Устройство дистанционной передачи угла поворота задающего вала Советский патент 1991 года по МПК H02K29/06 H02K24/00 

Os

О

о

Изобретение относится к электротехнике и автоматике. Цель изобретения - повышение точности отражения нагрузочных моментов на задающем валу и дистанционной передачи угла поворота задающего вала, а также улучшения энергетических характеристик. Устройство содержит соединенные с задающим и исполнительным валами задающую 1 и исполнительную 2 син ронные машины с датчиками 3, 4 положения роторов соответственно.сравнивающий элемент 5, сумматор 6, блок 7 умножения на О и 1 и реле 8 инвертирования магнитных полей статоров при изменении знака рассогласования, Улучшение энергетических характеристик достигается благодаря использованию обратной связи по положению от датчика обычно более мощной исполнительной синхронной машины, вследствие чего она работает с максимальным КПД ввиду перпендикулярности магнитных полей ее ротора и статора. У задающей же синхронной машины 1 угол между магнитными полями ротора и статора зависит от момента нагрузки, а амплитуда статорных полей пропорциональна рассогласований валов. 7 ил. Ё

Изобретение относится к электротехнике и автоматике и может быть использовано в устройствах дистанционной передачи угловых перемещений в следящих системах двустороннего действия с силомоментным очувствлением.

Цель изобретения - повышение точности отражения нагрузочных моментов на задающем валу и дистанционной передачи угла поворота задающего вала, а также улучшение энергетических характеристик устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2-5 показаны векторные диаграммы магнитных полей, поясняющие принцип его действия; на фиг. 6 - зависимость момента машины от угла рассогласования валов.

г

На чертежах и в тексте описания приняты следующие условные обозначения и сокращения:

«з .«и- Углы поворота задающего и исполнительного валов;

Асе- рассогласование валов;

о

угол между векторами магнитных потоков ротора и статора задающей синхронной машины;

Дом - рассогласование ваяов, при котором вращающий момент задающей синх- ронной машины максимзлен;

ФрЗ , Фри ФсЭ . Фал векторы магнитных потоков роторов и статоров задающей и исполнительной синхронной машин соответственно;

Моп, Мн - нагрузочные моменты на задающем и исполнительном валах, соответственно;

М3, Ми - вращающие моменты задающей и исполнитель-ной синхронных машин;

СМэ, СМц- задающая и исполнительная синхронные машины,

Устройство содержит соединенные с задающим и исполнительным валами задающую 1 и исполнительную 2 синхронные машины, снабженные датчиками положения роторов задающей 3 и исполнительной 4 синхронных машин (СМ), сравнивающий элемент 5, сумматор 6, блок 7 умножения на О и 1й, реле 8 и полупроводниковый ком- мутатор (ППК) 9. К выходам коммутатора 9 параллельно и встречно подключены соответствующие обмотки CMi и СМ2.

Устройство работает следующим образом.

В режиме покоя задающего и испольни- тельного валов под действием Моп и Мн имеет место некоторое рассогласование Асе (фиг. 2), которое выявляется сравнивающим элементом 5 по сигналам датчиков 3 и 4 положения. Это рассогласование поступает на управляющий величиной тоха вход полупроводникового коммутатора 9, задавая, например, глубину модуляции фазных напряжений в обмотках синхронных ма- шин 1 ., т.е. величины потоков статоров Фаз и Фы (фиг, 2). Взаимная ориентация магнитных потоков для упрощения показана при расположении осей обеих синхронных машин вдоль прямой АА и совпадении начал отсчета датчиков положения 3 и 4 (прямые О на фиг. 2). При этом Фь и Феи направлены встречно. Поток поля ротора исполнительной синхронной машины Фры всегда перпендикулярен Фен в си- лу использования обратной связи с выходом датчика 4 через сумматор 6, подключенной к коммутирующему входу ППК 9.

Между Фа и Фэи при этом оказывается

v

угол

I а

Вращающие моменты на валах обеих синхронных машин

Мз-КзДасозДа 7 Ми Ки Да j

(D

где К3, Ки - коэффициенты, определяемые конструкцией синхронных машин. Отношение моментов (в статике):

Кз cos Да

Ки

(2)

Из (2) видно, что отношение моментов практически постоянно (т.к. cos Да в некоторой области Да 0).

Нз фиг, 6 показана зависимость Мз от Да при изменении его от -90° до +90° (кривая 3). Кривая 1 показывает зависимость Мз от Да при максимальном напряжении на обмотках (косинусоидальная зависимость). Прямая 2 показывает зависимость сигнала х на выходе сравнивающего элемента 3 от Да . Рабочая область рассогласований Да в системе при этом органичена значениями Дом и Дом .Прямая 4 показывает зависимость Ми от Да.

Видно существование достаточно большой области значений Да, где п практически постоянно. В зависимости от мощности исполнительной синхронной машины наклон прямой 4 может меняться. С ростом крутизны прямой 2 точность отражения момента на задающем валу растет. Кроме того, максимальное рассогласование исполнительного и задающего валов не превышает Дом , что по сравнению с прототипом, где Да 90°, дает выигрыш а точности.

Если Мн в силу каких-либо причин возрастает, ротор приходит в даижение в сторону увеличения Да . При этом по (1) изменяются Мз и Ми (если арз const), Уетанавлиаается равновеснее новым Да. При уменьшении Мн вследствие аналогичных процессов уменьшается и Мз.

Блоки 6-8 служат для инвертирований магнитных потоков статоров двигателей за счет добавления к текущему сигналу датчика 4 положение сигнала, эквивалентного электрическому углу 180°. Это необходимо при изменении знака Ми для обеспечения симметричного отражения моментов, чего нет в прототипе. При изменении знака Мн Да уменьшается до О и меняет знак. При этом изменяется сигнал на выходе реле 8, и на втором входе сумматора 6 появляется сигнал 0° либо 180°, в зависимости от предыдущего знака Да , При этом потоки статоров ФсЗ иФЬи инвертируются, Мс и Ми неняют знак (см. фиг. 3 и 6), и в дальнейшем устройство работает описанным выше образом.

При изменении М0п (например, увеличении) увеличивается Да , что приводит к изменению Мс и Ми по (1) и, если Мн const, повороту ротора исполнительной синхрон- ной машины 2 и вместе с ним Фсз, Ф:и и уменьшению Ми и М3 и т.д , т.е. происходит дистанционная передача угла поворота.

Сумматор б может быть выполнен на операционйом усилителе, блоки 7 и 8 - на одном операционном усилителе с разомкнутой обратной связью, на выходе которого включены диод и делитель напряжения для формирования величины в 130°. При использовании цифровых датчиков положения ротора блоки 5 и 6 могут быть выполнены на комбинационных сумматорах, блок 7 - в виде логических схем И, первые входы которых соединяют с выходом реле 8, а на вторые подаются логические 0й и 1 для получения кода 180°,

Таким Образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности дистанционной передачи угла поворота задающего вала, повышение точности отражения нагрузочных моментов на задающем валу, а также улучшение энергетики системы за счет работы более мощной, обычно исполнительной, синхронной машины с наиболее высоким КПД (при перпендикулярности иФс ). Этот положительный эффект достигается за счет встречного параллельного включения обмоток синхронных машин 1 и 2, управления положением потоков их статоров отдатчика 4 положения исполнительной машины 2 и инвертирования магнитных полей их статоров при изменении знака рассогласования Да , для чего в схему введены последоватепьно соединенные реле 8, блок 7 умножения на 0 и 1 и сумматор 6, добавляющие з зависимо- сти от знака Да 0° либо 180° к сигналу второго датчика 4 положения.

Формула изобретения Устройство дистанционной передачи

угла поворота задающего вала, содержащее укрепленную на задающем валу синхронную машину с первым датчиком положения, исполнительную синхронную машину со вторым датчиком положения, полупроводниковый коммутатор, сравнивающий элемент, ко входам которого подключены выходы первого и второго датчиков положения, при этом обмотки синхронных машин включены параллельно и подсоединены к

выходу полупроводникового коммутатора, сумматор, реле и блок умножения, один из входов которого соединен с выходом реле, второй с блоком уставки угла, а выход - с одним из входов сумматора, выход которого

подключен к коммутирующему входу полупроводникового коммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности отражения нагрузочных моментов на задающем валу и дистанционной передачи угла поворота задающего зала при одновременном улучшении энергетических характеристик, второй вход сумматора подключен к выходу второго датчика положения, выход сравнивающего элемента - на

управляющий вход коммутатора, а обмотки синхронных машин соединены встречно.

cfo

с V /

%Ј v

А А

Фиг. 2

Фиг.Ъ

1 Фиг. 6

I РЗ ЬФР«

Фиг.Ь

Фиг. 5