SU1529363A2 - Управл емый вентильный электродвигатель - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в высокоточных электроприводах промышленных роботов. Целью изобретени   вл етс  улучшение качества регулировани  и повышение равномерности вращени  путем исключени  момента зубцовых пульсаций. Дл  исключени  момента зубцовых пульсаций с помощью датчика 32 Холла корректора 33 формируетс  сигнал, повтор ющий форму зубцового момента. Этот сигнал поступает на второй вход суммирующего усилител  30 и суммируетс  с задающим сигналом. Суммарный сигнал через узел 29 выделени  модул  поступает на вход релейного регул тора 26 тока. Регул тор тока пропорционально добавочному сигналу корректора 33 измен ет ток электродвигател  и соответственно его вращающий момент и тем самым осуществл ет компенсацию возмущающего зубцового момента. Корректор 33 выполнен конструктивно таким образом, что позвол ет сформировать сигнал на выходе датчика 32 Холла, полностью совпадающий с формой кривой момента зубцовых пульсаций, завис щих от конфигурации зубцов статора электрической машины 1. Регулировка корректора осуществл етс  путем углового перемещени  обоймы 35 и изменени  тока управлени  датчика Холла. 5 ил.

Description

18

35

(Л

с

ГЧ)

Фиг.1

Суммарный сигнал через узел 29 выде- лени  1 одул  поступает на вход релейного регул тора 26 тока. Регул тор тока пропорционально добавочному сиг- налу корректора 33 измен ет ток злект- родвигател  и соответственно его вра- |щающий момент и тем самым осуществл ет компенсацию возмущающего зубцового моментав Корректор 33 выполнен кон- структивно таким образом что позвол Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к вентильным электродвигател м, может быть использовано в высокоточных электроприводах промышленных роботов и  вл етс  усовершенствованием изобретени  по автссв. № 1259463,

Цель изобретени  - улучшение качества регулировани  и расширение области применени  за счет повьшени  равномерности вращени  путем исключени  момента зубцовых пульсаций. На фиг. 1 представлена структурно- функциональна  схема управл емого вентильного электродвигател  (УВД); ,а фиг. 2 - принципиальна  схема дешифрирующего устройства на фиГоЗ - принципиальна  электрическа  схема релейного регул тора тока; на фиг,4- угловые диаграммы сигналов на элементах управл емого вентильного электродвигател ; н, фиго 5 - угловые диа- граммы сигналов датчика Холла корректора . УВД содержит (фиг. 1) трехфазную синхроннзпо электрическзпо машину 1, с валом которой соединен щестиканаль- ный датчик 2 положени  ротора (ДПР), а  корна  обмотка подключена к выходам транзисторного мостового коммутатора 3, выполненного на шести транзисторах 4-9, зашунтированных обратными диодами, в эмиттерные цепи нижних транзисторов которых включены резис- тивные датчики 10-12 тока.

Выходы шестиканального датчика 2 положени  ротора подключены к входам формировател  13 сигналов управлени  состо щегб из логического инвертора 14, трехканального реверсора из трех однотипных каналов 15-17, управл емых по входу 18, и шести логических элементов 2И 19-24, выходы которьж образуют шесть выходов формировател 

ет сформировать сигнал на выходе дat- чика Холла 32, полностью совпадающий с формой кривой момента зубцовых пульсаций , завис щих от конфигурации зубцов статора электрической машины 1, Регулировка корректора осуществл етс  путем углового перемещени  обоймы 35 и изменени  тока управлени  датчика Холла. 5 ил.

0

5

5

0

5

0

5

13 сигналов управлени  и подключены непосредственно шти через промежуточные усилители к управл ющим цеп м транзисторов 4-9.

Дешифрирующее устройство 25 включено между выходами резистивных датчиков 10-12 тока и первым входом релейного регул тора 26 тока, два выхода 27 и 28 которого подключены соответственно к двум управл ющим цеп м , образованньв- соединением между собой вторых входов логических элементов 2И 19, 21 и 23 и вторых входов логических элементов 2И 20, 22 и 24, первые входы которых подключены к выходам трех однотипных каналов 15-17 реверсора, одноименные управл ющие входы которых объединены в две цепи, одна из которых соединена с другой через логический инвертор 14, и образуют вместе общий управл ющий вход 18 трехканального-реверсора.

Второй вход релейного регул тора 26 тока соединен с выходом узла 29 выделени  модул , вход которого соединен с выходом .аналогового сумматора 30, к первому входу которого подключено задающее устройство 31, а к в торому входу - выход датчика Холла 32 корректора 33, состо щего из многополюсного индуктора 34 и обоймы 35,

Управл ющие Bxo, датчика Холла 32, размещенного в обойме 35, подключены к регулируемому источнику 36 тока.

Управл ющий вход 18 трехканально- го реверсора подключен к выходу аналогового сумматора 30 через индикатор 37 пол рно сти, выполненный в виде компаратора напр жени .

Выходы резистивных датчиков 10-12 тока подключены к трем входам суммирующего усилител  38 дешифрирующего

устройства 25 (фиг. 2) через быстродействующие ключи 39-41, а к входам усилител  42 и логического элемента ЗИЛИ-НЕ 43 - непосредственно.

Четвертый вход суммирующего усилител  38 подключен к выходу усилител  42 через четвертый ключ 44, управл ющий вход которого подключен к выходу логического элемента ЗИЛИ-НЕ.

Регул тор 26 (фиг. 3) выполнен по схеме двойного токового коридора и состоит из двух однотипных операционных усилителей 45 и 46, охваченных обратной положительной св зью через одинаковые по величине резисторы 47 и 48. На вход каждого из усилителей под ключены по два одинаковых по величине резистора 49-52, объединенных попарно и образующих первый и второй входы регул тора 26 тока. Выход усилител  45 подключен к управл ющей цепи 28, а выход усилител  46 - к уп- равл ющей цепи 27 формировател  13 сигналов управлени . Дополнительно на выход усилител  47 через резистор 53 подаетс  напр жение смещени .

УВД работает следующим образом.

Предположим, что исходное состо ниезо -с модулем сигнала задани  и при преУВД характеризуетс  установкой задающего напр жени  U-j, положительной пол рности (фиг, 4) и устойчивым угловым положением ротора, при котором ДПР 2 формирует единичные выходные

35

вышении первого над вторым формирует нулевые сигналы на выходах - управл ющих цеп х 27 и 28. Нулевой сигнал на управл ющей шине 28 приводит к запиранию транзисторов верхней группы ком мутатора, а именно открытого ранее транзистора 4. Нулевые сигналы на обоих управл ющих цеп х 27 и 28 приво дит к запиранию всех транзисторов ком мутатора. Первому состо нию управл - ющей цепи соответствует режим динамического торможени  электродвигател  а второму - режим противовключени . Посредством чередовани  указанных ре- д5 жимов (состо ний управл ющих цепей) релейный регул тор тока обеспечивает ограничение тока электродвигател  на уровне задающего сигнала. За счет взаимодействи  тока в фазах обмотки электродвигател  с полем индуктора возникает вращающий момент Myg. , под действием которого ротор электродвигател  (индуктор) начинает вращатьс . В процессе поворота вала электродвисигналы а , с , а корректор 33 выра1ба- тывает сигнал нулевого уровн . Допус

ти УБД подано питающее напр жение. Задающее напр жение подаетс  на второй вход сумматора 30, ас его выхода поступает на входы узла 29 выделени  модул  и индикатора 37 пол рности напр жени . Согласно положительной пол рности задающего сигнала индикатор пол рности формирует на выходе сигнал нулевого уровн , который поступает на управл ющий вход 18 трехка- нального реверсора. Одновременно задающий сигнал проходит через узел 29 выделени  модул  без изменений величины и знака и поступает на вход релейного регул тора 26 тока. Под действием этого сигнала регул тор 26 тока формиру

ет единичные сигналы на обоих выходах,- гател  на угол Cf от прин того исход- которые поступают на управл ющие цепи ного положени  ротор начинает воспри- 27 и 28, объедин ющие вторые входы ло- нимать возмущающий момент зубцовык гических элементов 2И 19-24 формирова- пульсаций М (фиг. 4), который дл  ител  13 импульсов. В соответствии с уп- .приведенного случа  снижает результи0

равл ющими сигналами формирователь 13 импульсов передает единичные сигналы а , С ДПР без изменений на входы силовых транзисторов 9 и 4 транзисторного мостового коммутатора 3. Одновременно единичный сигнал а ДПР поступает На вход дешифрирующего устройства 25. Транзисторы 9 и 4 открываютс , и под действием питающего напр жени  ( -и) в фазах А, С электрической машины 1 начинает протекать ток. Ток в фазах электрической машины выдел етс  в виде напр жени  на резистивном датчике 12 тока и поступает на один из аналоговых входов дешифрирующего устройства 25. Дешифрирующее устройство обеспечивает по сигналам q , Ь , С ДПР и датчиков 12, 11 и 10 тока выделение модул  тока электрической машины отрицательной пол рности независимо от очередности протекани  тока в фазах обмотки и режима работы электрической машины (двигательный или 5 генераторньпЧ). Модуль тока в рассматриваемом режиме работы электродвигател  подаетс  на вход регул тора тока . Регул тор тока сравнивает по величине модуль тока электродвигател 

5

0

5

0

вышении первого над вторым формирует нулевые сигналы на выходах - управл ющих цеп х 27 и 28. Нулевой сигнал на управл ющей шине 28 приводит к запиранию транзисторов верхней группы коммутатора , а именно открытого ранее транзистора 4. Нулевые сигналы на обоих управл ющих цеп х 27 и 28 приводит к запиранию всех транзисторов коммутатора . Первому состо нию управл - ющей цепи соответствует режим динамического торможени  электродвигател , а второму - режим противовключени . Посредством чередовани  указанных ре- 5 жимов (состо ний управл ющих цепей) релейный регул тор тока обеспечивает ограничение тока электродвигател  на уровне задающего сигнала. За счет взаимодействи  тока в фазах обмотки электродвигател  с полем индуктора возникает вращающий момент Myg. , под действием которого ротор электродвигател  (индуктор) начинает вращатьс . В процессе поворота вала электродвиэующий момент на валу Oд oвpeмeннo датчик Холла 32 корректора 33 форми- эует аналоговый сигйал, повтор ющий |юрму зубцового момента. Этот сигнал поступает на второй вход суммирующего усилител  30 и суммируетс  с задающим сигналом. Суммарный сигнал через узел 29 выделени  модул  поступает на вход регул тора тока. Регул тор тока пропорционально добавочному сигналу корректора увеличивает ток электродвигател  и соответственно его вращающий момент, осуществл   компенсацию возмущающего зубцового момента В результате момента на выходном валу электродвигател  сохран ет свое посто нство в процессе поворота Через cf

360

йГ

поворота ротора (п - число пар

полюсов индуктора корректора, равное числу зубцов статора ЭМ1) направление воздействи  возмущающего зубцового момента измен етс  на противоположное , но при этом измен етс  и пол рность корректирующего сигнала, так как датчик Холла корректора перемещаетс  в зону второго полюса противоположной пол рности. Поэтому возникающее увеличение момента электродвига тел  за счет зубцового момента компенсируетс  корректирующим сигналом отрицательной пол рности посредством уменьшени  тока электродвигател  : Да лее работа УВД с корректором происходит аналогично описанному Через угол С| поворота ротора УВД, не превышающий 60 эл,град,Jпроисходит переключение единичных сигналов G, Ь ДПР. Единичный сигнал на выходе а становитс  нулевьм, а нулевой на вьпсоде Ь единичным. Этим переключени м соответствует переключение силовых транзисторов 9 и 7о Первый закрываетс , а второй открьшаетс . Происходит коммутаци  тока в фазах А, В  корной обмотки. Ток электродвигател  выдел етс  на датчике 11 тока,, Дешифрирующее устройство по единичному сигналу Ъ обеспечивает съем сигнала с датчика 11 тока, формирование его отрицательной пол рности. При этом коррекци  зубцовых моментов происходит аналогично описанному, и не зависит от очередности подключени  фаз под нагрузку, В случае за,цани  задающего сигнала отрицательной пол рности ра бота УВД происходит аналогично описан , за исключением того, что инди

5

0

25

30

35

40

45

50

катор пол рности устанавливаетс  в единичное состо ние по выходу, трех- канальный реверсор реверсирует три пары входных сигналов (0,0); (Ь,Ь); (с,с), в результате единичные входные сигналы а, с по вл ютс  на выходах а , с формировател  сигналов. Этими сигналами открьгоаютс  силовые транзисторы 8 и 5 коммутатора, ток электродвигател  фиксируетс  датчиком 10 тока, а дешифрирующее устройство по входному сигналу с осущест- вл ет 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 вращени  обоймы 35 с датчиком Холла 32 на внутренней поверхности смещена относительно оси его индуктора, насаженного на вал электродвигател  1. Така  конструктивна  особенность корректора позвол ет видоизмен ть форму выходного сигнала . при повороту обоймы с датчиком Холла в пределах 0-180° (фиг,5). Видоизменение формы сигнала происходит по следующей причине-. За счет смещени  осей вращени  обоймы и индуктора при повороте обоймы происходит радиальное перемещение датчика Холла относительно расточки индзпстора. При зтом происходит также незначительный поворот чувствительной поверхности датчика Холла относительно оси его . симметрии. Известно, что картина магнитного пол  цилиндрического индуктора видоизмен етс  в зависимости от рассто ни  от поверхности полюса вследствие разр жени  и искривлени  магнитных силовых линий.. Датчики Холла чувствительны только к нормальной составл ющей индукции магнитного пол , поэтому при 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 напр жени  датчика Холла измен етс  от трапецеидальной с перекодом в синусоидальную искаженную и неискаженную формы (фиг. 5).

При повороте обоймы в пределах I полюсного делени  индуктора корректоfn 360 ° ра (.и - ) датчик Холла практичес91529363

ки не испытывает радиального смещени . Формула так как у электродвигателей число зубцов статора п 12. Поэтому при таком повороте обоймы происходит смещение фазы выходного сигнала корректора в пределах 0-180 эл.град, без заметного изменени  формы сигнала.

10 изобретени 

Управл емый вентильный электродви- гатель по авт.ев - № 1259463,.о т л ичающиис  тем, что, с целью улучшени  качества регулировани  и повышени  равномерности вращени  путем исключени  момента зубцовых пульсаций, дополнительно введены корректор , выполненньй в виде индуктора с числом пар полюсов, равным числу зубцов статора электродвигател , и поворотной обоймы с датчиком Холла, 15 расположенной эксцентрично относительно индуктора и выполненной с возможностью поворота относительно своей оси в пределах 0-180, регулируемый источник тока, аналоговый 20 сумматор, узел выделени  модул  и компаратор напр жени , при этом индуктор корректора механически св зан последовательных регулировок, а имен- с валом, а обойма - с корпусом элект- ;но формы, фазы и амплитуды, достигает- родвигател , вход управлени  датчи- с  полное соответствие сигнала кор- 25 ка Холла подключен к выходу регули- ректора и, следовательно, компенси- руемого источника тока, а выход - рующего момента УВД возмлпцающему к одному входу аналогового сумматора, моменту  убтювых пульсаций. В резуль- к другому входу которого подключен тате момент на выходном валу УВД не задающий блок, вход релейного регул - измен етс  в процессе вращени  его 30 тора тока соединен через узел выделе- ротора. Посто нство вращающего момен- ни  модул  с выходом с -мматора и вхоИзвестно также, что величина вы- ю ходного сигнала датчика Холла определ етс  соотнощением U k-B-I, где В - величина индукции пол , пронизывающего датчик; I - ток в управл ющей цепи датчика: k - посто нный коэффициент. Из данного соотнощени  видно у что изменением величины тока правлени  датчика Холла корректора можно регулировать aмплитvдy выходно-. го сигнала.

Таким образомJ посредством трех

т  УВП гатэантирует высокую равномерность частоты вращени , что улучшает качество регулировани  и расшир ет область егп применени .

дом компаратора напр жени , выход которого подключен к управл ющему входу формировател  сигналов управлени ,

363

Формула

10 изобретени 

Управл емый вентильный электродви- гатель по авт.ев - № 1259463,.о т л и

J

дом компаратора напр жени , выход которого подключен к управл ющему входу формировател  сигналов управлени ,

а

W,

СК. I

т

Фие.

и

JZ

хл

vy

Фиг. 5

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Управляемый вентильный электродвигатель по авт.св. № 1259463, о тличающийся 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, 15 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 регуляизменяется в процессе вращения его ротора. Постоянство вращающего момента УВП гарантирует высокую равномерность частоты вращения, что улучшает качество регулирования и расширяет область его применения тора тока соединен через узел выделения модуля с выходом сумматора и входом компаратора напряжения, выход которого подключен к управляющему входу формирователя сигналов управле-