Устройство для определения углового положения вала двухфазного синхронного двигателя с магнитной асимметрией ротора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 САНИЕ ИЗОБРЕТЕ СВИДЯТЕЛЬСТ ВТОРСК ЕДЕЛЕНИЯ УГВУХФАЗНОГО МАГНИТНОЙ с Я я к электро я - упрощ 43 Ъ пЮ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРВ 1014117, кл. Н 02 Р 5/34, 1983,Авторское свидетельство СССРНф 1198433, кл. Н 02 Р 7/42, 1985.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ВАЛАСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯАСИММЕТРИЕЙ РОТОРА(Щ) Н 02 Р 7/42, С О 1 Р 3 вие путем использования одинаковыхпо составу функциональных схем дляформирования выходных напряжений.С этой целью в устройство для определения углового положения валадвухфазного синхронного двигателя смагнитной асимметрией ротора введены формирователи 3 и 4 фазной ЭДС,сумматоры 13 и 14 и фазочувствительный выпрямитель 12. На выходах сумматоров 8 и 14 формируются напряжения, изменяющиеся по законам косинуса и синуса двойного угла поворотаротора синхронного двигателя, к разным цепям которого подключены входыформирователей 3 и 4. 1 з,п. ф-лы,4 ил, 1640808Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для управления приводами с синхронными двигателями, имеющими различные 5 значения продольной и поперечной индуктивностей Фазных обмоток статора,.и может быть использовано в тех электроприводах, в которых из требований к конструкции и эксплуатации 10 невозможно установить отдельный датчик углового положения ротора синхронного двигателя.Целью изобретения является упрощение путем использования одинаковых 15 по составу функциональных схем для формирования выходных напряжений, а также улучшение формы выходных напряжений путем устранения пульсаций выходного напряжения, 20На Фиг, 1 представлена функциональная схема устройства для опре" деления углового положения нала двухФазного синхронного двигателя, на фиг.2-4 - основные узлы устройства. 25Устройство для определения углового положения вала двухфазного синхронного двигателя содержит первый 1 и второй 2 измерители скоростей изменения Фазного тока,первый 3 и 30 второй 4 формирователи фазной ЗДС,первый 5 и второй б формирователи опорных напряжениИ, первый 7 и второй 8 сумматоры, с первого по четвертый фазочувствительные выпрямители 9-12 и третий 13 и четвертый 14 сумматоры. Измерители 1 и 2 и формирователи 3 и 4 своими входными цепями подключаются к Фазным цепям синхронного двигателя (не показаны). Выходы измерителя 1 и 40 формирователя Фазной ЭДС. 3 подключены к входу сумматора 7, выходы измерителя 2 и формирователя фазной ЭДС 4 подключены,к входам сумматора 13. 45 Входы формирователей 5 и б опорного напряжения подключены соответственного к выходам измерителей 1 и 2 скоростей изменения фазного тока син.50 хронного двигателя. Выход сумматора 7 подключен к амплитудным входам фазочувствительных выпрямителей 10 и 11, а выход сумматора 13 - к амплитудным входам фазочунствительных выпрямите 55 лей 9 и 12, Опбрные входы выпрямителей 9 и 11 соединены с выходом формирователя б опорного напряжения, а опорные входы выпрямителей 10 и 12 соединены с выходом формирователя 5опорного напряжения. Выходы Фазочувствительных выпрямителей 9 и 10 подключены к входам сумматора 8, а выпрямителей 11 и 12 - к входам сумматора 14.На выходах сумматоров 8 и 14 формируются напряжения, изменяющиеся позаконам косинуса и синуса двойногоугла 9 поворота ротора синхронногодвигателя соответственно. Эти напряжения используются в электроприводе для Формирования электромагнит"ного момента,Для улучшения формы выходных напряжений за счет уменьшения в нихуровня пульсирующих напряжений устройство снабжено дополнительно пятым и шестым сумматорами 15 и 16 ипервым и вторым КС-фильтрами 17 и 18.Первые входы сумматоров 15 и 16подключены соответственно к выходамизмерителей 1 и 2 скорости измененияфазного тока, а вторые входы - к выходам формирователей 3 и 4 фазнойЭДС.Сумматор 15 соединен последовательно с Фильтром 17, выход которого подключен к третьему входу сумматора 7. Сумматор 16 соединен последовательно с фильтром 18, выходкоторого подключен к третьему входусумматора 13,В качестве измерителей скоростиизменения фазного тока и формирователей фазной ЭДС могут быть использованы соответственно вторичные обмотки сглаживающих дросселей в Фазных цепях синхронного двигателя идополнительных измерительных Фазныхобмоток этого двигателя, Вместо дросселей можно использовать продиффереицированные выходные напряжения измерителей фазного тока. формирователи опорного напряжения могут быть выполнены на двух опера" ционных усилителях 19 и 20 (фиг.2) и резисторах с сопротивлением г во входных и выходных цепях.Первый каскад (операционный усилитель 19) выполнен по схеме с положительной обратной связью и выполняет роль формирователя напряжения прямоугольной Формы, Второй каскад (операционный усилитель 20) выполнен по схеме обычного усилителя с коэффициентом усиления, равным единице, 1640808+ мОкс ми" 2 92соя 2 1 макс+ 1 юиц3 2 30 сов 2 ть фазы 8 ндуктивн 3 кс ияп вза ая индукт статора Г ность о 1 8отки статора с ротора.трении си хронного ротореписании При ра двигателя (ДБМ) в м с агнитами тематичес и выполняет роль инвертора напряжения. Входное напряжение Бпоступает от измерителей скорости изменения или 2 фазного тока. Выходные напряжения Бв х и -1 вык выполняют роль опорных напряжений для фазочувствительных выпрямителей 9-12.Каждый сумматор, входящий в состав устройства, представляет собой схему обычного линейного усилителя напряжения на базе операционного усилителя 21 (фиг.3) с двумя резисторами с сопротивлениями г и К на выходе и резистором с сопротивлением К в цепи обратной связи, В зависимости от места расположения на входы сумматора поступают напряжения Бу (и Пьха либо от измерителя 1 и формирователя 3, либо от измерителя 2 и формирователя 4, либо с выходов фазочувствительных выпрямителей 9 и 10, 11 и 12. При этом с целью уменьшения уровня помех с частотой Г поступающих с выходов фазочувствительных выпрямителей, в цепях обратных связей сумматоров Я и 14 применяют конденсаторы, т.е. совмещают функции суммирования с функциями фильтрации.Йазочувствительные выпрямители могут быть построены на операцион- ном усилителе 22 (фиг.4) с ключом 23 во входной цепи. Если на амплитудном входе фазочувствительного выпря мителя имеется напряжение Ю , постоянное по значению, а на его опорный вход (вход управления ключом 23) поступает знакопеременное напряжение БООто выходное напряжение Ге к будет знакопеременным и значееькние его пропорционально УО, Если напряжение 11 О является переменным напряжением частоты Г и напряжен ие Итоже имеет частоту Г, то на выходе фазочувствительного выпрями теля формируется постоянное напряжение со значением, пропорциональным значению напряжения Пформирование на выходах устройства напряжений, изменяющихся по законам вхп 29 и соя 29 рассматривается на примере двухфазной синхронной машины с возбуждением от постоянных магнитов, фазные цепи которой питаются от усилителей тока, построенных на полупроводниковыХ ключах, переключающихся с частотойПри этом в фазных цепях двигателя протекают пульсирующие токи частоты Г. Эти токи создают падения напряжений на основных и взаимных индуктивностях фаз двигателя. Среди этих напряжений имеются составляющие, меняющиеся по законам сов 2 и в 1 п 26где 0 - угол поворота двигателя.Лля фазных напряжений Б и Ц двухфазного синхронного двигателя применимы выраженияс 1Б = К з. + - (1. 1) +Й . с 1индуктивность фазы Г- минимальная и максимальная индуктивностиобмоток статора Г и яи макс соя 0 - взаимнаяиндуктивность обмотки Гс обмоткой д ротора попродольной оси, 11 мокс вз.п 8 - взаимнаяиндуктивность обмотки 8с обмоткой с 1 ротора;- максимальная взаимнаяиндуктивность любой+ 1 мДЬ характеризует отличие магнитных сопротивлений по продольной а и поперечной с 1 осям ротора,После подстановки значений индуктивностей в (1) и преобразований получаем у ЛБИ Ьмако Ьмин = ь являетсясущественной величиной (не менее 5(Ц-дК -- 1, + 1 ; 1, а з 1 п 9)( -- + д Я ЬЬ) -ац6 л, а 11 4 1 а о с 1мака 2где Я, - частота вращения роторасинхронного двигателя.Выражения (2) для функций зп 28 и соз 29 очень громоздки и реализация их в полном объеме приводит к достаточно сложной схеме устройства. Функциональная схема устройства строится по выражениям, полученным при определенных допущенияха 3. а 1, а 1 соз 29 = (Е -- 1, )ф -ас, о 2 а 40+ (Е- -1 ) -аЬ ль ацо где Е= 11- 3. К - ЗДС Фазы Е,включающая ЭДС трансформации и ЭДС вращения;Е = 11- -х . Е - ЗДС фазы я.3 ФПри получении (3) принято 50 1 аЦ2 И "3 1 ахи--а2 й вместо намагничивающей силы магнитаиспользуют намагничивающую силу фиктивной обмотки а ротора, считая,что по ней протекает постоянныйток ц так как скорости изменения токов з ина частотах 2 переключения силовых ключей усилителей фазных токов, питающих Фазные цепи синхронного двигателя, значительно 35больше скоростей изменения этих токов на частотах вращения 2. Также принято во внимание то,что напРЯжение ЦЯ, 1 ч амакс Япд и д Л, Ьасоя О - это напряжения сравнительно низкой частоты Й и по существу представляют фазные ЭДС-вращения. Если эти напряжения не формировать, как это сделано в выражениях (3), то это приводит к появлению пульсаций частоты с на выходах фазочувствительных выпрямителей, Эти пульсации легко отФильтровать, используя в обраТных цепях сумматоров 8 и 14 конденсаторы, о чем говорилось выше. Кроме того, принято во внимание, что напряжения в знаменателях выражений (2) отражают только масштаб получаемых напряжений, изменяющихся по законам зп 26 и соз 28, Таким образом, устройство просто в реализации и имеет точность напряжений, изменяющихся по законам зп 20 исов 29, вполне достаточную для использования их в схемах реальных электроприводов.Формула изобретения 1. Устройство для определения углового положения вала двухАазного синхронного двигателя с магнитной асимметрией ротора, содержащее два 10 измерителя скорости изменения Ааз" ного тока с входами для подключения к соответствующим фазным выводам синхронного двигателя, два формирователя опорного напряжения, вход одно го из которых объединен с первым входом первого сумматора и подключен к выходу первого измерителя скорости изменения фазного тока, вход второго формирователя опорного напряжения 20 подключен к выходу второго измерителя скорости изменения Аазного тока, три фазочувствительных выпрямителя,.объединенные опорные входы первого и третьего и опорный вход второго Аазочувствительных выпрямителей подключены соответственно к выходам второго и первого формирователей опорных напряжений, а выходы первого и второго фазочувствительных выпрямителей соединены с соответствующими входами второго сумматора, выход которого образует первый выход устройства, на котором формируется напряжение, изменяющееся по закону косинуса двой ного угла поворота ротора синхронного двигателя, при этом устройство снабжено вторым выходом, на котором формируется напряжение, изменяющееся по закону синуса двойного угла поворота 40 ротора синхронного двигателя, выход первого сумматора подключен к амплитудному входу третьего фазочувствительного выпрямителя, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью упроще ния путем использования одинаковых по составу функциональных схем для Аормирования упомянутых выходных напряжений, введены два формирователя фазной ЭДС с входами для подключения к соответствующим Йазным выводам синхронного двигателя, третий и четвертый сумматоры и четвертый фазочувствительный выпрямитель, опорный вход которого подключен к выходу первого формирователя опорного напряжения, амплитудный вход объединен с амплитудным входом первого фазочувствительного выпрямителя и подключен к выходу третьего сумматора, входы которого подключены соответственно к выходам вторых измерителя скорости изменения фазного тока и Аормирователя фазной ЗДС, выход первого Аормирователя фазной ЗДС соединен,с вторым входом первого сумматора, к выходу которого подключен амплитудный вход второго Аазочувствительного выпрямителя, а выходы третьего и четвертого фазочувствительньж выпрямителей соединены соответственно с входами четвертого сумматора, выход которого образует второй выход устройства.2. Устррйство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения улучшения Аормывыходных напряжений путем устранения пульсаций, первый и третий сумматоры снабжены третьими входами и введены последовательно соединенные пятый сумматор и первый Аильтр и последовательно соединенные шестой сумматор и второй фильтр, при этом входы пятого сумматора подключены к . выходам первых измерителя скорости изменения Аазного тока и Аормирователя фазной . ЗЛО, а входы шестого сумматора - к выходам вторых измерителя скорости изменения Аазного тока и Аормирователя Аазной ЗЛС, а выходы первого и второго Аильтров подключены соответственно к третьим входам первого и третьего сумматоров.