянная (гладкая) составляющая предназначена для выполнения равенства М Мо путем изменения U, а переменная

составляющая -для максимизации момента-;. М при lm const. Благодаря сумматору Юна синхронный детектор 12 поступает сигнал с малой постоянной составляющей, что повышает качество работы синхронного детектора 12. Применение функционального преобразователя 15 с двумя выходами и сумматора 18 позволяет осуществить оптимизацию по трем аргументам IA.IB.IC при наличип двух ограничений типа равенства.с помощью одного синхронного детектора. Применение управляющего устройства 21 и счетчика 22 импульсов позволяет автомати- зиррвать процесс изменения, требуемого

момента и адреса записи в запоминающее устройство, что ускоряет процесс настройки.

Настройка заключается в определении токов iA°,iB°Jc0 удовлетворяющих условиям

(1). Согласно равенствам

sin /3 + sin (ft - 2 л/3 ) + sin (ft - 4 я/3 ) О sin2 + sin2 (ft-2 л/3 ) + sin2 (ft - 4 л ) - О

25

эта задача эквивалентна задаче

(2)

М(а, lm ,/) Mo, при уравнениях связи

99

i A -|lm Sin/3, iB J lm (,3-2 Л/3),

ic - (1д + IB ),(3)

где lm - амплитуда системы токов обмотки якоря.

-Наконец, задачи (2) и (3) эквивалентны задачам (4) и (5) M(alm,y3).rmax(4),M(alm.Ј)im M°.

(4)

Равенства (3) обеспечиваются функциональным преобразователем 15, перемножителями 16 и 17 и сумматором 18. Соотношение (4) достигается синхронным

детектором 12, интегратором 13, сумматором 14 и генератором 19 опорного напряжения. Равенство (5) обеспечивается благодаря сумматору 10 и интегратору 11, реализующим отрицательную обратную

связь по моменту.

Перестройка функционального преобразователя с функции - COS/ sin (ft - л/2 ) на функцию sin (ft - 2 л/3 ) на втором выходе возможна либо путем изменения аргумента

на л/б , либо путем сложения сигналов sin/, - cos/3 , с коэффициентами согласно формуле

( -±s nft-- cosft (5)

с помощью одного сумматора, входящего в функциональный преобразователь.

Управляющее устройство 21 может быть выполнено в виде последовательно по входу-выходу соединенных генератора им пульсов, счетчика импульсов и дешифратора.

Формула изобретения Устройство для настройки моментного вентильного электродвигателя, содержаще го электромеханический преобразователь с m-фазной обмоткой якоря и с ротором-индуктором, m датчиков тока и m усилителей, выходы которых соединены с фазами обмотки якоря через датчики тока, выходы которых подключены к первым входам усилителей, включающее в себя датчик угла, задатчик угла, датчик момента, задатчик момента, два сумматора, синхронный детектор, два интегратора, функциональный преобразователь с выходными сигналами sin ft, -cos ft при входном сигнале ft , два перемножителя, генератор опорного напряжения, полупроводниковый ключ, управляющее устройство, счетчик импульсов и запоминающее устройство, ротор-индуктор механически связан с задатчиком угла и с датчиками угла и момента,,выход датчика момента подключен к входу первого сумматора, выход которого подключен к входам первого интегратора и синхронного детектора, его электрод опорного напряжения подключен к входу второго сумматора и через полупроводниковый ключ к выходу генератора опорного напряжения, а выход подключен к входу второго интегратора, выход которого подключен к второму входу

второго сумматора, его выход подключен к входу функционального преобразователя, первый, второй выходы которого подключены к входам первого, второго перемножите-5 лей соответственно, их вторые входы - к

выходу первого интегратора, а выходы - к вторым входам первого, второго усилителей и информационным входам запоминающего устройства, выходы управляющего уст-10 ройства подключены соответственно к

управляющему электроду полупроводникового ключа, синхронизирующему входу запоминающего устройства и входам задатчика момента и счетчика импульсов,

15 выход которого подключен к адресному входу запоминающего устройства, выход задатчика момента подключен к второму инвертирующему входу первого сумматора и третьему информационному входу запо20 минающего устройства, четвертый информационный вход которого подключен к выходу датчика угла, причем управляющее устройство выполнено с возможностью выработки импульсов последовательно на первом 25 третьем выходах,отличающееся тем,что, с целью расширения функциональных возможностей путем формирования трехфазной системы сигналов, зависящей от двух параметров настройки, введен третий сумматор, ин30 вертирующие входы которого подключены к выходам перемножителей, а его выход подключен к второму входу третьего усилителя, причем функциональный преобразователь выполнен с возможностью

35 реализации на втором выходе функции sin (/3-2 л/3 ) при входном сигнале ft.

Изобретение относится к электродвигателям с бесконтактной коммутацией - вентильным электродвигателям. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем формирования трехфазной системы источников, зависящей от двух параметров настройки. Настраиваемый моментный вентильный электродвигатель (МВД) содержит электромеханический преобразователь 1 с трехфазной обмоткой 2 якоря, соединенной в звезду с изолированной нейтралью, и с ротором-индуктором 3, три усилителя 4 и три датчика 5 тока. Устройство для настройки МВД имеет датчик 6 угла, задатчик 7 угла, датчик 8 момента, сумматор 10, интегратор 11, синхронный детектор 12, интегратор 13, сумматор 14, функциональный преобразователь 15, два перемножителя 16, 17, сумматор 18, генератор 19 опорного напряжения, ключ 20, управляющее устройство 21, счетчик 22 импульсов, запоминающее устройство 23. Благодаря сумматору 10 на синхронный детектор поступает сигнал с малой постоянной составляющей, что повышает качество работы синхронного детектора. Применение функционального преобразователя с двумя выходами и сумматора 18 позволяет осуществить оптимизацию по трем аргументам - I_A, I_B, I_C - при наличии двух ограничений типа равенства с помощью одного синхронного детектора. Применение управляющего устройства и счетчика импульсов позволяет автоматизировать процесс задания момента и адреса записи в запоминающее устройство, что ускоряет процесс настройки. 1 ил.