Вентильный электродвигатель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 14 88 4 Н 02 Р 6/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.Астахов фанова, И А.В,Яковл ,313.13,0 орское св О,кл.Н а Японии Р 6/00,82(088,8) о СССР 1986,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения являетсяповышение энергетических показателейпутем снижения потребления тока иповышение линейности регулировочныххарактеристик. В вентипьный электродвигатель введен тахогенератор 17постоянного тока, механически связанный с ротором 2 синхронной машины1 и модулятор (М) 18. Датчик 1 О положения ( ДП) снабжен квадратурной обмоткой возбуждения 19. Выход тахогенератора 17 подключен к сигнальному входу М 18, опорньв входом соединенному с выходом источника 12 опорного напряжения. Выход М 18 соединен с обмоткой 19. В результате обеспечивается обратная связь по частоте вращения вентильного электродвигателя через обмотку 19 ДП 1 О, Это позволяет учесть запаздывание в цепях управления синусной 3 и косинусной 4 обмотками синхронной машины 1. Каждая цепь управления составлена иэ последовательно соединенных между собой фаэочувствительного выпрямителя 15 й (16) блока 7 (8) умножения и усилий теля 5 (6) мощности. Выходы выпрямителей 15 и 16 подключены соответственно к синусной 13 и косииусной 14 обмотками ДП 10. Вторые входы блоков 7 и 8 умножения подключены к выходу задатчика 9 частоты вращения. 1 ил,30 прыжение 1 ч уставки частоты вращения. Рассмотрим случай, когда запаздывание в цепях управления вентильного электродвигателя ничтожно мало,т,е, Т=О, и напряжение на квадратур 55 Изобретение относится к электротехнике, в частности к эпектроднигателям, и может быть использовано длярегулирования частоты вращения электродвигателя при непрерывной комму 5тации.Цель изобретения - повьппение энергетических показателей путем снижения тока потребления и повьппение линейности регулировочных характеристик.На чертеже изображена функциональная схема вентипьного электродвигателя. 15Вентильный электродвигатель содержит двухфазную синхронную машину 1 спостоянными магнитами на роторе 2 иобмоткой якоря, синусная 3 и косинусная 4 секции, которой подключены соответственно через усилители 5 и 6мощности к выходам первого 7 и второго 8 блоков умножения с двумя входами. Первые входы блоков 7 и 8 умножения подключены к выходу задатчика 9 частоты вращения. С ротором 2кинематически связан датчик 10 положения, обмотка 11 возбуждения которого подключена к выходу источника12 опорного, напряжения, а синусная13 и косинусная 14 выходные обмоткисоединены соответственно с вторыми входами блоков 7 и 8 умножения через фазочувствительные выпрямители 15 и16, Опорные входы фазочунствительных выпрямителей 15 и 16 подключены к выходу источника 12 опорного напряжения.Кроме того, электродвигатель содержит тахогенератор 17 постоянного то ка и модулятор 18, а датчик 10 положения ротора выполнен с квадратурной обмоткой 19 возбуждения, подключенный к выходу модулятора 18, сигнальный Вход которОГО подключен к Выходу та 45 хогенератора 17, а Опорный вход - к выходу источника 12 опорного напряжения, Тахогенератор 17 кинематически связан с ротором 2 синхронной машины 150Электродвигатель работает следующим образом,Подают опорное напряжение 1От источника 12 переменного тока и на ную обмотку 19, возбуждения не подается. При этом на обмотках 13 и 14датчика 10 положения формируются напряжения 111 и 1 переменного тока,Огибающие которых выделяются фазочувстнительными выпрямителями 15 и 16н виде 015 К 15 К 11 А ов з 1 п е; 1 б К СК А сюзЕэ Где К 5 =К Ч - коэффициент передачифаэочувствительных выпрямителей 15 и 16;А- амплитуда опорного напряжения 13 ;0 =.Р- электрический угол поворота датчика 10 положения и связанного сним ротора 2;- механический угол поворота;Рь - число пар полюсов;К - коэффициент трансформа 11ции датчика 10 положения со стороны основной обмотки 11 возбуждения.Тогда блоки 7 и 8 умножения формируют выходные напряжения, которые после усиления в усилителях 5 и 6 поступают на синусную 3 и косинусную 4 обмотки якоря синхронной машины 1 в виде 1-13 К 5 К 15 К 11 Аоо 1 ч зп 8 э - 16 К 11 А 011 ЦУ сон(2) где К 5=К- коэффициент передачи усилителей 5 н 6 мощности,Так как н данном случае принято, что постоянная времени Т=О нндуктинностью обмотки якоря можно пренебречь и токи н обмотках 3 и 4 имеют нид,=К, ЦАЛЫЕ;1=К 11 сон Е,(3) где К,=К 5 К 11 к 15 А,.Б - активное сопротивление обмоток 3 и 4,В соответствии с принципом действия нентильного электродвигателя токи 1 иОбразуют магннтоднижушуюсилу (МДС) статора, нэаимодейстниекоторой с МДС ротора приводит к появлению вращающего момента, вызывающего вращение ротора 2 с частотой Я,пропорциональной амплитуде А=А напряжений на сииусидй 3 и косинусной4 Обмотках якоря(9) К 15 К 11 Аоо15 11 А Осоьения сигеэ ан сигналы проходяти 6 мощности и прки 1 и 1 секцийря.злах сосредоточеноцепей управления,ь передаточной функвремени Т, имеющейкции 3 обмотки яко ус клит ели зуются в т обмотки як В этих паздывание можно учес 35 постоянной мер, для сЬ 1 Ь 11 е К и Кп - коэффиц н передач з орое модулятора 18генератора 1ственно,и тахосоответцие иап я в ерпенри питан и двух вэаимнмоток 11 и 19ия в обмоткахнусного вращаюа в соответстствия равны дикулярных о ния напряжен синусно-коси трансформато принципом де(12 ии с ег войствами пертуда тока в ормацииия со сто где К,коэф да тч роны 19 в иент тра а 10 полож вадратурнобуждения. 3) 3 1)т/13 ( М мотки а его фаза сдв а на уго где К - конструктивный параметр синхронной машины 1;К 64 К 5 К 11 К 1% Ао фПри этом, как следует из (3), коэффициент Кс и фазы токов в секциях обмотки якоря не зависят от частоты вращения, поэтому такой вентильный электродвигатель обладает оптимальными характеристиками и не нуждается во введении угла в опережения коммутации. Это является следствием отсутствия запаздывания в цепях управления (Т=О).При наличии запаздывания в реальных цепях управления, т.е. при ТФО, для оптимизации характеристик вентипьного электродвигателя необходимо введение угла р опережения коммутацииДля введения угла р опережения коммутации измеряют частоту Й вращения ротора 2 тахогенератором 1, преобразуют ее с помощью модулятора 18 в напряжение переменного тока Б 1 и подают на квадратурную обмотку 19 возбуждения синусно-косинусного вращающегося трансформатора в виде напряжения) Ц 15 КБ ЙюО -К, 3, со д; ( )Ц м =К , Б сов О +К 1 Ц зп 6,При выводе соотношений (7 ) предполагается, что фазочувствительные выпрямители 15 и 16 беэынерциоины, аих запаздывание, входящее в общую 5постоянную времени Т, условно отнесено к постоянной времени усилителей5 и 6 мощности и обмотки якоря синхронной машины 1,Используя известные тригонометрические соотношения, выражения (7)преобразуют: где в - угол опережения коммутации,После блоков 7 иналы равны53,=А)5 зп(0-);У =АУ соя(0 - (5)а ч где К 1=К/В, Р - сопротивление секции; Р - оператор Лапласа. В соответствии45 даточных функций секции 3 равна5ствительные выпрямители 15яют огибающие этих напряже 11) =агР,:где Ц,=А у Фи 16ний мпли н 5 1=К (К А сов О +К 1 Б з 1 п 0 ) мпли клит еля где И- амплиту1ннЯ .11 огибающей напряжеуда напряжения де усилителя 5; удно-частотнаяеристика (АЧХ); астотная карактеа (ФЧХ);та сигнала на вх харак фазоч ристик часто де ус=аг мотки соединены соответственно с вторыми входами блоков умножения черезфазочувствительные выпрямители, опорные входы которых подключены к выходу источника опорного напряжения,О т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повьппения энергетических показателей путем снижения тока потребления и повышения линейности характеристик, введен тахогенератор постоянного тока и модулятор, а датчик положения выполнен с квадратурной обмоткой возбуждения, подключенной квыходу модулятора, сигнальный входкоторого подключен к выходу тахогенератора, а опорный вход - к вьходу источника опорного напряжения, и тахогенератор кинематически связан с ротором синхронной машины. враенвыбрать па одвигателя оени 4522) К з К, Кэ11 роиз в - и ь:ю г АЧХ и ФЧХ передаточной функции)12) равны аг У (Зм=агсСр Ты,Следовательно, с учетом (11) токв секции 3 обмотки якоря принимаетвид Аналогично для тока в секции 4 1, - К 1.Э соз(6 -Э+М(16) С учетом 5 , а также принимая вовнимание выражение ы=РЙ, преобразуют выражения ( 17 ), ( 1 8) и ( 9) Кэ КзКт и1=агсСрЯ, (2К А опИз выражений (19)-(21) следует,что в общем случае рассматриваемыйвентильный электродвигатель не облдает оптимальными характеристикамитак как фазы токов ( - +) секций икоэьфиииент К зависят от частотысщения Й.Однако если раметры втильного электр иэ соотн о, как следует иэ (19)-(21 Поэтому выражения ( токов секций 3 и 4 принимаю( 3, т.е. влияние запаздывания в цепи управления устраняется,Таким образом, введение обратнойсвязи по частоте вращения вентильного электродвигателя через квадратурную обмотку возбуждения датчикаположения позволяет компенсировать запаздывание в цепи управления при любой частоте вращения. Это приводитк повышению линейности регулировочныххарактеристик и повьппению энергетических показателей путем снижениятока потребления,Формула изобретения Вентильный электродвигатель, содержащий двухфазную синхронную машину с постоянными магнитами на роторе и обмоткой якоря, синусная и косинусная секции которой подключены соответственно через усилители мощности к выходам первого и второго блоков умножения с двумя входами, первые входы которых подключены к выходу задатчика частоты вращения, датчик положения, кинематически связа.нный с ротором синхронной машины, обмотка возбуждения которого подключена к выходу источника опорного напряжения, а синусная и косинусная выходные об