Управляемый вентильный электродвигатель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 19) 1)4 Н 02 К 29/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВ ВТОРСНОМУ СВ(57) Из технике Высокот ленных ляется ь 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзный научно-исследовател ский, проектно-конструкторский и тех нологический институт релестроения (72) В.М. Пименов и К.Г. Лакирович (53) 621,316.7 18(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР В 1259463, кл. Н 02 Р 6/02,Н 02 К 29/06, 1986.(54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ния и ния пу пульса зубцов Холла сигнал момент рой вх обретение относится к электрои может быть использовано в очных электроприводах промьппроботов. Целью изобретения явулучшение качества регулироваовышение равномерности враще-. ем исключения момента зубцовых ий. Для исключения момента х пульсаций с помощью датчика 2 корректора 33 формируется повторяющий форму зубцовогоЭтот сигнал поступает на вто д суммирующего усилителя 30 руется с задающим сигналом.1529363 Суммарный сигнал через узел 29 выделения модуля поступает на вход релейного регулятора 26 тока. Регулятор тока пропорционально добавочному сиг 5 налу корректора 33 изменяет ток электродвигателя и соответственно его вра;щающий момент и тем самым осуществляет компенсацию возмущающего зубцового момента. Корректор 33 выполнен конструктивно таким образом, что позволяИзобретение относится к электротехнике, в частности к вентильным электродвигателям, может быть использовано в высокоточных электроприводах промьппленных роботов и является усовершенствованием изобретения по авт.св. Р 1259463.Цель изобретения - улучшение качества регулирования и расширение области применения за счет повьппения равномерности вращения путем исключения момента зубцовых пульсацю 4.На фиг. 1 представлена структурно- ,функциональная схема управляемого вентильного электродвигателя (УБД); Ъа фиг. 2 - принципиальная схема дешифрирующего устройства; на фиг.З - принципиальная электрическая схема релейного регулятора тока; на фиг.4- угловые диаграммы сигналов на элемен 35 , тах управляемого вентильного электродвигателя на фиг. 5 - угловые диаЭграммы сигналов датчика Холла коррек"тора.УВД содержит фиг. 1) трехфазную синхронную электрическую машину 1, с валом которой соединен шестиканальный датчик 2 положения ротора (ДПР), а якорная обмотка подключена к выходам транзисторного мостового коммута" тора 3, выполненного на шести транзисторах 4-9, зашунтированнык обратными диодами, в эмиттерные цепи нижних транзисторов которых вкгпочены резистивные датчики 10-12 тока.Выходы шестиканального датчика 2 50 положения ротора подключены к входам формирователя 13 сигналов управления,состоящего из логического инвертора14, трехканального реверсора из трех однотипных каналов 15-17, управля 5 емых по входу 18, и шести логических элементов 2 И 19-24, выходы которых образуют шесть выходов Формирователя ет сформировать сигнал на выходе датчика Холла 32, полностью совпадающийс формой кривой момента зубцовых пульсаций, зависящих от конфигурации зубцов статора электрической машины 1.Регулировка корректора осуществляется путем углового перемещения обоймы35 и изменения тока управления датчика Холла. 5 ил. 13 сигналов управления и подключены непосредственно или через промежуточные усилители к управляющим цепям транзисторов 4-9.Дешифрирующее у тройство 25 включено между выходами резистивных датчиков 10-12 тока и первым входом релейного регулятора 26 тока, два выхода 27 и 28 которого подключены соответственно к двум управляющим цепям, образованным соединением между собой вторых входов логических элементов 2 И 19, 21 и 23 и вторых входов логических элементов 2 И 20, 22 и 24, первые входы которых подключены к выходам трех однотипных каналов 15-17 реверсора, одноименные управляющие входы которых объединены в две цепи, одна из которых соединена с другой через логический инвертор 14, и образуют вместе общий управляющий вход 18 трехканального реверсора.Второй вход релейного регулятора 26 тока соединен с выходом узла 29 выделения модуля, вход которого соединен с выходом .аналогового сумматора 30, к первому входу которого подключено задающее устройство 31, а к второму входу - выход датчика Холла 32 корректора 33, состоящего из многополюсного индуктора 34 и обоймы 35.Управляющие входы датчика Холла 32, размещенного в обойме 35, подключены к регулируемому источнику Зб тока.Управляющий вход 18 трехканального реверсора подключен к выходу аналогового сумматора 30 через индикатор 37 полярности, выполненный в виде компаратора напряжения.Выходы резистивных датчиков 10-12 тока подключены к трем входам суммирующего усилителя 38 дешифрирующего5 15293 устройства 25 (фиг. 2) через быстродействующие ключи 39-41, а к входам усилителя 42 и логического элемента ЗИЛИ-НЕ 43 - непосредственно.5Четвертый вход суммирующего усилителя 38 подключен к выходу усилителя 42 через четвертый ключ 44, управляющий вход которого подключен к выходу логического элемента ЗИЛИ-НЕ. 1 О Регулятор 26 (фиг. 3) выполнен посхеме двойного токового коридора исостоит из двух однотипных операционных усилителей 45 и 46, охваченныхобратной положительной связью черезодинаковые по величине резисторы 47и 48. На вход каждого иэ усилителейподключены по два одинаковых по величине резистора 49-52, объединенных 2 Опопарно и образующих первый и второйвходы регулятора 26 тока. Выход усилителя 45 подключен к управляющей цепи 28, а выход усилителя 46 - к уп"равляющей цепи 27 формирователя 13 25сигналов управления, Дополнительно навыход усилителя 47 через резистор 53подается напряжение смещения,УВД работает следующим образом.Предположим, что исходное состояние 3 ОУВД характеризуется установкой задающего напряжения Бз, положительной полярности (фиг, 4) и устойчивым угловым положением ротора, при которомДПР 2 формирует единичные выходные35сигналы а, с, а корректор 33 вырабатывает сигнал нулевого уровня. Допустим, что на управляющую и силовую части УВД подано питающее напряжение,Задающее напряжение подается на вто 4рой вход сумматора 30, а с его выхода поступает на входы узла 29 выделения модуля и индикатора 37 полярностинапряжения. Согласно положительнойполярности задающего сигнала индикатор полярности формирует на выходесигнал нулевого уровня, который поступает на управляющий вход 18 трехканального реверсора. Одновременно задающий сигнал проходит через узел 29 вы.5деления модуля без изменений величиныи знака и поступает на вход релейногорегулятора 26 тока. Под действием этого сигнала регулятор 26 тока формирует единичные сигналы на обоих выходах,которые поступают на управляющие цепи27 и 28, объединяющие вторые входы логических элементов 2 И 19-24 формирователя 13 импульсов. В соответствии суп 63 6равляющими сигналами формирователь 13импульсов передает единичные сигналыа, С ЛПР без изменений на входы силовых транзисторов 9 и 4 транзисторного мостового коммутатора 3Одновременно единичный сигнал О ДПР поступает на вход дешифрирующего устройства 25. Транзисторы 9 и 4 открываются, и под действием питающего напряжения (+Б) в фазах А, С электрическоймашины 1 начинает протекать ток. Токв фазах электрической машины выделяется в виде напряжения на резистивномдатчике 12 тока и поступает на одиниз аналоговых входов дешифрирующегоустройства 25, Дешифрирующее устройство обеспечивает по сигналам с 1, ,С ДПР и датчиков 12, 11 и 1 Отокавыделение модуля тока электрическоймашины отрицательной полярности независимо от очередности протекания токав фазах обмотки и режима работы электрической машины (двигательный илигенераторный), Модуль тока в рассматриваемом режиме работы электродвигателя подается на вход регулятора тока. Регулятор тока сравнивает по величине модуль тока электродвигателяс модулем сигнала задания и при превышении первого над вторым формируетнулевые сигналы на выходах - управляющих цепях 27 и 28. Нулевой сигнал науправляющей шине 28 фприводит к запиранию транзисторов верхней группы коммутатора, а именно открытого ранеетранзистора 4, Нулевые сигналы наобоих управляющих цепях 27 и 28 приводит к запиранию всех транзисторов коммутатора. Первому состоянию управляющей цепи соответствует режим динамического торможения электродвигателя,а второму - режим противовключения.Посредством чередования указанных режимов (состояний управляющих цепей)релейный регулятор тока обеспечиваетограничение тока электродвигателя науровне задающего сигнала. За счетвзаимодействия тока в фазах обмоткиэлектродвигателя с полем индукторавозникает вращающий момент Мв, поддействием которого ротор электродвигателя (индуктор) начинает вращаться,В процессе поворота вала электродвигателя на уголот принятого исходного положения ротор начинает воспринимать возмущающий момент зубцовыхпульсаций М(фиг, 4), который дляприведенного случая снижает результи 1529363ующий момент на валу. Одновременно атчик Холла 32 корректора 33 формиует аналоговый сигнал, повторяющий рму зубцового момента. Этот сигнал5оступает на второй вход суммирующего усилителя 30 и суммируется с задающим сигналом. Суммарный сигнал через узел 29 выделения модуля поступает на вход регулятора тока. Регулятор тока пропорционально добавочному сигналу корректора увеличивает ток электродвигае теля и соответственно его вращающий момент, осуществляя компенсацию возмущающего зубцового момента. В результа ск те момента М на выходном валу электродвигателя сохраняет свое постоянство в процессе поворота, Через360поворота ротора (и - число пар П20 полюсов индуктора корректора, равное числу зубцов статора ЭМ 1) направление воздействия возмущающего зубцового момента изменяется на противоположное, но при этом изменяется и поляр ность корректирующего сигнала, так как датчик Холла корректора перемещается в зону второго полюса противоположной полярности, Поэтому возникающее увеЛичение момента электродвигателя за счет зубцового момента компенсируется корректирующим сигналом отрицательной полярности посредством , уменьшения тока электродвигателя. Далее работа УВД с корректорам происхо дит аналогично описанному. Через уголповорота ротора УВД, не превышаающий 60 эл.град, происходит переклю) чение единичных сигнапов а, Ь ДПР." Единичный сигнал на выходе 0 стано 40,вится нулевым, а нулевой на выходе оединичным, Этим переключениям соответствует переключение силовых транзисторов 9 и 7. Первый закрывается, а второй открывается. Происходит ком-мутация тока в фазах А, В якорной обмотки. Ток электродвигателя выделяется на датчике 11 тока Дейифрирующее устройство по единичному сигналу Ь обеспечивает съем сигнала с дат 50 чика 11 тока, формирование его отрицательной полярности. При этом коррекция зубцовых моментов происходит аналогично описанному, и не зависит от очередности подключения фаз под нагрузку. В случае задания задающего сигнала отрицательной полярности работа УВД происходит аналогично описанНому, за исключением того, что индикатор полярности устанавливается в единичное состояние по выходу, трехканальный реверсор реверсирует три пары входных сигналов (Я,а); (Ь,Ь); (с,с), В результате единичные входные сигналы а, с появляются на выходах э, С формирователя сигналов. Этими сигналами открываются силовые транзисторы 8 и 5 коммутатора, ток электродвигателя фиксируется датчиком 10 тока, а дешифрирующее устройство по входному сигналу С осуществляет обработку сигнала с датчика 10 ,тока. На фиг. 4 вращение ротора УВД при отрицательном задающем сигнале обозначено условным символом Н.Корректор 33 имеет конструктивную особенность. Ось вращения обоймы 35 с датчиком Холла 32 на внутренней поверхности смещена относительно оси его индуктора, насаженного на вал электродвигателя 1. Такая конструктивная особенность корректора позволяет видоизменять форму выходного сигнала Б при повороте обоймы с датчиком Холла в пределах 0-180 (фиг,5). Видоизменение формы сигнала происходит по следующей причине. За счет смещения осей вращения обоймы и индуктора при повороте обоймы происходит радиальное перемещение датчика Холла стносительно расточки индуктора. При этом происходит также незначительный поворот чувствительной поверхности датчика Холла относительно оси его симметрии, Известно, что картина магнитного поля цилиндрического индуктора видоизменяется в зависимости от . расстояния от поверхности полюса вследствие разряжения и искривления магнитных силовых линий. Датчики Хол" ла чувствительны толькок нормальной составляющей индукции магнитного поля, поэтому прн повороте обоймы в пределах 0-180 происходит существенное изменение формы и амплитуды его выходного сигнала, Экспериментально проверено, что при равномерной намагниченности полюсов индуктора корректора. форма напряжения датчика Холла изменяется от трапецеидальной формы с переходом в синусоидальную искаженную и неискаженную формы (фиг. 5). При повороте обоймы в пределахполюсного деления индуктора корректора (О - ) датчик Холла практичес 2 п9 15293ки не испытывает радиального смещения,так как у электродвигателей число зубцов статора и = 12. Поэтому при такомповороте обоймы происходит смещениефазы выходного сигнала корректора впределах 0-180 эл.град, без заметногоизменения формы сигнала,1Известно также, что величина вы О ходного сигнала датчика Холла определяется соотношением Б = Е В1, где В - величина индукции поля, пронизывающего датчик; 1 - ток в управляющей цепи датчика: Е - постоянный 15 коэффициент. Из данного соотношения видно что изменением величины тока управления датчика Холла корректора можно регчлировать амплитчду выходно-, го сигнала. 20Таким образом, посредством трех последовательных регулировок, а имен. - но формы, фазы и амплитуды, достигается полное соответствие сигнала кор ректора и, следовательно, компенсирующего момента УВД возмчщающему моменту зубповых пульсаций. В результате момент на выходном валу УВД не изменяется в процессе вращения его 30 ротора. Постоянство вращающего моментд УВЛ гаоаитирует высокую равномерность частоты вращения, что улучшает качество регулирования и расширяет область его применения.63 10 Формула изобретения Управляемый вентильный электродвигатель по авт.св. У 1259463,.о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения качества регулирования и повышения равномерности вращения путем исключения момента зубцовых пульсаций, дополнительно введены корректор, выполненный в виде индуктора с числом пар полюсов, равным числу зубцов статора электродвигателя, и поворотной обоймы с датчиком Холла, расположенной эксцентрично относительно индуктора и выполненной с возможностью поворота относительно своей оси в пределах 0-180 , регулируемый источник тока, аналоговый сумматор, узел выделения модуля и компаратор напряжения, при этом индуктор корректора механически связан с валом, а обойма - с корпусом электродвигателя, вход управления датчика Холла подключен к выходу регулируемого источника тока, а выход - к одному входу аналогового сумматора, к другому входу которого подключен задающий блок, вход релейного регулятора тока соединен через узел выделения модуля с выходом сумматора и входом компаратора напряжения, выход которого подключен к управляющему входу формирователя сигналов управления фУ1529363 Составитель М. СонТехред М.Дндык ректор И. Муска Редактор А. Ога аз 7755/51 Тираж 648 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 1