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

Изобретение относится к электротехнике, а именно к бесконтактным исполнительным моментным электродвигателям с неограниченным углом поворота ротора, и может найти применение в прецизионных электромеханических системах.

Целью изобретения является повышение точности регулирования момента.

На чертеже представлена функциональная схема электродвигателя.

Моментынй вентильный электродвигатель содержит синхронную электрическую машину 1 с синусной 2 и косинусной 3 фазами якорной обмотки и ротором-индуктором 4. Фазы 2 и 3 подключены к выходам усилителей 5 и 6 мощности через входы датчиков 7 и 8 тока, выходы которых подключены к вторым инвертирующим входам усилителей 5 и 6 мощности. Электррдвигатель имеет тахогенератор 9, модулятор 10, синусно-ко- синусный вращающийся трансформатор 11. Его ротор механически связан с ротором тахогенератора 9 и с ротором-индуктором 4, обмотка 12 возбуждения подключена к выходу модулятора 10, а синусная 13 и косинусная 14 обмотки подключены к входам фазочувствительных выпрямителей 15 и 16, на выходе каждого из которых установлен фильтр низкой частоты. Фильтры содержат трехвходовые сумматоры 17-20, интеграторы 21-24 и блоки 25-28 умножения. Электродвигатель имеет задатчик 29 момента, выход которого подключен к входу форсирующего корректирующего блока 30, выходом подключенного к входу модулятора 10.

Выходы фазочувствительных выпрямителей 15 и 16 подключены к первым входам сумматоров 17 и 18, выходы которых подключены к входам интеграторов 21 и 22. Их выходы подключены к вторым, инвертирующим входам сумматоров 17 и 18, к первым входам сумматоров 19 и 20 и блоков 25 и 26 умножения, выходы которых подключены к третьему неинвертирующему входу сумматора 18 и третьему инвертирующему входу сумматора 17 соответственно

Выходы сумматоров 19 и 20 подключены к входам интеграторов 23 и 24, выходы которых подключены к вторым инвертирующим входам сумматоров 19 и 20, к первым входам усилителей 5 и 6 мощности и к первым входам блоков 27 и 28 умножения, выходы которых подключены к третьему неинвертирующему входу сумматора 20 и к третьему инвертирующему входу сумматора 19 соответственно.

Вторые входы блоков 25-28 умножения подключены к выходу датчика 9 частоты вращения.

Электродвигатель работает следующим образом.

Задатчик 29 момента вырабатывает сигнал Mo(t), пропорциональный требуемому моменту, который поступает на форсирующий корректирующий блок 30, имеющий передаточную функцию

10

«.Tjp+ijipii

TV Р +1 тЛ Р +1

Т1||Т2 «Т1|,Т2|

На выходе корректирующего блока 30 формируется сигнал Мо (т.), поступающий на вход модулятора 10. На его выходе вырабатывается амплитудно-модулированный сигнал с Mo sin/it, поступающий на обмотку 12 возбуждения СКВТ 11, где с - коэффициент; - несущая угловая частота.

На минусной 13 и косинусной 14 обмотках СКВТ формируются напряжения

-UmSin «sin fit, Umcos u sin#t,

где Um - амплитуда, пропорциональная М0

а - угол поворота ротора-индуктора 4, эл.рад.

Эти сигналы поступают на входы фазочувствительных выпрямителей 15 и 16. На их выходах вырабатываются сигналы

A -UmSina sin#tl |B Umcos a/sin

4 (1)

поступающие на входы сумматоров 17 и 18.

Интеграторы 21-24, охваченные отрицательными обратными связями с помощью

сумматоров 17-20, выполняют функции

инерционных звеньев, включенных каскадно, с передаточными функциями

w (P} --

ф ( } Ti Р + 1 Т2 Р + 1

сигналы JA , IB образуют вектор (д , IB). Выходные сигналы JA , в интеграторов 21

и 22 образуют вектрр l (JA , JB ), а выходные сигналы JA°, IB° интеграторов 23 и 24 - вектор l° (iA°,.iB0).

Элементы 17-28 образуют фильтры, которые сглаживают сигналы, (1). Сигналы IA°,

в° определяются равенствами

IA° -Рф{М (t)}sin a, iB° Рф{Мо (t)}cosa ,

получаем равенства:

j i - j я diA did°Ч

где Рф - дифференциальный оператор, соответствующий передаточной функции (2) и не зависящий от частоты вращения ш.

Сигналы д , в° поступают на входы усилителей 5 и 6 мощности, которые с по- 5 мощью датчиков 7 и 8 тока питают фазы 2 и 3 обмотки якоря токами 1д д°, IB в°. При этом синхронная электрическая машина развивает требуемый момент М0.,,м . . . , w/.i .я, ,, ,

Передаточная функция корректирую- 10 , (5)

щего устройства Wk(p) выбирается из уело-jjЈ

вия -Trs nci- --T :co5oi+cD(i(jC05o6-

01д O dUI V/./I

-77 -77cosoi-- 5inDi-ahjS ntf + dt dtcJt.v d

)-V(0;,f;)o«.-Vt(n;ieinetdt

dt Ji

Wk(p) (р)л k const.

Например, Wk(p) может определяться мулой,,

u/ / HiЈl LOzЈI

) ц ,.,T,7-7-

(Т(рМИТ2рч-7) гдеТт « Ti, T2 « 12;

Ti Ti + Ti , T2 T2 + Т/ .

Работа фильтров объясняется следую- 25 щими соотношениями. Обозначим через 1д , IB сигналы на входах сумматоров 17 и 18, через IA , IB - на входах сумматоров 19 и 20, через А°, в° - на выходах интеграторов

ОТ м 94 a uonoQ i L iL l3 i i U°« i-° jLr&inci+ jfCOSo(+c(.tjco50

-iJsinet)Vft(M,iJ)55noC+V2Oj,iJ)co5et - +u3(d0co5oc-yin - J2(;j,i°)tQ;j. (a)

23 и 24, a через id , iq ; id , Iq ; id0 iq° - 30 соответствующие токи продольной и попе- Из равенств (1)-(8) следует, что сигналы

речной фаз обобщенной машины. Будем , is и д , is должны преобразовываться

лагать, что сглаживающие фильтры,теми же фильтрами, что и сигналы id , iq и i5, включенные на выходах фазочувствитель-iq , но с добавлением в правые части сланых выпрямителей 15 и 16, должны иметь 35гаемыхоЛв ,ш д и йМ§ , олЯ соответоператоры, которым соответствуют диффе-ственно.

,-. ,i . .

ld°, iq°

ренциальные уравнения

Vl(idiU), (1) Vi(), (2)

(ia-iax(3)

получаем равенства:

е

j i - j я diA did°Ч

,,м . . . , w/.i .я, ,, ,

01д O dUI V/./I

-77 -77cosoi-- 5inDi-ahjS ntf + dt dtcJt.v d

)-V(0;,f;)o«.-Vt(n;ieinet -Trs nci- --T :co5oi+cD(i(jC05o6-

dt

dt Ji

-i s;neЈ «Y((iJ,tJj5inet4V,(,iycpS« - +o(;Jcostf-i,s«vwt)-V1(,te К CO i J, (61

J °

01 A OUOla .;.e .

-2.С0506-- 51ПЫ.-О(1,.+

dt at - Jtve

+ со5в1)4(;)сов«с-у2(и;)«;пй-o(ij5;n«64iJcosof).t(iaHA)- OI B ,()

d.O j-0i.о

Ч d iJ . 04/-о

& jLr&inci+ jfCOSo(+c(.tjco50

-iJsinet)Vft(M,iJ)55noC+V2Oj,iJ)co5et - +u3(d0co5oc-yin - J2(;j,i°)tQ;j. (a)

ственно.

,-. ,i . .

ЕСЛИ Сигналы Id , iq ; Id , Iq ;

должны удовлетворять уравнениям

40

45

Т, | + ill id (9)

«8 |У.(Ю)

d i

U In , .11 , t „

+ ,(11)

(l|,4S)(4)

где Vi, V2 - некоторые линейные функции. Учитывая уравнения связи

д id cos a - iq sin a , в id sin a+ iq cos a ; IA° id°ccs a - iq°sin a, в° id°sin a+ iq°cosa ,

50

d i

+ (12)

55

то сигналы д , IB ; д , в , д°, в° удовлетворяют уравнениям

-)(13)

(,Jl-,H)-a,iB.(14)

-, -Чл

( b-lB),(15) | в-1В)-йНХ,(16)

которые реализуются сумматорами 17-20, интеграторами 21-24, и перемножителями 25-28.

Таким образом, благодаря введению датчика частоты вращения, форсирующего корректирующего блока и четырех блоков умножения, а также выполнению фильтров низкой частоты в виде интеграторов и введению перекрестной связи между ними получен . моментныйвентильный электродвигатель с высокими динамическими характеристиками и с высокой точностью регулирования электромагнитного момента.

Формула изобретения

Моментный вентильный электродвигатель, содержащий синхронную электрическую машину с синусной и косинусной фазами якорной обмотки и ротором-индуктором, на валу которого установлен синус- но-косинусныйвращающийся

трансформатор, обмотка возбуждения которого подключена к выходу модулятора, а синусная и косинусная обмотки подключены к входам фазочувствител ьных выпрямителей, на выходе каждого из которых

установлен фильтр низкой частоты, усилители тока, входы каждого из которых соединены с выходом соответствующего фильтра низкой частоты, а выходы - с одной из указанных якорных обмоток синхронной электрической машины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования момента, введены датчик частоты вращения, установленный на валу ротораиндуктора, форсирующий корректирующий блок с входом для задания момента и выходом, подключенным к входу модулятора, четыре блока умножения, а каждый фильтр низкой частоты выполнен в виде двух последовательно соединенных цепей, каждая из которых составлена из последовательно соединенных трехвходового сумматора и интегратора, в каждом фильтре выход образован выходом интегратора второй цепи, а вход - входом сумматора первой цепи, выходы интеграторов первого фильтра подключены к первым входам первого и третьего бгоков умножения и вторым инвертирующим входам сумматоров этого

фильтра, выходы интеграторов второго фильтра - к первым входам второго и четвертого блоков умножения и вторым инвертирующим входам сумматоров этого фильтра, третьи инвертирующие входы сумматоров первого фильтра подключены к вы- хода м второго и четвертого блоков умножения, а третьи неинвертирующие входы сумматоров второго фильтра - к выходам первого и третьего блоков умножения, вторые входы блоков умножения подключены к выходу датчика частоты вращения.