Моментный вентильный электродвигатель с устройством для его настройки 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 вентильным электродвигателям, 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. Настройка моментного вентильного электродвигателя (МВД) заключается в определении оптимальных значений токов фаз обмотки якоря синхронного электродвигателя, создающих при различных углах поворота ротора-индуктора требуемый электромагнитный момент при минимальных потерях в обмотке якоря.

Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени настройки.

На чертеже показана функциональная схема моментного вентильного электродвигателя с устройством для его настройки.

Электродвигатель содержит электромеханический преобразователь 1 с т-фазной обмоткой 2 якоря и ротором-индуктором 3, m усилителей 4, m датчиков 5 тока. Устройство для настройки содержит датчик 6 угла, задатчик 7 угла, датчик 8 момента, управляющее устройство 9, задатчик 10 момента, счетчик 11 импульсов, запоминающее устройство 12, сумматор 13, интегратор 14, m генераторов 15 опорных напряжений, m ключей 16, m синхронных детекторов 17, m фильтров 18 низкой частоты, m перемножителей 19, m сумматоров 20, m аналого-цифровых преобразователей 21.

Ротор-индуктор 3 механически связан с валами датчика 6 угла, задатчика 7 угла и датчика 8 момента. Его выход подключен к входу сумматора 13, второй вход соединен с выходом задатчика 10 момента, а выход подключен к входу интегратора 14, выход которого подключен к входам перемножителей 19 и к входам синхронных детекторов 17, электроды опорных напряжений которых соединены с входами сумматоров 20 и через ключи 16 с выходами источников 15 опорных напряжений, а выходы соединены последовательно по вход-выходу с фильтрами 18, перемножителями 19, сумматорами 20 и входами аналого-цифровых преобразователей 21 и усилителей 4. Их выходы соединены с фазами обмотки 2 якоря через входы датчиков 5 тока, выходы которых подключены к вторым инвертирующим входам усилителей 4. Первый - третий выходы управляющего устройства 9 подключены соответственно к управляющим электродам ключей 16, к синхронизирующему входу запоминающего устройства 12 и входам задатчика 10, момента и счетчика 11 импульсов, выход которого подключен к адресному входу запоминающего устройства 12, информационные входы которого подключены к выходам датчика 6 угла, задатчика 10 момента и аналого-цифровых преобразователей 21. Запоминающее устройство 12 может содержать аналого-цифровые преобразователи для перевода выходных сигналов датчика 6 угла или задатчика 10 момента из аналоговой формы в цифровую.

Устройство для настройки работает следующим образом.

С помощью задатчика 7 угла и задатчика 10 момента устанавливаются- начальные значения угла поворота а ротора-индуктора 3 и требуемого момента М0. На выходе счетчика 11 устанавливается начальное значение адреса А для запоминающего устройства 12.

Настройка делится на ряд периодов, каждый из которых включает три этапа. На первом этапе управляющее устройство 9 выдает импульс на первый выход, который открывает ключи 16. Сигналы с выходов фильтров 18

дМ ЭН

ЭМ

Э1:

m

пропорциональные частным производным от электромагнитного момента М по токам Иim фаз обмотки 2 якоря, умножаются на

сигнал. А , поступающий с выхода интегратора 14 и имеющий смысл множителя Лаг- ранжа в решении задачи на условный экстремум. На сумматорах 20 к этим произведениям добавляются опорные напряжения UoiUom различной частоты,

поступающие через открытые ключи 16 с выходов генератора 15 опорных напряжений. С выхода сумматоров 20 сигналы

45

i A4-U01 Im А+ Uom

поступают на входы усилителей 4, охваченных глубокой отрицательной обратной связью по току с помощью датчиков 5 тока и питающих фазы обмотки 2 якоря токами .

И Н im ii

о

55 Синхронный электродвигатель 1 развивает электромагнитный момент

M U+Uoi-fE-+.+Uom-fTM

Im

где m - постоянная (гладкая) составляющая момента.

Датчик 8 момента вырабатывает сигнал М, из которого на сумматоре 13 вычитается сигнал Мо, вырабатываемый задатчиком 10 требуемого момента. Разность ДМ М-М0 с выхода сумматора 13 поступает на инвертирующий вход интепгратора 14 и на входы синхронных детекторов 17, на которые под- аются также опорные напряжения

UoiUom. Интегратор 14 вырабатывает

значение А из условия М М0, т.е. равенства постоянной составляющей электромагнитного момента требуемому моменту, и практически не реагирует на его переменные составляющие. Синхронные детекторы 17 вырабатывают сигналы, средние значения которых пропорциональны частным производным

дМ

аи

дМ

и выделяются фильтрами 18 низкой частоты.

По окончании переходных процессов на

выходах перемножителей 19 получаются

сигналы, соответствующие решению задачи

ii2 + ... + im2 min;(1)

M(a,him) M0.(2)

На втором этапе управляющее устройство 9 вырабатывает на втором выходе импульс С, поступающий на синхронизирующий вход запоминающего устройства 12 и разрешающий запись по адресу А, определяемому

счетчиком 11 значений Н°1л)0 оптимальных

токов фаз обмотки 2 якоря, преобразованных аналого-цифровыми преобразователями 21 в цифровую форму, а также значений а и М0. На третьем этапе управляющее устройство 9 вырабатывает импульс на третьем выходе, который увеличивает адрес на выходе счетчика 11 на единицу, а также перестраивает задатчик 10 момента на новое значение требуемого момента

МоПри каждом значении требуемого момента М0 осуществляется поиск оптимальных значений И,

im и их запись в

запоминающее устройство 12. После перебора всех требуемых значений М„ ротор-индуктор 3 устанавливается в новое угловое положение С помощью задатчика 7 угла, и начинает перебор значений М0 при новом значении а.

Решение задачи (1) и (2) методом множителя Лагранжа приводит к функции Лаг- ранжа и условиями стационарности

. + ... + In/ -2А(М(а,и ,... lm)-M0);5V 211-2А-4 0;

ah

aii

О)

av, дм

-g-;2 т - ZA-5-.U ,

10

откуда получаем

ам аи

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Оптимальные токи, согласно равенствам (3), вычисляются с помощью датчика 3 момента, генераторов 15 опорных напряжений, синхронных детекторов 17, фильтров 13, перемножителей 19 и сумматоров 20. Равенство (2) обеспечивается путем выработки сигнала Я интегратором 14,

Сигнал Д М М-М0 используется одновременно для получения требуемого электромагнитного момента, т.е. для выполнения равенства (2), и для вычисления частных

производных -к-.- и токов iK° согласно раравенствам(3). Сигналы с выходов синхронных детекторов поступают не на интеграторы, как в экстремальных регуляторах, а на фильтры низкой частоты, что связано с видом целевой функции и с наличием ограничения типа равенства.

Задатчик 7 угла может быть выполнен в виде самотормозящейся червячной передачи, связывающий ротор-индуктор 3 и датчик 8 момента. Управляющее устройство 9 может быть выполнено в виде генератора импульсов, счетчиков импульсов и дешифратора. Задатчик 10 момента может быть составлен из счетчика импульсов и цифроаналогового преобразователя. В качестве фильтра 18 низкой частоты может быть применен одинарный или двойной RC- фильтр. Перемножители, сумматоры, ключи, синхронные детекторы, интеграторы выпускаются серийно в виде интегральных схем.

Формула изобретения Моментный вентильный электродвигатель с устройством для его настройки, содержащий ротор-индуктор, якорь с многофазной обмоткой, каждая фаза которой соединена с выходом управляемого источника тока, по крайней мере один канал настройки, выполненный в виде генератора импульсов опорного напряжения, выход которого через управляемый ключ связан с входом синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, служащего для измерения рассогласования между заданным и измеренным вращающими моментами, выход синхронного детектора связан с входом преобразователя сигнала, второй сумматор, один из входов которого соединен с выходом генератора опорного напряжения, перемножитель, первый вход которого связан с выходом синхронного детектора, а второй через интегратор - с выходом первого сум- матора, выход перемножителя связан с управляющим входом соответствующего источника тока, управляющие входы ключа связаны с первым выходом управляющего устройства, выполненного с возможностью поочередного формирования управляющих импульсов на своих трех выходах, задатчики и датчики угла и момента и запоминающее устройство, синхронизирующий вход которого связан с вторым выходом управляюще- FO устройства, адресный вход подключен к

выходу счетчика импульсов, управляющие входы счетчика и задатчика момента подключены к третьему выходу управляющего устройства, информационные входы запоминающего устройства связаны с выходами задатчика момента и датчика угла и через аналого-цифровые преобразователи с выходом каждого множительного устройства, входы первого сумматора связаны с выходами соответственно датчика и задатчика момента, от ли ч а ющийся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени настройки, в каждом канале настройки преобразователь сигнала выполнен в виде фильтра низкой частоты, его выход соединен с первым входом перемножителя, выход перемножителя соединен с первым входом второго сумматора, выход сумматора - с управляющим входом источника тока, а число каналов настройки равно числу фаз обмотки якоря электродвигателя.

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к моментным вентильным электродвигателям (МВД) с бесконтактной коммутацией. Целью изобретения является повышение точности и сокращение времени настройки. МВД содержит синхронный электродвигатель 1 с M-фазной обмоткой 2 и с ротором-индуктором 3, M усилителей 4, M датчиков 5 тока. Устройство для настройки МВД содержит датчик 6 угла, задатчик 7 угла, датчик 8 момента, управляющее устройство 9, задатчик 10 момента, счетчик 11 импульсов, запоминающее устройство 12, сумматор 13, интегратор 14, M генераторов 15 опорных напряжений, M ключей 16, M синхронных детекторов 17, M фильтров 18 низкой частоты, M перемножителей 19, M сумматоров 20, M аналого-цифровых преобразователей 21. Применение управляющего устройства и счетчика импульсов позволяет автоматизировать процесс изменения требуемого момента и адреса записи в запоминающее устройство, что ускоряет процесс настройки. 1 ил.