Вентильный двигатель с позиционной модуляцией напряжений

Мы рассмотрели схемы двигателей, в которых по сигналам ДПР осуществляется позиционная (связанная с положением ротора) коммутация секций. Такие схемы реализуются наиболее просто и хорошо стыкуются с импульсными системами управления, но имеют весьма существенный недостаток: в связи с дискретным характером коммутации, в двигателе возможны импульсные и ступенчатые пульсации момента, которые иногда бывают недопустимы при его использовании в прецизионных следящих системах. Для исключения этого недостатка вместо дискретного переключения секций, приводящего к дискретному перемещению вектора н.с. статора, осуществляют плавное изменение напряжений на секциях в соответствии с перемещением ротора относительно статора, т.е. позиционную модуляцию, которая приводит к плавному вращению вектора н.с. статора при поддержании постоянного углового рассогласования с вектором н.с. ротора. Такие двигатели могут быть реализованы, например, по схеме рис. 5.19.

Как видно из рисунка ВД с позиционной модуляцией содержит те же функциональные элементы, что и двигатель с дискретной коммутацией. На рисунке они обведены пунктиром. На ДПР, выполненный на основе синусно-косинусного ВТ, поступает переменное напряжение возбуждения. Частота напряжения возбуждения выбирается, как правило, повышенной – 1 кГц и более, а его амплитуда и фаза формируются с помощью модулятора в зависимости от знака и величины постоянного напряжения регулирования двигателем. Таким образом, при вращении ротора ВТ, связанного с ротором ЭМП, на выходе ДПР получим два гармонических амплитудно-модулированных напряжения, сдвинутых на частоте модуляции на угол 90 эл. градусов. Эти напряжения поступают на демодуляторы, с помощью которых преобразуются в два переменных напряжения, частота которых соответствует угловой частоте вращения, а амплитуда определяется сигналом управления Xр. Напряжения с выхода демодуляторов поступают на ШИМ-модуляторы, а с них на выходные инверторы напряжения, т.е. усиливаются по мощности. В рассматриваемом случае в двигателе используется инвертор напряжения, но это может быть и инвертор тока, который управляется непосредственно с демодулятора. В любом случае по сигналам с ДПР на секциях ЭМП формируется постоянное напряжение, величина и знак которого зависят от положения ротора относительно статора. Под действием этого напряжения в обмотке ЭМП формируется магнитное поле, вектор которого сдвинут относительно вектора поля индуктора на угол, определяемый установкой ДПР. В результате взаимодействия поля индуктора и поля статора ротор начинает вращаться, но при этом также плавно вращается вектор поля статора, сохраняя постоянное угловое рассогласование относительно вектора поля ротора, поэтому двигатель с позиционной модуляцией напряжений является полным аналогом синхронного двигателя при синусоидальном напряжении на обмотке и фиксированном угле коммутации. Мы рассмотрели двухфазный вариант ВД, но по такой же схеме может быть построен трехфазный вариант двигателя.

Как мы отмечали, основным достоинством ВД с позиционной модуляцией является отсутствие импульсных и ступенчатых составляющих в пульсациях момента.

Недостатком рассмотренной схемы является многократное преобразование напряжений, приводящее к дополнительным погрешностям и увеличивающее инерционность привода. Действительно, постоянное напряжение регулирования привода Xр преобразуется сначала в переменное напряжение возбуждения ВТ и в результате появляется погрешность и инерционность преобразования. Далее сигнал с выхода ДПР преобразуется снова в постоянное напряжение. Здесь сказывается погрешность, а в переходных режимах и инерционность ВТ как электромеханического элемента, а также погрешность и инерционность демодулятора.

Рис. 5.19. Функциональная схема ВД с позиционной модуляцией: ОВ – обмотка возбуждения ВТ; М – модулятор постоянного напряжения; УМ – усилитель мощности; ДМ – демодуляторы; ШИМ – широтно-импульсные модуляторы; ВИ – выходные инверторы; Xр – сигнал регулирования двигателя; ДПР – датчик положения ротора, выполненный на основе синусно-косинусного ВТ; a1,a2 – выходные концы синусной обмотки ВТ; b1,b2 – выходные концы косинусной обмотки ВТ; Uв – напряжение возбуждения ВТ

Для исключения инерционности индукционного ДПР используют кодовый датчик угла с последующим преобразованием информации в синусную и косинусную составляющие, например, по схеме рис. 5.20.

Рис. 5.20. Функциональная схема цифрового варианта ВД с позиционной
модуляцией напряжений

Здесь с ротором ЭМП жестко связан цифровой кодовый датчик угла (ЦДУ), с которого информация о положении ротора относительно статора (α) в цифровой форме поступает на синусный и косинусный преобразователи. С выхода последних информация также в цифровой форме поступает на устройства умножения, где коды, соответствующие sinα и cosα умножаются на сигнал регулирования момента Xр. Следовательно, если в предыдущей схеме умножение сигналов о положении ротора осуществлялось с помощью ВТ в аналоговой форме, то в рассматриваемой схеме для этого вводится специальное цифровое устройство умножения. В связи с этим удается исключить электромагнитную инерционность ДПР. В остальном схема не отличается от рассмотренной выше.

Дата добавления: 2015-08-05