Многодвигательный электропривод

Многодвигательный электропривод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

МНОГОДВИГАТЕЛЬНЙЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД fto авт. св. № 942232, о тл и ч а ю щ и и -с я тем, что, с целью повышения точности работы, устойчивости и быстродействия, он снабжён по крайней Мере о;цним блоком задержки, включённьол между мйогоканальным датчике положения ийдукто ра и функциональным преобразователем , пцичем упомянутый блок задержки выпол йен с выходной характеркс1 У О i М V тикой Ч г V я-.; 1, а многоканальный датчик положения индуктора выполнен с выходшЬй характеристикой vp

(19) (И) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

З(50 Н 02 Р 7/68

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

f° : i

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН1 Й:, ::,",. д

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 942232 (21) 3298999/24-07 (22) 12.06.81 (46) 15.,06.. 83. Вюл, 9. 22 (72) A.A, Волбкнтин, В.1(. Лозенко, E.8. Мальвин u B.Ô. Шалагинов

- (53) 621. 313. 292 (088.8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР

Р 942232, кл. Н О2 P 7/68, 1978.. (54)(57) ИНОГОДВИГАУЕДБНЬЯ ЭЛЕКЕРОПРИВОД йо авт. св.. И 942232, о тл и ч а.ю ц и и:с я тем, что, с целью повышения точности работы, устойчивости и быстродействия, он снабжен по крайней мере одним блоком задержки, включенным между многоканальным датчиком положения индуктора и функциональным преобразователем, причем упомянутый блок задержки .выполнен с выходной характерис Я.+К-И Ъ тнкОН Q =(V ), а многоканаланый. датчик положения индуктора выполнен с-выходной характеристикой

q- =(г + к + )(, в каждом канале, где - угловая длительность сигна-. ла на выходе блока задержки, 4 -, угловая длительность сигнала в канале многоканального датчика положения asдук тора, oh=- угловая длительность естеМ

-ственного такта «овееутации электродвигателя;

m - число секций якорной обмот- Я ки электродвигателя, ;1(=0,1,2,; ..:, и n = 0,1,2 ° .. целые числа, n k Фю- 2, - дробное число; 0,4 - gaO 6, 1

1023613

4О

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области синхронизированного электропривода, содержащего несколько вентильных электродвигателей, и может найти примене ние в построении систем синхронного вращейия нескольких механически несвязанных валов в широком диапазоне изменения нагрузки.

По основному авт. св. Р 942232 известен многодвигательный электропривод с синхронно вращающимися электродвигателями, содержащими каждый синхроннук машину с многоканальным датчиком положения индуктора, связанного по части каналов с цепью управления по крайней мере одного ключа коммутатора через функциональный преобразователь каждого сигнала в последоэательность импульсов, следящих друг за другом с интервалом времени, соответствующим величине пространственного рассогласования между индуктором данного элект родвигателя и индуктором электродвигателя, отстающего по направлению движения, к цепи управления указанного ключа дополнительно подключен формирователь по крайней мере одного импульса на временном интервале между двумя указанными последовательностями импульсов, длительность которого соответствует указанной величине пространственного рассогла. сования 1 J.

Недостатками известного электропривода являются значительные величины угла пространственного рассог ласоваиия Ь между индуктором дан- . ного электродвигателя и индукторами электродвигателей, отстающих по направлению движения> низкая устойчивость к сильным несимметричным возмущающим воздействиям и значительное время переходного процесса при построении электропривода на базе обшепрннятых электродвигателей, управляемых коммутатором по сигна- лам датчика положения индуктора.

Для таких электродвигателей с. m-секционной якорной обмоткой угловая длительность ф„ сигнала в канале многоканального датчика положения индуктора выбирается из условия .фб= (2 + Ц эл.рад., где <,= > -. угловая длительность естественного такта комиутации/ к 6,1,2... - целое цисла, )c ф щ- 2.

С учетом "изложенного дискретнце эначения величин угловой длитель- ности +0"лежат в пределах ж "т ".%>-1"

Синхронное движение механически несвязанных индукторов электродвигателей обеспечивается путем выявления в каждом естественном такте коммутации отстающего в пространст венном отношении электродвигателя и обеспечения ему работы на естественной механической характеристике и выявления также в каждом естественном такте коммутации опережающих

10 в пространственном отношении электродвигателей и перевода их на регулировочную механическую характеристику. Вид регулировочной мехайичес1кой характеристики определяется

t5 количеством ключей ком утатора, которые подвержены управляющему воздействию со стороны указанного формирователя импульсов и количеством импульсов, которые этот формирова-. ро тель формирует. В частности, для опережающих электродвигателей могут быть сформированы следующие квазиустановившиеся режимыг динами-. ческое торможение на угле пространственного рассогласования b,, разгон на угле (d-g), или противовключение на угле 6 - разгон на угле (eL-И.

Оценим в первом приближении точностные возможности многодвигательного электропривода (величину угла пространственного рассогласования д ), построенного на базе электродвигателей, выполненных по общепринятым рекомендациям. Сделав допуще« ния, аналогичные тем, которые принимаются при исследовании маломощных коллекторных электродвигателей постоянного тока, для вращающего момента Ц, развиваемого отстающим в пространственном отношении электродвигателем, работающим на естественной механической характеристике, получим

45,О, = 1-М . где ФЮ=hjU - относительная частота вращения, Е,:0 электродвижущая сила и напряжение питания.

5О Величина вращающего -. момента,0 опережающего в пространственном отношении электродвигателя определяется величиной тормозного момента, организуемого..на .угле пространствен55. ного рассогласования Ь в пределах угловой длительности каждого естественного такта коммутации а . При организации динамического торможения

h; ьо Ц, +ю — —, а при организации противовключения О<-4 щ- —. Пойм

СС скольку электродвигатели вращаются с одинаковой частотой вращения, то .после несложных преобразований-.для

1023613 искомой величины угла пространственного рассогласования получим а, - ф. (ф< -,О ) - при организа- ции: динамического торможения, Д, -ж (,О -,йе) - при организации противовключения..

Из приведенных выражений видно, что величина угла пространственного рассогласования для выбранного алгоритма управления определяется разностью моментов нагрузки на электродвигателях и абсолютной величиной. угловой длительности естественного такта коммутации (,. В электроприво-. де, построенном на базе трехсекционных электродвигателей с.шестиключевыми двухполупериодными коммутаторами (с(Ж/3), расчетные. значения углов пространственного рассогласования в зависимости От выбранного алгоритма управления для конкретных значений моментов нагрузки Ц = 0.,2,,Ца = 0 соответственно равны

:% Д. L д 4 зР 5о

Это статические значения углов пространственного рассогласования. В переходных режимах указанные углы . могут.принимать.существенно большие зиачейия, что приводит к низкой ус тойчивости и значительному времени переходного процесса. Для ряда электроприводов укаэанные значения углов

Ь :являются недопустимо большими, .например в электродриводах органов управления, в. технике кино, видеозаписи и др. Повышение точности .путем уменьшения углов. пространственного рассогласования может быть достигнуто увеличением числа секций якорной обмотки электродвигателя и чис.ла .ключей коммутатора. Однако это нецелесообразно, поскольку ведет к увеличению установленной мощности ключей коЫ фтатора, его усложнению и увеличению числа силовых проводов .между электродвигателем и коммутатором. Более рационально искусственно увеличить число тактов коммутации в пределах естественного такта коммутации электродвигателя. бель изобретения - повышение точности. устойчивости и быстродействия электропривода.

Поставленная цель достигается тем, что многодвигательный электропривод с синхронно вращающимися электродвигателями,. содержащими каждый синхронную машину с многоканальным датчиком положения индуктора, связанного по части каналов с цепью

: управления по крайней мере одного ключа коммутатора через функциональный.преобразователь каждого сигнала в последовательность импульсов, следующих друг за другом с интервалом

15 времени, соответствующим величине пространственного рассогласования между индуктором данного электродвигателя и индуктором электродвигателя, отстающего по направлению движения, к цепи управления указанного ключа подключен .формирователь rro крайней мере одного импульса на времениом интервале между двумя указанными последовательностями импульсов, длительнос ь которого соот- ветствует указанной величине прост-; ранственного рассогласования, допол- нительно снабжен по крайней мере одним блоком задержки„ включенным между многоканальным датчиком положения индуктора и функциональным зо преобразователем, причем упомянутый блок задержки выпопнен С выходной характеристикой (.L+x+q), а многоканальный датчик положения индуктора выполнен с.выходной ха.рактеристикой

Ф= (2+ и + )сй, в каждом канале, где - угловая длительность сиг-. нала на выходе блока за держки, — угловая длительность сигнала в канале; а(Ж - угловая длительность естественного такта комму.тации электродвигателя, m - число секций якорной об.мотки электродвигателя, к=0.,1,2... и n=0,1,2 - целые числа, ne k Фа- 2, - дробное число, 0,4 » g О,б. на фиг. 1 изображена блок схема

25

35 двухдвигательного электропривода," иа фиг. 2 — пример реализации функцио45 нального преобразователя, формирователя и блока задержки; иа фиг. 3диаграммы напряжений в узлах .двухдвигательного электропривода.

На фиг. 1 для примера изображен двухдвигательный электрбпривод с

50 двумя электродвигателями 1 .и 2.

Электродвигатели 1 и 2 содержат соответственно синхронные машины 3 и

4 с многоканальными датчиками 5 и б положения индуктора и двухполупе»

55 риодные коммутаторы 7 и 8. Синхронные .машины могут быть любого типа, например с возбуждением от постоян.ных магнитов, и содержат индукторы

9 и 10 и якорные обмотки 11 и 12.

6О Датчики 5 и б положения индуктора могут быть любого типа, например индуктивные с подмагничиванием, и содержат в данном случае по шесть чувствительных элементов (каналов) 65 -аждый, соответственно 13-18 и 19-24.

1023613

Ц 2.+ К+Я 3 5

60

Коммутаторы могут быть выполнены на любых известных управляемых переключающих приборах (ключах), например на транзисторах, и содержат в данном случае по шесть ключей каждый, соответственно 25-30 и 31-36.

Электродвигатели в данном случае содержат по шесть функциональных преобразователей каждый, соответственно 37-42 и 43-48, осуществляюших преобразование каждого сигнала датчиков 5 и б положения индуктора в последовательность импульсов, следующих друг за.другом с интервалом времени, соответствующим .величине пространственного рассогласования между индуктором данного электродвигателя и индуктором отстаю щего по направлению движения. Электродвигатели в данном случае содержат по шесть формирователей импульсов каждый, соответственно 49-54 и 55-60. Каждый из указанных формирователей формирует по крайней мере один импульс на временном интервале между двумя последовательностями импульсов, длительность которого соответствует указанной величине пространственного рассогласования. Электродвигатели дополнительно содержат по шесть блоков задержки сигнала на постоянную угловую длительность = с<(+ n) (g = 0,5, и =О ) каждый, соответственно 61-66 и 67-72 . Отношение угловой длительности Ч задержки сигнала на выходе блока задержки к угловой длительности

Я = — Ф$ g= 0 5; к 1) сигнала в канале многоканального датчика положения индуктора в данном случае равно угловая длительность сигнала на выходе блока задержки равна ф=Ч (1-(1 К-и)ah=%, Я+К+ g ) а отношение угловой длительности сигнала в канале многоканального датчика положения индуктора к угловой длительности M- KX естест3 венного, такта коммутации электродвигателя равно Ч>

2 + к + = 3,5, где в=3 - число секций якорной обмотки электродвигателя, К = 0,1,2... и n = 0,1,2... целые числа, n®k m2, k = 1, и О, 0,4 0,6, = 0,5., Электродвигатели 1 и 2 подключены к источнику электроэнергии любого типа, например источнику постоянного напряжения 73..

Якорные обмотки 11 и 12 синхронных машин 3 и 4 подключены к выходам коммутаторов 7 и 8. Многоканальные датчики 5 и б.положения индуктора связаны с цепями управления ключей

25-30 и 31-36 .колмутаторов 7 и 8 через последовательно включенные блоки задержки 61-66 и 67-72 и функциональные преобразователи 37-42 и

43-48. В частности, чувствительный элемент (канал) 13 связан с цепью управления ключа 25 коммутатора 7 через последовательно включенные

15 блок задержки 61 и фун циональный преобразователь 37. К цепям управления ключей 25-30 и 31-36 подклкчены формирователи импульсов 49-54 и 55-60 соответственно.

20 На примере двух функциональных преобразователей 37 и 43 и двух формирователей 49 и 55 показаны их связи с каналами датчиков 5 и 6 положения индуктора. Функциональные

25 преобразователи 37 и 43 связаны с одноименными каналалю 13 и 19 датчиков 5 и б положения индуктора.

Формирователи 49 и:55 связаны с каналами датчиков 5 и б положения индуктора: первый — с каналами 16 .и 24, а второй — с каналами 18 и .22.

Все эти связи являются необходимым (но не достаточными) и пока= заны условно в том смысле, что каждый конкРетный Функциональный преобразователь, например 37, осуществляет преобразование каждого сигнала канала 13 датчика 5 положения нндуктора (после задержки его в блоке задержки 61 на указанную угловую длительность P ) в последовательность импульсов, следующих друг за другом с интервалом времени, соответствующим величине пространственного рассогласования между ин45 дуктором 9 данного электродвигателя 1 и индуктором 10 отстающего по направлению движения и измеренным с помощью сигнала одноименного с каналом 13 канала 19 датчика б положения индуктора, и что формирователь, например, 49, осуществляет формирование по крайней мере одного импульса на временном интервале между двумя укаэанными последовательностями импульсов, длительность которого соответствует указанной величине пространственного рассогласования, измеренного с помощью сигналов каналов 16 и 24 датчиков 5 и б положения индуктора.

На фиг. 2 показан пример схемотехнической реализации на элементах логики Функционального преобразователя, формирователя и блока задержки для двух одноименных клю1023613

10 чей 25 и 31 коммутаторов 7 и 8 на примере двухдвигательного электропривода, изображенного на фиг. 1.

Блок задержки 61(67) сигнала на постоянную угловую длительность может быть реализован с помощью

5 двухв одовой логической схемы ИЛИ

74(75) и двухвходовой логической схемы И 76(77). Функциональный преобразователь 37(43) и формирователь импульсов 49(55) могут быть реализованы с помощью логической ячейки 78(79), включающей одну одиннадцативходовую логическую схему

ИЛИ 80(81) и одиннадцать логических схем И 82-92(93-103), четыре из 15 которых 82, 83, 85, 87(93,94,96,98)трехвходовые, а остальные 84, 86, 88, 89, 92 (95, 97, 99, 100, 103) двухвходовые. Для осуществления задержки, преобразования и формирования сигналов в-электроприводе предусмотрены логические схемы инвертирования 104, 109 (110, 115)..

К двум входам, логической схемы

ИЛИ 74(75) подключены выходы логической схемы инвертирования 106, 107, 112, 113, а к двум входам ло.гической схемы И 76(.77) подключены выход логической схемы ИЛИ 74(75) и выход канала 13(19) . К трем входам логической схемы И 82(93) подключены выход блока задержки 61(67) сигнала на постоянную угловую длительность P и выход логической схемы инвертирования 109(115). К трем входам логической. схемы И 83(94) подключены выход. канала 15(21) одноименного датчика 5(б) положения индуктора и выходы каналов 23(17) и 24(18) датчика 6(5) положения индуктора. К двум входам логическрй 40 схемы И 84(95) подключены выходы логических схем инвертирования

112(106)и 105(111). К трех входам логической схемы И 85(96) подключены выходы каналов 17(23), 19(13), 45

20(14) ° К двум входам логической схемы И 86(97) подключены выходы логических схем инвертирования

114(108) и 107(113) ° К трем входам логической схемы И 87(98) подключены выходы каналов 13(19), 19(13) и 22(16). К двум входам логической схемы И 88(99) подключены выход канала 15(21) и выход логической схемы инвертирования 112(106). К двум входам логической схемы 89(100) подключены выход логической схемы инвертирования 109(115) и выход канала 24 (18).;К входам логической схемы И 90(101) подключены выход канала 17(23) и выход логической схе- 60 мы инвертирования 114(108) . K двум входам логической схемы И 91(102) подключены выход логической схемы инвертирования 105(111) и выход канала 20(14). К двум входам логичес-. 65 кой схемы И 92(103) подключены выxone канала 13(19) и выход логической схемы инвертирования 110(104).

Выходы логических схем И 82-92 (93-103) подключены к входам логической схемам ИЛИ 80(81), выход которой подключен к .цепи управления ключа 25(31).

Построение блоков задержки, функциональных.преобразователей и формирователей, управлякщих другими ключами, выполняются аналогично с учетом угловых сдвигов в, каналах управления.

В каналах 13-18(19-24) датчика

5(б )положения индуктора сформированы сигналы U - U 8 (U - Ий4.) (фиг. 3) длительностью Я 7/676. Отношение угловой длительности ф сигнала в канале к угловой длительности

А @/Ъ естественного такта коммутации электродвигателя равно +/oC = 3,5.

Блок задержки, например, 61 осуществляет,задержку сигнала Г з в канале

13 на постояннук величину угловой длительности М =З(6 . отношение угловой длительности сигнала Ч к угловой длительности сигнала равно . / Ч = /7

Двухдвигательный электропривод работает следующим образом.

Пусть сигналы U<> - tg4 (фиг 3) в каналах 19-24 датчика б положения индуктора отстают от одноименных с ними сигналов Uqg - U 8 в каналах 13-18 датчика 5 положения индуктора на угол д (индуктор 10 электродвигателя 2 отстает в направлении движения от индуктора 9 электродвигателя 1) . Блоки задержки 61-66 и 67-72 осуществляют задержку каждого сигнала в каналах датчиков 5 и б положения индуктора на постоянную величину, угловая длительность которой равна q = В/6.

На выходе укаэанных блоков задержки

61-66 и 67-72 формируются сигналы, например U67 - П, угловая длительность которых соответствует общепринятым значениям Yp=+- =(.

Дальнейшее преобразование задержанных сигналов осуществляется в каналах 13-18 датчика 5 положения ин.дуктора. Функциональные преобразователи 37-42 осуществляют преобразование каждого задержанного сигнала, например, задержанного на угол

Ч сигнала в канале 13 в последовательность импульсов 82-87, следукщих друг эа другом с интервалом времени, соответствующим величине пространственного рассогласования Ь между индукторами 9 и 10. Указанное преобразование в канале 13 датчика

5 положения индуктора осуществляют логические схемы И 82-87 совместно с логической схемой ИЛИ 80. Совмест.

1023613

10 но с функциональными преобразователями 37-42 функционируют формирователи импульсов 49-54. Формирователь импульсов 49 формирует в данном случае в управлякщей цепи ключа 25 пять импульсов 088 - 09 " (фиг. 3) на временном интервале между двумя последовательностями импульсов Ug2- и2 . Эти импульсы сформированы с помощью логических схем И 88-92 совместно с логической схемой ИЛИ 80. На ключи 25-30 коммутатора 7 поступают преобразованные сигналы U2< - иЭо (фиг. 3) .

Логические выражения для преобразованных, импульсов в каналах 13 и 19 датчиков 5 и 6 положения индуктора имеют вид

"26. "- U6< ил7 ив0 им иЫ и24 и1а, июа Un Ъ 4о Uwo 4

И 19 2.2 15 И2 4ОФ 2ф

Uyy ° и+14 + и о и2о + 4з" и, оу

- 067 06 0л„. 08„.0 0Щ+ 4Н и об Ui Ö,9 ° и 4. + и.э-исоа

49 1Э" 6 24 406 4Ю Уф и1ъ U<09+ ион U14 U(Ô цюФ

Логические выражения для. сигналов на выходах блоков задержки 61 и 67 имеют вид ии = Uas (ию6+ и о )

"б7 = " 9 (" 2 + ". () °

Функциональные преобразователи .и формирователи импульсов электродвигателя 2 не осуществляют преобразование в каналах датчиков 6 положения индуктора, поскольку индуктор

10 этого электродвигателя 2 отстает в пространственном отношении от индуктора 9 электродвигателя 1. На цепи управления ключей 31-36 коммутатора в соответствии с логикой работы функциональных преобразоэателей и формирователей импульсов поступают задержанные на угол 9 сигналы вида и, - Uyg .

Линейное напряжение U на якорной обмотке 11 для рассматриваемого случая изображено на фиг. 3. Для сравнения там же изображена форма линейного напряжения иА 2на якорных обмотках 11 и 12 при синфазном вращении индукторов электродвигателей 1 и 2.

Сформированное таким образом ли. нейное напряжение Uä на якорной обмотке 11 опережак щего в пространственном отношении электродвигателя 1 обеспечивает на интервалах времени, соответствующих измеренным величинам пространственного рассогласования между синхронно вращающимися индукторами электродвигате.лей, эффективное торможение протквовключением.

65 ф а

ЯХ. а Ъ . "»

Изобретение распространяется на

m-секционные электродвигатели с однаполуцериодными и двухполупериодными коммутатОрами.

Изобретение расширяет функциональные возможности известного электропривода в части формирования различных афгоритмов управления путем изменения количества ключей коммутатора "которые подвержены управляюАнализ изображенных на фиг. 3 и фиг. 4 диаграмм показывает, что в предложенном устройстве искусственно увеличено по сравнению с из- . вестным электроприводом в два раза число тактов коммутации в пределах естественного такта коммутации электродвигателя. Теперь такт коммутации электродвигателя при работе в двухдвигательном электроприводе

30 равен p Wi(g т.е. стал в два раза меньше по угловой длительности, чем при работе его. в режиме с естественным тактом коммутации о =э=)З

Соответственно в два раза повыси35 лась и точность работы электропривода (в два раза при прочих равных условиях уменьшилась величина про- 1. странственного рассогласования Ь ), Это стало возможный благодаря введению блоков задержки сигнала на постоянную угловую длительность и нетрадиционному выполнению датчика положения индуктора s части формирования длительности выходных сигналов. В частности, в данном случае сформирован сигнал ф= 7(67<" который вообще неприемлем для управления электродвигателем в обычном исполнении, поскольку при такой длительности управляющего сигнала в коммутаторе возникает режим сквозз» ного короткого замыкания (режим од новременного включения ключей, принадлежащих одной секции якорной обмотки}.

С точки зрения сийметрии выходного напряжения и максимальной перегрузочной способности электропривода величина коэффициента должна выбираться равной $ 0,5. Однако .

40 с.учетом неточности изготовления сигнального элемента датчика положения .индуктора в формулу вводится допустимое поле изменения этого коэффициента 0,4 Ф . - 0,6. В данном случае коэффициент и О, что обеспечивает формирование .управляющих сигналов. ключами коммутатора отстающего в пространственном отно.шении электродвигателя длительностью Ч "- 1 . Коэффициент и может быть. выбран из условия n k т.е. и 1. В этом случае длительность указанных управляющих сигналов равна

1023613

12. щему воздействию со стороны формирователя импульсов, и количества импульсов, которые .этот формирователь Формируют. В данном случае количество импульсов можно изменять от

О до 5, в то время как в известном электроприводе от О до 2. Таким образом, изобретение повышает. точность работы электропривода с синхронно вращающимися электродвигателями прн прочих равных условиях (тип электродвигателя, тип коммутатора) в два раза за счет уменьшения в два раза величины. угла пространственного рассогласования. Уменьшение времени переходного процесса в электроприводе при возмущающих воздействиях . достигается за счет того что индук» тары электродвигателей смещаются в

@аэовом отношении на меныций угол.

1023б13

Ю

Щ

Ь

4С 11

Составитель Л. Краснов

Редактор О. Колесникова ТехредИ.Костик КорректорО.Билак / Заказ 4236/48 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г . Ужгород, ул. Проектная, 4