Устройство для моделирования бесконтактного двигателя постоянного тока

(56) 1, Дунаевсрование элементоких систем, М.,с. 171. юл, У 3 Г.ф,фед ова и В,С,Лебедеви постоятройсте,и ото вчинникое И.Еактные двигаттоматических1966, с. 25 АРСТВЕННЬ 1 Й НОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ВТОРСИОМУ СВИД ийС,Я. и др. Модели в электромеханичес"Энергия", 1971,2, О Н.И, . Бесконт ел нного тока ав ус М "Нау.ка" -29 ( р тип), (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ БЕСКОНТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее источник питания, блок формирования Фаэных моментов вращения, блок Формирования фаэных ЭДС вращения, блок. Формирования момента нагрузки, блок Формирования угла поворота ротора, блок формирования фаэных функций распределения магнитной индукции, сумматори интегратор, причем выход блока Формирования Фазных моментов вращениясоединен с первым входом сумматора,выход которого соединен с входом интегратора, выход которого являетсявыходом устройства, и соединен свходом блока Формирования момента нагрузки выход которого соединен с вторым входом сумматора, а выход интегратора соединен с входом блока формирования Фазных ЭДСвращения и через блок Формирования угла поворота ротора соединен с входом блока формирования Фазных Функций распределения магнитной индукции, "выходы которого соответственно соединены сФгруппой входов блока формирования фаэных ЭДС вращения и с первой группой входов блока формирования Фаз" ных моментов вращения, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повыщения точности моделирования, в него дополнительно введены блок. Формирования Фаэных напряжений, блок формирования фаэных управляющих функций, состоящий из каналов по числу фаэ моделируемого напряжения, каждый из которых содержит узел выделения мо" ф дуля, усилитель и пороговое реле, блок учета взаимного влияния фазных ЭДС вращения, содержащий три сумма" тора, усилитель, замыкающие и одни размыкающие контакты пороговых реле блока Формирования управляющих функций, блок Формирования Фазных токов, содержащий сумматоры почислу фаз моделируемого тока, другие размыкающие контакты пороговых реле блока Формирования Фазных управляющих Функций и инерционные звенья, причем выход источника питания соединен с первым входом блока Формирования Фазных напряжений, второй вход которого подключен к выходу блока Формирования угла поворота ротора, а каждый из выходов блока Формирования фаэных напряжений соединен через соответ" ствующий узел выделения модуля блока формирования Фазных управляющих Функций и усилитель - с управляющим входом соответствующего порогового реле, и каждый из выходов блока формироеа" ния Фаэных ЭДС вращения через один размыкающий контакт соответствующе" го порогового реле блока Формирования Фазных управляющих функций сое"03 динен с соответствующим входом первого сумматора блока учета взаимного влияния Фазных ЭДС вращения, выход которого через усилитель соединен с. первым входом второго сумматора и через замыкающие контакты пороговых реле блока формирования Фазных уп" равляющих Функций соединен с входа" ми третьего сумматора, выход которого соединен с.вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выхоД которого соединен с первыми входами сумматоров блока Формирова" ния Фаэных токов, вторые входы ко" торых подключены соответственно к выходам блока Формирования Фаэных ЭДС вращения, а выходы блока форми. рования Фазных напряжений соединены соответственно с третьими входами сумматоров блока формирования Фазных токов, выход каждого из которых через другой размыкающий контакт со-ответствующего порогового реле блока Формирования Фазных управляющих Функций и соответствующее инерционное 5618,звено соединен с соответствующим вхо"дом блока Формирования фаэных моментов вращения. 2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, цто блок формирования Фазных напряжений содержит источник опорных напряжений, схемы сравнения, эадатчик напряжений,коммутаторы по числу фаэ моделируемого напряжения и сумматоры, причемвход задатцика напряжений являетсяпервым входом блока, первый и второй выходы задатчика напряжений соединены соответственно с первыми ивторыми входами коммутатора, выходыкоторых соединены соответственно свходами сумматоров, выходы которыхявляются выходами блока,. а выходыисточника опорныхнапряжений соединены соответственно с первыми входамисхемы сравнения, вторые входы которыхобъединены и являются вторым входомблока, выходы схем сравнения соответственно соединены с управляющими входами коммутаторов,5 О Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может найти применение при разработке и исследовании на АВМ бесконтактных двигателей постоянного тока с разлицными схемами обмотки и типами коммутаторов, а также при проектировании и исследовании электроприводов выполненных на базе подобных двигателей. Известны устройства для моделирования бесконтактных двигателей постоянного тока, схемы которых обусловлены различным подходом к рассмотрению бесконтактного двигателя постоянного тока, Если бес" контактный двигатель рассматривается как конструктивное объединение синхронного двигателя с управляющим прлупроводниковым коммутатором, то в качестве наиболее распространенного устройства для его моделирования используется схема моделирования, основанная на замене щ-Фазной обмотки двигателя эквивалентной однофаэной обмоткой1 ,Подобная схема моделирования непозволяет учесть основной особенности бесконтактного двигателя постоянного тока, заключающейся в том,что частота переключений секций обмотки регулируется автоматическисамой машиной благодаря наличию позиционной обратной связи ротора поотношению к статору. Наиболее близким по техническойсущности является устройство, сос" тоящее из источника постоянного питания, соединенного. с токовым блоком, блока формирования момента вра" щения двигателя, сумматора и интегратора, на выходе которого.формиру-.ется скорость вращения двигателяв, поступающая на блок, формирую" щий момент нагрузки, на блок формирования ЭДС, вращения и блок Формирования углового положения ротора, в котором скорость вращения3 10356двигателя превращается в угол пОво- фрота ротора и преобразуется в периодическую Функцию угла вс с лериодом,равным отрезку угла между двумя со седними переключениями .реального 5коммутатора бесконтактного двигате-.ля постоянного тока блока формирования функции распределения магнитной индукции 2 3,Известное устройство не учитывает.наличие пульсирующего магнитного поля в воздушном зазоре, создаваемого й-фазной обмоткой двигателя, закон торможения, влияние другна друга ЭДС вращения отдельных фаз 15и влияние ассимметрии фаэ обмотки,всегда имеющую место в реальных двигателях, т,е. в этом устройстве до- .вольно грубо и неполно отражаютсяпроцессы, протекающие в реальных двигателях. Цель изобретения - повышение точности моделирования,Для достижения цели в устройстводля моделирования бесконтактного дви-.гателя постоянного тока, содержащееисточник питания, блок формированияфазных моментов вращения, блок формирования фазных ЭДС вращения, блокформирования момента нагрузки, блок30формирования угла поворота ротора,блок формирования фазных Функций распределения магнитной индукции, сум-;матор и интегратор, причем выходблока Формирования фазныхмоментоввращения соединен с первым входомсумматора, выход которого соединенс входом интегратора, выход которогоявляется выходом устройства и соединен со входом блока формирования момента нагрузки, выход которого соединен со вторым входом сумматора, авыход интегратора соединен со входомблока Формирования Фазных ЭДС вращения и через блок Формированияугла поворота ротора соединен с входом блока формирования Фазных функций распределения магнитной индук"ции, выходы которого соответственносоединены с группой входов блока формирования Фазных ЭДС вращения и спервой группой входов блока Формирования Фазных моментов вращения, дополнительно введены блок Формирования фазных напряжений блок формирования Фазных управляющих Функций,состоящий иэ каналов по числу фазмоделируемого напряжения, каждый из 18которых содержит узел выделения модуля, усилитель и пороговое реле,блок учета взаимнЬго влияния фазныхЭДС вращения, содержащий три сумматора, усилитель, замыкающие и одниразмыкающие контакты пороговых реле блока Формирования фазных управляющих Функций, блок Формирова"ния фаэных токов, содержащий сумматоры по числу фаэ моделируемоготока, другие раэмыкающие контактыпороговых реле блока формированияФаэных управляющих Функций"и инерционные звенья, причем выход источникапитания соединен с первым входомблока Формирования Фазных напряжений, второй вход которого подключенк выходу блока Формирования углаповорота ротора, а каждый из выходовблока формирования Фаэных напряженийсоединен через соответствующий узелвыделения модуля блока формированияфазных управляющих функций и усили"тель - с управляющим входом соответствующего порогового реле, и каждыйиз выходов блока формирования фазныхЭДС вращения через один размыкающий контакт соответствующего порогового реле блока формирования Фазных управляющих Функций соединен с фсоответствующим входом первого сумматора блока учета взаимного влияния Фазных ЭДС вращения, выход кото"рого через усилитель соединен с первым входом второго сумматора и череззамыкающие контакты пороговйхреле блока Формирования фазныхуправляющих функций. соединен свходами третьего сумматора, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с первыми входами сум-.маторов блока формирования фазныхтоков, вторые входы которых подключе"ны соответственно к выходам блока формирования фазных ЭДС вращения,. а выходы блока Формирования фазных напряжений соединены соответственно стретьими входами сумматоров блокаформирования фаэных токов, выходкаждого из которых через другой раэ"мыкающий контакт соответствующего по"рогового реле блока формирования фаз-ных управляющих функций и соответствующее .инерционное звено соединен ссоответствующим входом блока формиро"вания фазных моментов вращения,Причем блок формирования фазныхнапряжений содержит источник опорных1035618 ющего момента двигателя М с момен том нагрузки М, создаваемйм блоком Формирования момента нагрузки 10 в зависимости от скорости двигателя Юпо уравнению5 Мчоищ крч ШоМи 0ф 0. Результирующий момент М , поступая с сумматора 8 на интегратор 9,преобразуется в скорость двигателя О/, которая, действуя на блок Формирования угла. поворота ротора 3,превращается в угол поворота ротора с, квантованный на отрезки 4.=27;равные углу поворота. ротора двигателя за один его оборот На выходеблока 3 получается пилообразныйсигнал, который, поступая на блокформирования Фаэных функций распре"деления магнитной индукции 11 и наблок формирования фаэных напряжений1, создает соответственно фаэнцеФункции распределения магнитнойиндукции=Г(сС) типа представленных на фиг. 3, разные напряжения1 =т(с) типа представленных на фиг.3=1(о 0, поступая на блок формирования фазных ЗДС вращения 12, совместно с сигналом Ю Формируют фазныеЗДС вращения , =СВщд, которые затем поступают на блок формированияфазных токов 4 и на блок учета взаимного влияния Фазных ЗДС вращения6, сигналы с выхода которого такжепоступают на вход блока Формированияфазных токов 4.Как только ФФО исКФО сигналы ди Г(1 ) начинают участвовать вМрмировании Фазных токов40При работе двигателя с транзисторным коммутатором на разных участках коммутации бывает включено разное количество фаз обмотки, что проявляется в ступенчатой Форме фазных45напряжений обмотки. При этом в отключенных Фазах (О =О) происходитпроцесс торможения. В устройствеэти режимы реализуется следующимобразом,В блоке формирования Фазных напряжений(см. Фиг. 3) пилообразныйсигнал сС, поступающий с блока Формирования угла поворота ротора 3,с помощью 1-1 схем сравнения 26 (1 количество участков переключенияфазных напряжений) и источника опор"ных напряжений 25 квантуется на 1участков величиной 1/6 М. 8С помощью коммутаторов 28, построенных на контактах схем сравнения26 на выходе сумматора 29 по мерепрохождения сигналом а. знаценийс,и срабатывания соответствующихсхем 26, Формируются фаэные напряжения иэ вольтдооавок 1./6 О и -16 О 1вырабатываемых задатциком напряженйй27 по закону, определяемому диаграммой Фаэных напряжений для рассматри"ваемого варианта двигателя см, Фиг,3)Схеме сравненя управляют формированием )-1 участка переключения Фазных напряжений. Конец последнегоучастка совпадает с периодом работыФормирования угла поворота ротора 3.Если на всех фазах обмотки двигателя напряжение отлично от нуля,значит все фазы включены и на выходе блока учета взаимного влияния фавных ЭДС вращения 6 формируется сиг"нал Г (1) =1/3(11 +1+1 з ). Равенствонулю О =Г(К) на каком-либо участкекоммутации означает отключение соответствующей фазы обмотки, причем на разных уцастках могут отключаться разные фазы, 8 устройстве этирежимы осуществляются с помощью бло"ка формирования Фазных управляющихФункций 5, основным назнацением которого является выявление нулевыхучастков в соответствующих Фазныхнапряжениях,Эта операция осуществляется следующим образом, На пороговое реле 15 задается нулевое опорное напряжение, на второй его вход с выхода усилителя 14 поступает сигнал О Так как (Оь,) является положительным сигналом при всех О ФО, то блок 5 срабатывает только при нулевом напряжении ОРабота порогового реле 15 условно изображается через фазные пере"ключающиеся функции 9 =Г(е)(см, фиг, 3), где импульсы соответствуют отсутствию нулевых участков в Фазных напряжениях, паузы - наличию нулевых участков,Если пороговое реле 15 сработало, своим размыкающим контактом 1 о в блоке формирования Фазных токов 4 оно отключает сумматор 23 от инерционного звзна 24, на выходе которого Формируется ток соответствующей Фазы, при этом в Фазе осуществляется тормозной режим за счет отключения входного сигнала инерционного звенапо закону свободного выбега. Крометого, в блоке учета взаимного влияния Фазных ЭДС вращения 6 размыкается соответствующий размыкающий контакт 16, при этом на выходе сумматора 19 образуется одна из суммФ1 Ф. Р, 1 (в зависимостиот того, в какой Фазе на рассматриваемом участке коммутации нулевоенапРяеение), поступающая на входсумматора 20 с коэффициентом 1/3Так как при отключении Фазы ФункцияГ(1 у) Формируется суммированием двухЭД 0 с коэффициентом 1/2, то для перехода от коэффициента 1/3 к 1/2используется цепь с сумматором 21При этом сигнал с выхода сумматора 19 поступает через замкнуваийпосле срабатывания соответствующего порогового реле 15 замыкающийконтакт 17 на вход сумматора 21. Сдобавкой к коэффициенту 1/3 сигналс выхода сумматора 21 поступает иасумматор 20, На выходе сумматора 20Формируется, например, Функция 10юФг (е,)-,ом 1 е+6,)о 11(В+е,)= о 1 е 1+)Таким образом, предлагаемое устройство позволяет с высокой точностью моделировать процессы, происходящие в бесконтактных двигателях постоянного тока.1035618 и,д,и,ф 2 ( ( Я фб Щ У ЯУР Яд Я тавитель И,Лебред К.Мыцьо Редактор А,Долини ректор Ю Макаренко каз 583/ лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж 706И Государственного кделам изобретений иМосква, ЖРаушс ВНИИП по 113035