Способ настройки моментного вентильного электродвигателя

(19) (11) К 29/02 Н 02 К 26/ ОПИСА Е ИЗОБРЕИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ К АВТОРСКОМУ С.магнитаии. М., "Энергия", 1977,с. 98-100.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Ь" 2877862/24-07,кл. О 01 . 3/22, 1980.(54) (57) СОСОБ НАСТРОЙКИ МОМЕНТНО-ГО ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, со-.держащего ротор, статор .с обмоткойякоря и синусно-косинусный датчикположения ротора, выходы которогоподключены через соответствующиеусилители к синусной и косинуснойфазам обмотки якоря, включающий операции установки настраиваемого электродвигателя с объектом управленияв стенд; подачи на двигатель питаоце. го и управляющего напряжений, разворота статора датчика относительно статора двигателя и фиксации углового положения статора датчика, соответствующего максимуму вращающего момента, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности настройки при одновременном упрощении настроечного стенда,.после подачи на двигатель напряжений инвертируют сигнал с синусного выхода датчика и подают его на вход усили". теля косинусной фазы электродвига" теля, а сигнал с косинусного выхода датчика подают на вход усилителя синусной фазы обмотки электродвига", теля, причем фиксацию углового поло . жения статора датчика, соответствующую максимуму вращающего момента, осуществляют по угловому положению, , соответствующему полной остановке электродвигателя.писное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, Ул. Проектная,з 2355/65ВН ИИПИпо дел113035,Тираж 685 Подосударст венного комитета СССРм изобретений и открытийосква, Ж, Раушская наб., д,1 10088Изобретение от носит ся к эл ектри,ческим машинам, а именно к электрическим двигателям постоянного токас бесконтактной коммутацией, осуществляемой с помощью полупроводниковых приборов, т. е, к вен тиль ным эле ктродвига,елям, и предназначено длянастройки в процессе изготовления1и эксплуатации электрических машин,работающих в качестве исполнительных моментных двигателей приводовследящих систем и систем стабилизации различного назначенияНастройка моментного вентильного электродвигателя (МВД), содержащего синхронную машину, усилители идатчик положения ротора (ДПР) заключается в получении в воздушномзазоре угла между магнитными потоками или магнитодвижущими силами стачтора и ротора ( угла коммутации),равного 90 эл. град что аналогично получению угла сдвига щеток с геометрической нейтрали обычного коллекторного двигателя постоянного то" Ика,Известен способ настройки МВД,заключающийся в развороте статораДПР работающего двигателя относительно статора синхронной машины до до- Зрстинения максимума вращающего момента настраиваемого двигателя, измеряемого специальным пружинным моментомером. Способ основан на том, что максимум врщющего мента соответству- Зет углу коммутации в 90 эл. град 1 1.Недостатком данного способа является необходимость обязательного демонтажа моментного двигателяз объекта управления для установки его накаком-либо внешнем приборе-моментомере, что усложняет настройку и снижает ее точность, особенно, когдасинхронный двигатель и ДПР поотавляется в виде отдельных встраиваемых45узлов;Наиболее близок к предлагаемомупо технической сущности способ настройки МВД, содержащего ротор, статор с обмоткой якоря, синусно-косинусный датчик положения ротора, выходы которого подключены через усилители к соответствующим синуснойи косинусной фазам обмотки якоря,включающий операции установки настраиваемого двигателя с объектомуправления в стенд, подачи на двигатель питающего и управляющего напряжений, разворота статора датчи 57 2ка относи тел ьно статора дви гателя и фиксации положения статора датчика, соответствующего максимуму вра. щающего момента 2 .Недостатком известного способа является малая точность настройки двигателя.Вращающий момент МВД, как известно, определяется выражением1 п ф -ф 1 фъ(1)В сгде М - максимальный вращающий момент;Г - магнитодвижущая сила МДС,в воздушном зазоре, создаваемая ротором синхронногодви гателяГ - МДС в воздушном зазоре,создаваемая обмотками статора синхронного двигателя;О - угол коммутации;коэффициент пропорциональности, определяемый конструкцией и обмоточными даннымисинхронной машины.При угле коммутации 6 =90 , как следует из 1), вращающий момент дви гателя достигает максимума М , Однако при углах коммутации, близких к 90 , функция зп 6 меняется незначительно, т.е, максимум момента выражается неявно, что приводит к низкой угловой точности настройки МВД.Кроме того, недостатком известного способа является сложность настроечного стенда, содержащего дистанционную передачу, источник напряжения, предварительный усилитель с потенциометром на входе и нагрузочное устройство, Особенно большие трудности воз.никают при настройке МВД, встроенного в объект управления, Это усложняет конструкцию нагрузочного устройства и требует, как правило, применения дополнительных корректирующих устройств.Цель изобретения - повышение точности настройки двигателя при одновременном упрощении настроечного стенда.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу настройки МВД, содержащего ротор, статор с обмоткой якоря, синусно-косинусный ДПР, выходы которого подключены через соответствующие усилители к синусной и косинусной фазам обмотки якоря, включающий операции установки настраиваемого двигателя с объектом управления в3 1008857 . 4стенд, подачи на двигатель питающе- Для изменения зн я знака (фазы) управго и управляющего напряжений, разво- ляющего напряжения источник управлярота статора датчика относительно ющего сигнала 15 выполняа выполняют в аиде. статора синхронного двигателя и фикса- генератора прямоуо а прямоугольных колебанийции максимума вращающего момента, 3 (фиг, 3), В этом случае при исполь"после подачи на двигатель напряжений . зовании в качестве ДПР 10 СКВТ ( г.4)инвертируют сигнал с синусного выхода . источник 15 управляющего сигнала мо"датчика и подают его на вход усили- жет быть выполнеи лнен,например, в виденоготеля косинусной фазы обмотки синхран- генератора. 21 стандартных прямо гдвигателя, а сигнал с косинусно в ных колебаний на выхомоу гольи на выходе которогого выхода датчика подают на вход уси- установлен модулятор 22, построенлителя синусной фавы обмотки синхрон- ный например нЭмер, на поляризованном реной маамны, при этом фиксацию статора ле 23 и трансформаторе 24 со сред"датчика, соответствующую максимуму ней точкой,вращающего момента, осуществляют по 1 Способ настройки эаклойки заключается вугловому положению, соответствующемуполной остановке,а овке двигателя . Настраиваемый МВД 1 с объектомНа фиг. 1 представлена функционапь- управления 11 уст аустанавливают в стендная схема МВД и стенда, с помощью ко- . 12 (фиг. 1) со е жа ий), содержащий источникторого реализуется способ; на Фиг. 2- 20 15 управляющего сигнала и переклю"зазоре .синхронного двигателя, на бота) Н ( " ), Нфиг. 3 - возможный вид управляющего. тель подают напряжения путем по клю"сигнала на вхо е ДПР и ид Д при изменении чения напряжения питания на сили"напряжения путем подклю"его знака на фиг. 4 - ва ифи . - вариант стен тели 6 и 7 и управляющего напряже"на усилида в случае применения синусно-коси- ния на входе ДПР 1 О отот источника 15нусного вращающегося трансформатора управляющего напряжения. Стат ДПРтаторД , фщ , 5 - 10 разворачивают относительно стания.источник с переменной Фазой напряже- тора синхронной машины 2 Фии Фиксирузв ют максимум вращающего момента 1 ВД 1,Настраиваемый МВД 1Д содержит синх- После подачи на двигатель нап яронную машин 2 отоу, ротор 3 которои вы- жений питания сигнал 8ф мнапряполнен й виде постоянного магнита а 9 ДПР 10 об емс гналц с выходов ифобмотка якоря с Фазами 4 и 5 подклю- разом.пре разуют слежу им об-едчющчена через усилитель 6 и 7 к выходамСигн8 и 9 ДПР 10 Сигнал инвертируют (т.е. изменяС ротором 2 соединен ют его знак или Ф )объект 11 управления (иЛи его имита выхода ЛПР 10.ли азу с синусноготор).вход усилителя 7 косинусной обмоткисостоит из инвертора 13, соединенно синхронного двигатзля и тключателя 14.пере- реключения переключателя14 в полоежение ), а затем сигнал с косинусно"та , левое -, настрой- го выхода 9 ДПР 1 О подают на вхока), и источника 15 управляющего сиг-6, - 4нала, соединенного с цепь 16усилителя,син сн ": 4ДЛР 1 О.епью питания ронного двигат ля 2епьеВ случае, если в качестве ДПР 10 в, фи с цию максимумаСКВТ (Фиг. 4)г. ), содержащий обмотку 17 ют и и отсвращающего момента ИВД 1 осуществля"возбуждения и син сн ю 18т при отсутотвии вращающего моментаную 19 обмотки, расположенные, напри. Отсутствие в амер, на ротс е ДПР 10р, инвертор 13может быть выполнен в виде переклю"ки ма симуму вращающе"чателя, коммутирующего в положенииго момента двигателя в режиме номрмальН выводы синусной обмотки 18П ис ои о мотки . При преобразования сигналов с выхо овэтом в качестве источника управляю- ДПР 10,Ащего сигнала 15 может быть использо- ф На веа векторной диаграмме (фиг. 2)ван потенциометр 20, подключенный углы ЧР и Ч векторов МДС ротора Гк сети переменного тока с напряжев роторанием Ои статора Р в воздушном зазоре синх. ронного двигателя отсчитываются от7 10088Согласно предлагаемому способу измерение вращающего момента в режиме настройки производится при угле коммутации, близком к нулю, т.е, 6"Оя, гДе фбГ 1 - УгловаЯ ошибка НастРой-У ки в предлагаемом способе.Следовательно, ошибка измерения моиейта при предлагаемом способе настройки с учетом малой величины равна 10 ЬИ и Д 51 ЙОп)ффЮЯмсСд .)Считая, что погрешность измерения вращающего момента в обоих способах одинакова, т,е. ЛМВО=ЬИеп =АВИВ, по лучают из 8 и 9дЯ--(1 О)ВМ20Например, если принять погрешность измерения .момента равной 103 от максимального значения момента,- 3 развиваемого двигателем, т,е, - И 0, 1, тб у гловая по грешност ь настройки по предлагаемому способуЫп=0,1 (10), а по способу известному оьо= = Г=0,2 =0,445 (453)Исследованиями было установлено, что при постоянном знаке (фазе);управляющего напряжения, на входе ДПР повышение точности настройки достига 35 . ется при малом моменте трения в опорах МВД и объекта управления. При большом моменте трения целесообразно изменять знак (фазу) управляющего напряжения на входе ДПР с достаточно высокой частотой. Это объясняется тем, что ошибка настройки, как следует из.(10), прсеорциональна погрешности измерения момента ЬИВ, которая фактически определяется величиной момента сухого трения в опорах МВД 1 и объекта 11 управления.При изменении знака (фазы) управяяющего напряжения (фиг. 3) вращакщий момент ИВД меняет свой знак,Фюи Мчто вызывает вибрацию ротора 3 синхвонного двигателя 2. Это. приводит к вибрационному уменьшению трения в опорах, а следовательно, и к умень.шению ошибки настройки. Дпя достижеИ 57 8ния максимального эффекта, как показывают эксперименты, ИВД должен работать в режиме датчика момента, что может быть достигнуто, если разгон двигателя происходит за время не более одной постоянной времени ИВД (с учетом объекта управлений) Т. Таким образом, реюментуемый период изменения управляющего сигнаиаТ 4 2 Т Проводилась сравнительная экспе"риментальная настройка ИВД, содержа.щего шестнадцатиполюсный двухфазныйсинхронный двигатель типа ДМВ,5"2с постоянными магнитами на роторе(пусковой момент 2,5 Н м, напряжениепитания 27 В), ДПР.на базе бесконтактного СКВТ типа 2,5 БВТ и два, транзисторных усилителя. ИВД соединялся с имитатором объекта управле"ния с "оментом инерции в 5,5 раз:превышающим момент инерции роторадвигателя), содержащим порошковуюмуфту, включение которой вводило до.бавочный момент сухого трения в1 Нм. При настройке по прототипу,нагруэочное устройство. в виде шкива с грузом создавало постоянный статический момент 0,56 Нм. Для реализации предлагаемого способа приме"нялся настроечный стенд, схема которого изображена на фиг. 4 и 5.Точность настройки оценивалась длячетырех настроек по асимметрии скорости вращения ИВД после настройкипри его правом и левом вращениях.Результаты испытаний сведены втаблицу,. Как видно иэ таблицы, предлагаеюй способ настройки МВД снижаетсшибку настройки в. 2,9 раза при малом моменте сухого трения и в 3,5 3,8 раза при большом моменте сухоготрения и при изменении управляющегоси гнала.Кроме того, значительно упроща, ется настроенное оборудование (на-.пример, стенд на фиг. 4 содержит все: го два переключателя и потенциометр),а сама настройка облегчается и ускоряется в результате отсутствия операций по настройке следящей систеии, необходимой при известном способе.1008857 Асимметрия скорости вра"щения после настройки,Способ с добавочным моментом трения ва2,9 Известный 8,2 14 9 1,0 2,9 3,1 2)5 2,9 3 Гц 6 Гц Предлагаемый (пофиг. 1 и 4)при постоянномуправляющем сиг"нале при изменении фазы несущей управляющего сигнала с часто" той без добавочного моментатрения атее еца тмтвщ в ти