Способ управления вентильным электродвигателем

(57) Изобретение относится к электро"технике. Целью изобретения являетсяповьппение быстродействия вентильногоэлектродвигателя. Это достигается вспособе путем Формирования тока в Фазах двигателя на равных угловых интервалах по синусоидальным законамв функции углового положения ротора,задания длительности угловых интервалов, Формирования тока на каждомугловом интервале с заданной амплитудой и Фазой, Увеличиваются действующее значение тока, электромагнитный момент и, следовательно, быстродействие вентильного электродвигателя. 5 ил. 8 щ способ упсодержитель 1,на ва атчик.2 по- Жтки возбужде- СД Изо изующего предлагаемь ав хни Электроентильный Фиг,5вигален добм в сист ект и у котороголожения, уния соединена вход котравления Нрез фазочувли 4-6 соовыми входа станторо л вьппение быстеля путем тромагнитногог с о порогов соедине и треть та ИЛИ к управ мутациинены с ы в я фвых ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ етение относится к электрои может быть использованоах автоматического управлеастности в низкоскоростных следящих системах с моментными двигателями.Цель изобретения - породействия электродвигатувеличения величины элекмомента,На Фиг.1 изображены осцилло раммьтоков в Фазах якорной обмотки трехФазного двигателя в Функции угла поворота ротора; на Фиг,2 - вектора намагничивающих сил якорной обмотки;на Фиг,3 и 4 - осциллограммы тока одной Фазы пятифаэного двигателя дляпервого и второго варианта закона изменения тока соответственно, на Фиг.5 Функциональная схема электропривода,ны с выходом модулятора 3 орого подается сигнал упа вторичные обмотки чествительные выпрямитеветственно соединены с пер ми блоков 7-9 коммутации в 10-12, а также с входами лементов 13-15. Последние ыходами с первым, вторым ходами логического элемену которой выход подключен щим входам блоков 7-9 коморые входы которых соедидами сумматоров 10-12.Последние соединены своими вторымивходами с выходами инвертирующих блоков 17-19,входы которых подключенысоответственно к выходам Фазочувствительных выпрямителей 5,6,4, Выходыблоков 7-9 коммутации соединены с,входами усилителей 20-22 тока, подклю,ченных к фазам двигателяСпособ осуществляют следующим образом,Токи в Фазах двигателя 1 Формируются при помощи усилителей 20-22тока, связанных входами с выходамисоответствующих блоков 7-9 коммутации 15причем закон изменения тока для каж,дой фазы задается выходным сигналомсоответствующего блока коммутации,При вращении ротора двигателя 1напряжения на выходах фазочувствительных выпрямителей 4-6 изменяютсяпо синусоидальному закону, причем этисинусоиды сдвинуты по фазе друг отно,сительно друга на угол 2 п/3 (им соот,ветствуют синусоиды с фазовым сдвигом 25р= Т/3, д,= - 6/3 и ; -- Г, фиг,1),Эти синусоидальные сигналы являютсяисходными для получения требуемыхзаконов изменения тока на каждом изшести угловых интервалов, При этом 30длительность угловых интервалов контролируется пороговыми элементами13-15, связанными выходами с входами,логического элемента ИЛИ 16, Каждыйиз пороговых элементов выдает импульс 35, при переходе через ноль выходнойсинусоиды связанного с ним Фазочувствительного выпрямителя.Таки образом, по окончании каждого угла;:,ого интервала длительност 40Г/3 на выходе логического элемента ИЛИ б появляется импульс, поступающий на управляющие входы блока7-9 коммутации, При этом выход каждого из блоков коммутируется к одному из трех его входов, па которыеподаются синусоидальные сиг.чы требуемой амплитуды и фазы, Для получения требуемых синусоидальных сигналов выходные сигналы Фазочувствитель-ных выпрямителей 4-6 подаются на первые входы блоков 7-9 коммутации,на первые входы сумматоров 10-12, атакже на входы инвертирующих блоков19-18, с выхода которых инвертированные сигналы (фиг.1, синусоиды сЦ = -26/3, Щ,= -4 У/3 и (р =О) поступают на третьи входы соответственноблоков 9,/ и 8 коммутации, на вторые вхоцы сумматоров 12,10 и 11, гдепроисходит сложение этих сигналов свыходными сигналами Фазочувствительных выпрямителей 6,4,5 и результирующие сигналы синусоиды с Ц =-5 7 /6,Ц = Г/2 и Р" Г/б фиг.1) подаются со-,ответственно на вторые входы блоков 9,7 и 8 коммутации,При поступлении на управляющие вхо,цы,блоков 7-9 коммутации импульсовс выхода логического элемента ИЛИ 16в каждом из этих блоков происходитпоочередное подключение входной шинысвязанного с ним усилителя тока ккаждой из трех входных шин блока коммутации. Причем в любой момент времени входные шины усилителей 20-22 то"ка подключены к различным входам блоков 7-9 коммутации, Например, еслина первом угловом интервале Я =0- /3)вход усилителя 10 подключен к первому входу блока 7, то вход усилителя21 подключен к второму входу блока 8,а вход усилителя 22 - к третьему входу блока 9, В результате на входеусилителя 20 имеется синусоидальныйсигнал, с Фазовым сдвигом р (Фиг, 1),1на входе усилителя 21 синусоидальныйсигнал с фазовым сдвигом, а наВвходе усилителя 22 - сигнал сПо окончании первого интервала/(/3, после прохода импульса свыхода схемы ИЛИ 16, на втором интервале усилитель 20 подключен к второму входу блока 7, усилителья 21к третьему входу блока 8, а усилитель 22 - к первому входу блока 9.В этом случае закон изменения сигнала на входе усилителя 20 соответствует синусоиде с ,на входе усилителя 21 - синусоида с ф , а на входеусилителя 22 - синусоида с уз. Вдальзфнейшем коммутация происходит аналогичным образом.Таким образом Формируются входные(задающие) сигналы усилителя 20-22тока, В соответствии с этими сигналами на каждом угловом интервале усилителя 20"22 тока формируют в фазахдвигателя ток по закону, определяемому способом управления, Этим обеспечивается равномерное вращение результирующего вектора намагничивающей силы (н.с.) в функции углового положения ротора, при этом угол между продольной осью ротора и результирующимвектором н,с, определяется установкойдатчика положения на валу двигателя,но вращается с частотой, соответствующей частоте вращения ротора днигателя. По отношению к традиционнойсистеме синусоидальных токов величи 5на результирующего вектора н,с, увеличивается и составляет 1,732 амплитудного значения н,сфазной обмотки, в пределах рабочей зоны (линейный участок кривой намагничивания 10,двигателя) соответственно увеличивает,ся и электромагнитный момент, развива;емый двигателем.Аналогично описанному можно выделить системы ортогональных координат 15и определить законы формирования фаз,ных токов для любого числа фаз щ,при щ3. При этом общее число фаздвигателя щ разбивается на две груп,пы фаз, геометрические суммы некторов н,с, которых на определенных угловых интервалах являются составляющими результирующего вектора н,снапример для щ=15 можно выделитьварианты, при которых ортогональная 25система может образоваться группамииз 1 и 14, 2 и 13, 3 и 12 и так далее фаз.В общем случае, для создания равномерно вращающегося поля в щ-фазном 30двигателе, необходимо создать щ-фазную систему токов, сдвинутых по фазедруг относительно друга на угол 2 /щ.,задать длительность угловых интервалов)=,7) 1/щ, где 1 - номер варианта закона из менения тока, соответствующего вариантуобразования ортогональной системыкоординат, который может приниматьзначения 1=2,4,6, (щ/2 для четного числа фаз и 1=1,2,3 (щ/2 40для нечетного числа фаэ двигателя,в каждой фазе на ервом угловом интервале каждого периода частоты вращения формировать ток по законуР А,яг. (сС+с), где А,= А сд 71/2 щ 45А - заданное значение амплитуды токао(= - р/2, по окончании первого(я)углового интервала на следующих(и) угловых интервалах формироватьток по закону 1 )= А я).п (+ ф),гдеа =о("(21-1-Р/2), ) =2, 3,4, п- номер углового интервала),Р=2 щ/1 - общее число интервалов напериоде, может принимать только целыезначения, причем п=Р+1/2, если щ неявляется кратным 1, и п=Р/2, если щкратное 1, по окончании п-го интервала на следующем (и+1) угловом интервале формировать ток по закону1495943 8А я).п ( о(+о " , где а п = Ы и) хх (3-2/2 п-Р+1) по окончании (и+1)-гоуглового интервала на последующих(р-и) угловых интервалах формировать ток по закону ). )= А яп(о +-Р/2+13, 1 с.=п+2, и+3, и+4Р,Например, для щ=5 возможны дваварианта образования ортогональнойсистемы координат 1=1,2. Для 1=1 длительность угловых интервалов составляет у= Я/5, Тогда ) = - У/10,Ксли,например, А=1 А, то А,= сц И 10 =3,078 А. В этом случае закон изменения тока на первом угловом интервале имеет вид Р= 3,078 я 1 п( о - )7/10).Общее число интервалов на периодеР=10, щ является кратным 1, поэтомуп = Р/2 = 5, Следовательно, на следующих четырех интервалах ток долженизменяться по законам х = я).пЫ+ Ю 5),1 = я:1 п о 1 = яп(о - 7)/5)Ф (;Ю .- яхп( м -26/5),На шестом угловоминтервале закон изменения тока аналогичен закону на первом интервале, ана последующих четырех интервалахзаконы изменения токов соответствуютзаконам на интервалах 2,3,4,5, т,е,в данном случае на втором полупериоде законы изменения токов повторяются. Форма фазного тока для этоговарианта приведена на фиг,3.Для второго варианта 1=2 имеютУ= 2 )7/5, А= сея Ф/5 = 1,376 А, Р=5,поскольку в данном случае щ не кратно 1, то и = Р+1/2 = 3, на первоминтервале 1 = 1,376 Бж ( Н- ///5),на следующих двух интервалахяхп ( с - Г/10), Р- я 3.п(с- Я/2),на четвертом интервале Р)= 1,376 хх яхп 9- 20/5),на последнем интервале (так как р-и=1) 1"- яп (с 4- 3/10),форма тока для этого случая приведенана фиг.4.Для первого варианта (1 1) результирующий вектор составляет 3,078, адля второго (1=2)-2,618 амплитудногозначения фазной н.с. По сравнению страдиционной системой гармоническихтоков (при которой это значение. равно 2,5) величина результирующего век"тора н,с., а следовательно, и электромагнитный момент двигателя увеличивается, что приводит к увеличениюбыстродействия.Аналогично определяются законыформирования тока и приращение элект 1495943ромагнитного момента для различных вариантов при других значениях ш.Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет повысить быстродействие электродвигателя путем увеличения электромагнитного момента, обеспечить лучшее использование меди статорной обмотки и активного объема двигателя, так как, например, при заданной амплитуде фазного тока без изменения величины электромагнитного момента двигателя может быть уменьшено число витков фазных обмоток статора. Это позволяет уменьшить 15 объем статора, а в беззубцовых конструкциях и ротора двигателя, и тем самым улучшить весогабаритные показатели двигателя.20Формула изобретенияСпособ управления вентильнымэлектродвигателем, выполненным в видеш-фазной синхронной машины с гальванически не связанными фазами и ме ханически связанной с датчиком положения ротора фазовращательного типа, заключающийся в том, что в функции углового положения ротора на каждом периоде частоты вращения в фазах син хронной машины на равных угловых интервалах с длительностью 4 Г формируют ток по синусоидальным законам, контролируют длительность углового интервала и по его окончании изменяют параметры закона формирования тока, причем фазовый сдвиг токов друг относительно друга составляет 2%/ш, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия электродвигателя, задают длительность угловых интервалов= 01/ш, в каждойфазе на первом угловом интервале формируют указанный ток по законуИ"= А здп (с М"), по окончании первого углового интервала на следующих (и) угловых интервалах формируют указанный ток по закону Ф=И= А зп (с +, по окончании и-гоуглового интервала на следующем (и+1 )угловом интервале формируют указанныйток по закону д 1= А здп (а( + апо окончании (и+1 го углового ин-тервала на последующих (р-и) угловых-интервалах формируют указанныйток по закону (1 А з 1.п ( о( + о),где 1 - номер варианта закона изменения тока (1 = 2,4,6, 4 ш/2 длячетного числа фаз и 1 = 1,2,3 .4 ш/2 для нечетного числа фаз),А, = А сср, Г( 1/ш, А - заданное значение амплитуды тока, Ы - угол поворотаротора двигателя, о(= -у/2,д =(х (2 д - 1 - Р/2), 1 = 2,3,4 пЦ - номер углового интервала),Р = 2 ш/1 вобщее число интервалов напериоде, может принимать только целые значения, причем и = Р+1/2,если ш не является кратным 1, ии = Р/2, если ш кратно 1, с("1- с 7 (3 - 2/2 п-Р+1), а= а(1 хх 2 Ь-и)-2/2 п-Р+1, 1 = п+2, п+3,и+4 Р,495943 Коррект аксимишин Зака сно КНТ СС ИИПИ Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород Гагар Составитель А,ИваноРедактор М.Бланар Техред М.Ходан 1 ч 283/54 Тираж 646 ПГосударственного комитета по изобрете 113035, Москва, Ж, Раушск м и открытиям наб., д, 4/5