同步电动机的速度控制装置制造方法及图纸

一个同步电动机的速度控制装置，具有一个与电动机转子固定连接的分相器，该分相器产生一个与电动机旋转磁场角位置相对应的调相信号；一个将调相信号转换为电动机转速信号的电路；一个根据转速信号来产生比参考信号超前相位角的相位补偿电路；一个将调相信号与转速指令信号相乘的乘法器；一个利用相位补偿电路的输出对乘法器的输出进行同步整流的同步整流器以及一个电流控制回路电路．用来接收同步整流器的输出并产生一个具有与相位补偿电路中相位超前角相等的相位滞后角信号．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
同步电动机的速度控制装置本专利技术是关于在电枢中通以交流电流的电动机的速度控制装置，更具体地说，是关于具有旋转磁场的同步电动机的变速控制装置。旋转磁场式同步电动机具有一个可称之为定子的电枢和称之为转子的磁极。流入电动机定子绕组的多项交流电流产生旋转磁场，该旋转磁场通过作用于转子上的磁引力使其同步旋转。在介绍常规的同步电动机的速度控制装置以前，先说明一下直流电动机和同步电动机所产生的力矩的关系，将有助于容易地理解本专利技术。图1A为一直流电动机在转轴方向的截面图。其中FM是磁极，AM是一个电枢，AW是电枢绕组，DCV是直流电源。图1B说明了图1A所示的在直流电动机中产生的有关电枢电流（Ia）、磁场或磁通量（φ）和力矩（T）的弗来明左手定则。如图1A、1B所示，一个整流器RC接通或断开电枢电流Ia以使它总保持在与磁通φ垂直方向上流动。在此情况下，产生的力矩T如下所示：T＝K·φ·Ia    （1）这里K为常量。等式（1）表示当磁通φ的值为常量时，力矩T与电枢电流Ia成比例。图2表示沿同步电动机转轴方向的截面图，该同步电动机具有旋转磁场磁极PM，其中“SW”表示定子绕组而“Is”表示流过定子绕组“SW”的电流矢量。为了将式（1）运用于图2所示的具有旋转磁场磁极的同步电动机，有必要将磁极PM的磁通φ以磁通矢量φs表示。进一步地，定子绕组SW的电枢电流Ia用电流矢量Is表示，相应地，同步电动机所产生的力矩T由式（2）表示：T＝K·φs·Is    COS    γ    （2）-->图3表示图2所示的同步电动机的等值电路。在图中Ra表示定子（电枢）绕组的电阻，Xs表示在定子绕组上的感应磁通和漏磁通的等效电感，V是电压源，γ是电枢电流s与电枢电流在定子绕组上的感应电动势的相位差。因此，当相位差γ为零，即电动势与电枢电流s同相时，式（2）变成下式：T＝K·φs·Is    （3）式（3）表示同步电动机有可能用与直流电动机相同的产生力矩的方式来驱动。换句话说，式（3）表明为了有效地驱动同步电动机，有必要控制流过定子绕组的电枢电流Is以便使旋转磁场的磁通φs总是与电流Is成直角。此外，电枢电流Is可称为同步电动机角速度ω初滞后角的函数，它包括一个由定子绕组的电阻Ra和电感La组成的时间常数Ta。相应地，当同步电动机转速升高时，就产生了电枢电流Is的相位滞后。在同步电动机的驱动装置中采用一个电流控制回路来减小相位滞后是一种传统的方法。图4为一电动机驱动装置的控制框图。图中，GV表示该装置中电流放大器的放大系数，Gi表示该装置中的电流反馈增益。在图4中，装置的传递函数G（s）如下所示：G(S)=I/V=GV(1Ra·11+STa)1+Gi·Gv(1Ra+11+STa)]]>(4)这里S＝jw，-->此外，开路增益Go（S）表示如下：Go（S）＝Gi·GV/Ra（1+STa）（5）当Go（S）＞＞1时，传递函数变为下式：G（S）＝1/Gi    （6）式（6）表示当Go（S）＞＞1时，传递函数与时间常数Ta和旋转角速度ω无关。这就是在同步电动机的驱动装置上采用电流控制回路的原因。图5表示用于同步电动机驱动控制的常规式控制电路框图。在该图中，标号2表示，一个两相分相器，它对于同步电动机6的转子7的转角θ产生一个调相信号。标号2a、2b是分相器2的初级绕组，分别为余弦绕组和正弦绕组，由参考信号发生器提供的正弦波信号Cos    Wot和Sin    Wot分别输入这两个绕组。标号2C是在分相器2转子上的次组绕组，该转子被固定在电动机6的转子7上，当初级绕组2a，2b和次级绕组2c间产生电动势时，次级绕组2c上就产生了信号Sin（ωot+θ）。标号8是一个乘法器，用来将输出信号Sin（ωot+θ）和速度指令装置10的输出信号V相乘，标号12表示波整形器，用来把一个输出信号Sin（ωot）整形为矩形脉冲系列。标号14表示一个同步整流电路（或相位鉴别电路），其作用是用来自波整形器12的矩形波信号对乘法器8的输出信号V.Sin（ωot+θ）作同步整流。标号16是一电流控制回器，用来产生一控制信号I＊Sinθ，从而供给一个由半导体元件组成的已知功率驱动装置18。电流控制回路16接收信号V.Sinθ和由检测装置17产生的电流反馈信号Ifb，该检测装置检测流过电动机6的电枢绕组的实际电流。-->图6A、6B是图5中同步整流器14的详细框图。图6A和6B分别表示数据型和模拟型同步整流器。如图6A所示，数据型同步整流器14A具有一个波整形器22，其作用是把信号Sin（ωot+θ）变为矩形波信号23;一个微分器24，它在波整形器12的各输出矩形信号21上跳沿到来的同时，对其进行时间微分从而产生一脉冲信号Pr，如图6C所示;另一个微分器26，如图6C所示，它通过对波整形器22的输出信号23在其每一信号的上跳沿到来的同时进行微分而获得脉冲信号Pr′;以及一个触发电路28，它由脉冲Pr置“1”并由脉冲Pr′清零。同步整流器14A进一步包括一个“与”门32，当触发电路28置1时，允许从脉冲发生器30产生的时钟脉冲Dp通过。数字型同步整流器14A还包括一个计数器34，供计录通过“与”门32的时钟脉冲数;转换器36，它根据计数器34的值和速度指令信号V产生一个信号V.Sinθ，其中计数器34的值和参考信号Sin    ωot与分相器2产生的调相信号Sin（ωot+θ）的相位差θ相对应，该转換器36包括一个涉及到值θ并将其转换为Sinθ的参考存储盘36A，和一个数摸转換器36B。14A还有一个乘法器35，用来将速度指令信号V和信号Sinθ作乘法。另一方面，图6B表示一个模拟式同步整流器14。在图中，标号38是波整形器，它的输出信号在反相器45中作逻辑非运算，然后送入模拟开关装置40中的开关44，波整形器的38的另一个输出信号被送到模拟装置40中的开关42上，开关42允许信号V.Si（ωot+θ）通过一个低通滤波器48来形成信号V    Sim    Q。开关44允许模拟反相器41产生的VSin（ωot+θ）通过一个低通滤波器48来形成信号VSinθ反相信号47通过低通滤波器48，该模拟反相器-->包括一个运算放大器46，一个输入电阻46A和一个反馈电阻46B。图7A表示图5所示的电流控制回路16的电路图。在该图中，标号16A是放大系数为Gi的运算放大器，标号16B，16C和16D是电阻，标号16E为电容。下面，对图5所示的电路框图的功能及工作进行解释。在该图中，当在同步电动机6上的可旋转的转子7以角速度ω旋转，并且其转角转到如图所示的角度θ时，分相器2的次级绕组2C产生一个调相信号Sin（ωot+θ），乘法器8将速度指令值V和调相信号Sin（ωot+θ）相乘，从而产生信号VSin（ωot+θ）。同步整流器14用来自波整形器12的矩形波同步地对调整信号VSin（ωot+θ）进行整流，产生与转子7角位移一致的信号VSinψ。接着，信号VSinθ和电流反馈信号Ifb被送入电流控制回路装置16中，产生控制信号I＊Sinψ，并将它送入半导体型驱动装置18。在装置18中，信号I＊Simψ被变为多相交流信号，将每相信号送到与电动机6的定子上的电枢绕组相对应的功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个同步电动机的速度控制装置，包括：给电动机转速指令的装置；用于产生与旋转磁场角位置有关信号的装置；该旋转磁场与电动机转子的旋转磁场相对应，用于根据上述速度指令装置提供的速度指令和上述信号产生装置的信号来产生电枢电流指令的装置。用于 根据上述电枢电流指令在电动机的电枢绕组上产生一所需的电枢电流的装置；该电枢电流指令产生装置包括一个相位补偿装置，它使与角位置有关的上述信号超前一个相位角，该电枢电流指令产生装置还包括一个理想电枢电流产生装置，它包括一个以上述电枢电流指令值为输入的电流控制回路电路。

【技术特征摘要】
1、一个同步电动机的速度控制装置，包括：给电动机转速指令的装置；用于产生与旋转磁场角位置有关信号的装置；该旋转磁场与电动机转子的旋转磁场相对应，用于根据上述速度指令装置提供的速度指令和上述信号产生装置的信号来产生电枢电流指令的装置。用于根据上述电枢电流指令在电动机的电枢绕组上产生一所需的电枢电流的装置；该电枢电流指令产生装置包括一个相位补偿装置，它使与角位置有关的上述信号超前一个相位角，该电枢电流指令产生装置还包括一个理想电枢电流产生装置，它包括一个以上述电枢电流指令值为输入的电流控制回路电路。2、根据权项1所述的同步电动机速度控制装置，其中，上述信号产生装置包括一个与上述电动机转子固定连接的分相器，它产生一个调相信号作为与旋转磁场角位置有关的信号。3、根据权项1所述的同步电动机速度控制装置，其中，上述电枢电流指令产生装置，包括一个转速信号产生装置，它用于产生与上述电动机转速对应的速度信号，并用该速度信号供给上述相位补偿装置。4、根据权项3所述的同步电动机速度控制装置，其中，上述转速信号产生装置包括一测速发电机。5、根据权项2所述的同步电动机速度控制装置，其中，上述电枢电流指令产生装置包括一个转速信号产生装置，用来产生对应于上述电动机转速的速度信号，并将该旋转速度信号供给上述相位补偿装置。6、根据权项5所述的同步电动机速度控制装置，其中，上述转速信号产生装置包括一个将分相器提供的调相信号转换为转速信号的电路装置。7、根据权项6所述的同步电动机速度控制装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：小野忠弘，三浦尚志，
申请(专利权)人：东芝机械株式会社，东映电器株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]