Моментный вентильный электродвигатель Советский патент 1992 года по МПК H02K29/06 H02P6/02 

сл

с

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прецизионных следящих системах. В моментном вентильном электродвигателе использован второй модулятор 15, подключенный к квадратурной обмотке возбуждения датчика 16 положения ротора. Второй функциональный преобразователь 15 выполнен с возможностью реализации функции вида lq° рц (М0), что позволяет при оптимальных потерях в обмотке якоря синхронной машины упростить структуру вентильного электродвигателя. 2 ил.

//

b

W

VI

ю

Изобретение относится к электротехнике, в частности к моментным вентильным электротдвигателям с неограниченным углом поворота ротора, которые находят широкое применение в прецизионных следящих системах.

Цель изобретения - упрощение при сохранении минимальных потерь в обмотке якоря и высокой стабильности электромагнитного момента по углу поворота.

На фиг.1, 2 представлены функциональные схемы моментного вентильного электродвигателя с двухфазной и трехфазной электрической машиной соответственно.

Моментный вентильный электродвига- тель содержит синхронную электрическую машину 1 (фиг.1) с синусной 2 и косинусной 3 фазами обмотки якоря и с ротором-индуктором 4, усилители 5, 6 мощности, датчики 7, 8 тока, фазочувствительные выпрямители (ФЧВ) 9, 10, задатчик 11 момента, функциональные преобразователи(ФП) 12,13, модуляторы 14, 15, датчик 16 положения ротора, выполненный для двухфазной синхронной машины в виде синусно-косинусного вра- щающегося трансформатора (СКВТ) с основной и квадратурной обмотками 17 возбуждения и с двумя выходными обмотками 18.

Вы/од задатчика 11 момента по,:/лю- чен к входам ФП 12 и 13, выходы котсрых подключены к входам модуляторов , 15 соответственно. Их выходы подключены к основной и квадратурной обмоткам 17 возбуждения СКВТ 16, ротор которого механ /,- чески связан с ротором-индуктором 4 синхронной электрической машины 1, а синусная и косинусная выходные обмотки 18 СКВТ 16 подключены к входам ФЧВ 9, 10 соответственно. Их выходы подключены к первым входам усилителей 5, 6 мощности, выходы которых подключены к синусной 2 и косинусной 3 фазам обмотки якоря через входы датчиков 7, 8 тока, выходы которых подключены к вторым инвертирующим вхо- дам усилителей 5, 6 мощности соответственно. Функциональные преобразователи 12, 13 реализуют функции

id0 - pd(Mo),id° pd (Mo)

согласно равенствам

m +VyЈ + 4(Ld-Lq)z-ilp 2x

Mo

xp iq ; (Ld-Lq)-iql2

+

(D (2)

+4()2.,o2

где Mo - требуемый электромагнитный момент;

5

10

15 20 25 303540 45

50

55

id0, iq° -токи продольной и поперечной фаз обмотки якоря обобщенной электрической машины;

Ld, Lq - продольная и поперечная индуктивности фазы обмотки якоря;

р-число пар полюсов синхронной электрической машины;

Vm амплитуда потокосцепления фазы обмотки якоря с потоком ротора-индуктора.

Данный электродвигатель работает следующим образом.

На выходе задатчика 11 момента вырабатывается сигнал, пропорциональный требуемому электромагнитному моменту М0. Он поступает на ФП 12, 13, формирующие оптимальные значения токов iq° , id0 , которые подаются на входы модуляторов 14, 15. С их выходов сигналы Kriq° sin Qt, Krid° sin Qt поступают на продольную и квадратурную (поперечную) фазы обмотки 17 возбуждения СКВТ 16. На синусной и косинусной фазах его вторичной обмотки 18 формируются сигналы:

K2(-iq° sin a+id°cos a, sin Qt,

K2(+iq°cos a+id°s;n a).sin Qt, где Q-угловая частота модуляции.

Сигналы с вторичных обмоток 18 поступают на входы ФЧВ 9, 10. На их выходах получаются сигналы:

А° id0 . iq° .sin a;

iB° id° . iq° .cosa, равные оптимальным значениям токов синусной 2 и косинусной 3 фаз обмотки якоря синхронной электрической машины. Эти сигналы поступают на входы усилителя 5, 6 мощности, которые с помощью датчиков 7, 8 тока питают фазы 2, 3 обмотки якоря токами IA JA° , в в° . При этом синхронная электрическая машина 1 развивает стабильный момент Мо при минимальных потерях в обмотке якоря.

В моментном вентильном электродвигателе, выполненном на базе трехфазной синхронной машины (фиг.2), в качестве датчика положения ротора использован сельсин 19 с основной и квадратурной обмотками 20 и с трехфазной выходной обмоткой 21. Этот электродвигатель содержит ФЧВ 22-24, усилители 25-27 мощности, датчики 28-30 тока, синхронную электрическую машину 31 с фазами 32-34 обмотки якоря и с ротором-индуктором 35.

Выход задатчика 11 момента подключен к входам ФП 12, 13, выходы которых подключены к входам модуляторов 14, 15 соответственно. Их выходы подключены к основной и квадратурной обмоткам 20 возбуждения сельсина 19, ротор которого мехаsin(a-) + id°

cos(a-)

4Я,

sin Q t;

sin(a-) + id0 cos(a-)

sin Q t,

поступающие на входы ФЧВ 22-24. На их

выходах получаем сигналы:

нически связан с ротором-индуктором 35 синхронной электрической машины 31, а фазы вторичной обмотки 21 подключены к входам ФЧВ 22-24, выходы которых подключены к входам усилителей 25-27 мощности. Их выходы подключены к фазам 32-34 обмотки якоря че рез входы датчиков 28-30 тока, выходы которых подключены к вторым инвертирующим входам усилителей 25-27 мощности соответственно,

ФП 12,13 в этом случае тоже реализуют

ФУНКЦИИ iq° рц (М0), id ° fd (Mo) СОГЛЭСно равенствам (1) и (2). Эти равенства (1), (2) получаются в результате решения задачи на условный экстремум, т.е. найти токи id0 , iq обеспечивающие требуемый электромагнитный момент

Мэ р У т iq° + (Ld - Lq) id° 1q° Mo

при минимальных потерях в обмотке якоря

r(id°2 + iq°2 ) mln, где г - активное сопротивление фазы обмотки якоря;

Мэ - электромагнитный момент синхронной электрической машины.

Описанный электродвигатель работает следующим образом.

Сигнал, пропорциональный требуемому электромагнитному моменту М0, с выхода задатчика 11 поступает на ФП 12, 13, формирующие оптимальные значения токов iq° , id0 , которые подаются на входы мод/- ляторов 14, 15. С их выходов сигналы

Kriq°Sin Qt,

Krid°sin Qt,

где Q- угловая частота модуляции, поступают на пропорциональную и поперечную фазы обмотки 20 возбуждения сельсина 19. На первой - третьей фазах его вторичной обмотки 21 формируются сигналы:

K2(-iq° sin a+id°cos a) sin Qt;

4гг„

IA°

|о«°

cos ее- iq ° sin a);

iB°

cos(a-)

sin(a-);

idc

cos(a-)

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

равные оптимальным значениям токов первой - третьей фаз 32-34 обмотки якоря син- хронной электрической машины. Эти сигналы поступают на входы усилителей 25- 27 мощности, которые с помощью датчиков 28-30 тока питают фазы 32-34 обмотки якоря токами:

IA IA°; iB iB°;ic ic°. При этом синхронная электрическая машина 31 развивает стабильный по углу поворота ротора электромагнитный момент М0 при минимальных потерях в обмотке якоря.

Функциональные преобразователи, модуляторы, фазочувСтвительные выпрямители могут быть выполнены на серийных операционных усилителях, диодах и других элементах по известным схемам и подходам к их решению.

Таким образом, благодаря наличию одного дополнительного модулятора в схеме формирования фазных токов обмотки якоря синхронной электрической машины, соответствующему выполнению второго ФП и соответствующему исполнению датчика положения ротора (СКВТ, сельсина), в момен- тном вентильном электродвигателе отсутствуют перемножители и сумматоры, что упрощает схему формирования фазных токов обмотки якоря и в целом моментный вентильный электродвигатель, а также повышает его надежность. При этом сохраненавысокаястабильностьэлектромагнитного момента при минимальных потерях в обмотке якоря.

Явные аналитические выражения для функций iq° р q (Mo) и id0 p d (Mo) отсутствуют, Поэтому эти функции следует зата- булировать с помощью равенств (1), (2), задаваясь произвольными значениями тока iq° и определяя соответствующие значения Mo nid°. Полученные таблицы используются при построении функциональных преобразователей 12 и 13.

Формула изобретения

Моментный вентильный электродвигатель, содержащий синхронную электрическую машину с m-фазной якорной обмоткой, в каждую фазу которой включен датчик тока, выходом подключенный к инвертирующему входу усилителя мощности, выход которого подключен к соответствующей фазе якорной обмотки, датчик положения ротора, установленный на валу ротора-индуктора синхронной машины, обмотка возбуждения датчика положения ротора соединена с выходом модулятора, два функциональных преобразователя, один из которых выполнен с возможностью реализации функции

iq° pq (Mo), определяемой из соотношения

Mo--((Ld-Lq)2-iS2 ),

и выходом подключен к входу модулятора, а входы функциональных преобразователей подключены к выходу задатчика момента, каждая из выходных обмоток датчика положения ротора подключена к входу одного из фазочувствительных выпрямителей, отличающийся тем, что, с целью упрощения при сохранении минимальных потерь и высокой стабильности электрического момента по углу поворота, введен второй модулятор, датчик положения ротора снабжен квадратурной обмоткой возбуждения, подключенной к выходу второго модулятора, вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, выполненного с возможностью реализации

Фиг. 2.

функции id0 (Mo), определяемой из соотношения:

2(Ld-Lq)

0

5

0

q

%

о2

q

V m+4(Ld -Lq)где MO - требуемый электромагнитный момент;

iq° - ток поперечной фазы обмотки якоря обобщенной электрической машины;

, Lq - индуктивности фазы обмотки якоря по продольной и поперечной осям;

V m - амплитуда потокосцепления фазы обмотки якоря с потоком ротора-индуктора;

р - число пар полюсов синхронной электрической машины;

id0 - ток продольной фазы обмотки якоря обобщенной электрической машины; а выход каждого фазочувствительного выпрямителя подключен к первому входу соответствующего усилителя мощности.

Јсп