Вентильный электропривод

Вентильный электропривод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в тихоходных электроприводах с широким диапазоном регулирования частоты вращения. Цель изобретения - повышение точности регулирования частоты вращения и упрощение - достигается за счет более точного определения фактической частоты враще* ния. Для этого в датчике 18 частоты вращения апериодические звенья 24 и 25 подключены к выходам фазочувствительных выпрямителей 12 и 13 вентильного электропривода, а выходы и входы апериодических звеньев 24 и 25 соответствующим образом подключены к четырем блокам умножения 22, 23 и 26, 27, выходы которых попарно подключены к алгебраическим сумматорам 20 и 21, выходы которых подключены к блоку 28 деления. 2 ил.(Лс-^4СОо ^hO>&фиг.^

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 P 6/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 (л3

M (21) 4458789/07 (22) 12.07.88 (46) 15.02.92.Бюл. ¹ 6 (72) Р,.№Чайковский, Э.З.Тимощук, В.Е.Говенко, М.Е,Панчак и Б.И.Шкарупа (53) 621.313.13.014.2:621.382 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1635243, кл. Н 02 P 6/00, 1987.

Авторское свидетельство СССР

¹1510060,,кл. Н 02 P 6/62, 1986. (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в тихоходных электроприводах с широким диапазоном регулирования частоты вращения. Цель изо„„ Ы„„1713072 А1 бретения — повышение точности регулирования частоты вращения и упрощение — достигается за счет более точного определения фактической частоты вращения. Для этого в датчике 18 частоты вращения апериодические звенья 24 и 25 подключены к выходам фазочувствительных выпрямителей 12 и 13 вентильного электропривода, а выходы и входы апериодических звеньев 24 и 25 соответствующим образом подключены к четырем блокам умножения

22, 23 и 26, 27, выходы которых попарно подключены к алгебраическим сумматорам

20 и 21, выходы которых подключены к блоку

28 деления. 2 ил.

1713072

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам и системам автоматического управления, и может быть использовано в тихоходных электроприводах с широким диапазоном регулиро- 5 вания частоты вращения.

Цель изобретения — повышение точности регулирования частоты вращения и упрощение.

На фиг. 1 изображена функциональная 10 схема вентильного электропривода; на фиг, 2 — вариант выполнения датчика частоты вращения.

Вентильный электропривод реализован на базе. вентильного электродвигателя 1,и 15 содержит двухфазную синхронную машину

2, первый 3 и второй 4 блоки умножения, первые входы которыхобьединены. Выходы первого 3, второго 4 блоков умножения подключены через усилители 5 и 6 мощности 20 соответственно к синусной 7 и косинусной

8 фазам обмотки якоря синхронной машины

2, Вентильный электродвигатель 1 содержит также датчик 9 положения ротора, установленный на валу ротора синхронной 25 машины 2, синусная 10 и косинусная 11 выходные обмотки которого подключены через первый 12 и.второй 13 фазочувствительные выпрямители к вторым входам соответственно первого 3 и второго 4 блоков 30 умножения. Кроме того, вентильный электродвигатель 1 включает в себя источник 14 напряжения возбуждения, выход которого подключен к обмотке возбуждения датчика . 9 положения и через формирователь 15 35 опорного напряжения к опорным входам фазочувствительных выпрямителей 12 и 13, и задатчик 16 частоты вращения, выход которого подключен к первому входу блока 17 сравнения, второй вход которого соединен 40 с выходом датчика 18 частоты вращения, а выход — через предварительный усилитель

19 — с первыми входами первого 3 и второго

4 блоков умножения. Выходы первого 12 и второго 13 фазочувствительных выпрямите- 45 лей подключены к первому и второму входам датчика 18 частоты вращения. Датчик

18 частоты вращения состоит из двух алгебраических сумматоров 20 и 21 и первого 22 и второго 23 блоков умножения, Выходы 50 первого 22 и второго 23 блоков умножения подключены соответственно к первому и второму входам первого алгебраического сумматора 20.

Кроме того, датчик 18 частоты может .55 содержать первое 24 и второе 25 апериодические звенья, третий 26 и четвертый 27 блоки умножения и блок 28 деления, причем входы делителя 29 и делимого 30 блока 28 деления подключены к выходам первого 20 и второго 21 алгебраических сумматоров, а выход блока 28 деления образует выход датчика 18 частоты вращения. Выход первого алгебраического звена 24 подключен к первым входам первого 22 и третьего 26 блоков умножения датчика 18 частоты вращения, а вход — соединен с вторыми входами третьего 26 и второго 23 блоков умножения и образует первый, вход датчика 18 частоты вращения. Выход второго апериодического звена 25 подключен к первым входам второго 23 и четвертого 18 блоков умножения датчика 18 частоты вращения, а вход соединен с вторыми входами первого 22 и четвертого 27 блоков умножения и образует второй вход датчика 18 частоты вращения.

Выходы третьего 26 и четвертого 27 блоков умножения подключены соответственно к первому и второму входам второго алгебраического сумматора 21, Вентильный электропривод работает следующим образом.

Задатчик 16 вырабатывает сигнал заданной частоты вращения вентильного электродвигателя, который в блоке 17 сравнивается с выходным сигналом датчика 18 частоты вращения, Сигнал ошибки с выхода блока 17 сравнения, усиленный в предварительном усилителе 19, поступает в виде напряжения постоянного тока на вход вентильного электродвигателя 1. На обмотку возбуждения датчика 9 положения с выхода источника 14 напряжения возбуждения подается переменное напряжение. синусоидальной формы, например„ частотой 2 кГц, в результате чего на синусной 10 и косинусной 11 выходных обмотках датчика 9 положения появляются синусоидальные напряжения той же частоты, но промодулированные по амплитуде соответственно синусом и косинусом электрического угла поворота ротора датчика 9 положения, или электрического угла пово-, рота ротора синхронной машины 2, отсчитываемого от некоторой неподвижной оси, связанной со статором синхронной машины, Эти напряжения поступают на входы фазочувствительных выпрямителей 12 и 13.

Формирователь 15 опорного напряжения преобразует синусоидальйое напряжение, поступающее с выхода источника 14 напряжения возбуждения, в напряжение прямоугольной формы, которое подается на опорные входы фазочувствительных выпрямителей 12 и 13. В результате на выхоДах этих выпрямителей формируются напряжения постоянного тока, пропорциональные синусу и косинусу электрического угла поворота двигателя. Эти напряжения, умноженные в блоках 3 и 4 умножения на входное

1713072 (2) (3) U1=Upsinmo) t;

U2=Upcosmre t, 09=05+ 08=0о К cosP =

0о=К1К20ут, =0о К cos arctg гпвТ=

= 0г Kcos arccos . напряжение двигателя и усиленные в усилителях 5 и б мощности, преобразуются в напряжения, приложенные к сдвинутым друг относительно друга на 90 эл, град. фазам якорной обмотки синхронной машины 2.

При этом в расточке статора машины возникает результирующая МДС, вектор которой, представляющий собой сумму векторов

МДС синусной и косинусной фаз, направлен под углом (р к оси отсчета углов и, таким образом, жестко связан с ротором синхронной машины 8. Установленные на роторе постоянные магниты (либо полюсы с обмоткой возбуждения) ориентированы так, что вектор их МДС перпендикулярен вектору МДС якорной обмотки, Как известно, при такой ориентации полей электромагнитный момент, приложенный к ротору двигателя, максимален. Под действием этого момента ротор вращается, а вместе с ним вращается и вектор МДС якорной обмотки, а также вектор МДС возбуждения синхронной машины 2. Поскольку при этом взаимная ориентация названных векторов не меняется, значение момента двигателя, как и в обычном коллекторном двигателе постоянного тока, не зависит от углового положения ротора и определяется фазными токами обмотки якоря, определяемыми разностью между фазными напряжениями, пропорциональными входному (управляющему) напряжению вентильного электродвигателя 1, и противоЭДС. пропорциональной частоте вращения. Благодаря действию отрицательной обратной связи по частоте вращения, реализуемой с помощью датчика 16, значение частоты вращения двигателя поддерживается равным заданному путем воздействия на входное напряжение двигателя, Датчик 16 частоты вращения в предлагаемом вентильном электроприводе работает следующим образом.

При работе вентильного электропривода на выходах фазочувствительных выпрямителей 12 и 13 формируются напряжения, описываемые уравнениями: где K1 — коэффициент передачи датчика 9 положения;

Кг — коэффициент передачи фазочувствительного выпрямителя, 12 и 13;

U>m — амплитуда переменного напря>кения источника 14;

m — число пар полюсов синхронного двигателя 3 и датчика 9 положения;

5 в — частота вращения ротора синхронного двигателя 2; в t= а — угол поворота ротора синхройного двигателя 2.

Передаточная функция апериодических

10 звеньев 24 и 25 имеет следующий вид: где Кз — коэффициент передачи апериодических звеньев 24 и 25;

Т вЂ” постоянная времени апериодических звеньев 24 и 25; о

Р= — — символ дифференцироваclt ния, Пройдя через апериодические звенья

24 и 25, напряжения U1 и U2, снимаемые с выходов фазочувствительных выпрямите25 лей 12 и 13, преобразуются в напряжения 0з и U4:

0з= 0оКзз)п(тв t 3);

3О U4= ОоКзсоз(пю t p), где P = arctg ев Т вЂ” сдвиг по фазе между выходным и входным напряжением апериодических звеньев 24 и 25.

Напряжения на выходе четвертого 27, первого 22, второго 23 и третьего 26 блоков умножения

05= Ка0г0а= 2 Uo icos/+ соз(2аш1-ф)) =

4() 06= К4020з= — Uo K(-з!пВ+ sin(2m 1-р));

0>= QUi04= 2 Uo K(sinp+ sin(2mo>t p));

1

0a= Ка0103= 2 Uo K(cpps -со$(2пъи t-р)), (4) где К4 — коэффициент передачи умножителей, К=КзК4 — общий коэффициент усиления.

Напряжение Ug на выходе сумматора 21 равно сумме выходных напряжений третьего 26 и четвертого 27 умножителей

1713672

=Up K г 1 /1 + (m го Т ) (5) 1 где arcing mo) T=arccos

1+(т(дт)2

Напряжение Ою на выходе сумматоравычитателя 20 равно разности выходных напряжений второго 23 и первого 22 умножителей

0ю=07 06-.-0о K sinP =

=Up К sin arctg тв T= г mmT

= Up Ksin arcsin

1 1+(Щ (ОТ)г г m (z) T

=Up K 1 + (т го Т ) (6) Блок 28 деления вычисляет отношение напряжений (6) и (5) U»- == m го Т = Кс со, 0<о

Uo (7) п гоТ

01о=0о К, j1+(m жт) (8) Для расчета параметров системы автоматического регулирования возможно пользоваться упрощенным уравнением такого датчика частоты вращения, которое получается из уравнения (8) путем пренебрежения слагаем ы м (тв Т) г

U1o = Up K m(l) T= К, в, 1 г 1 (9) где Кс =Up KmT — коэффициент датчика часг тоты. вращения. где 011 — выходное напряжение блока 28 деления;

Кс=ж Т вЂ” коэффициент датчика 18 частоты вращения.

Таким образом, благодаря совместной работе апериодических звеньев 24 и 25, умножителей 22, 23 и 26, 27, алгебраических сумматоров 20 и 21 и блока 28 деления на выходе датчика 18 вырабатывается сигнал, пропорциональный частоте вращения вентильного электродвигателя 1, B тихоходных безредукторных моментных приводах, у которых (гпсо Т).«1 в качег стве выходного напряжения датчика 28 может быть использовано напряжение 0ю сумматора-вычитателя 20

Ошибка в определении частоты вращения определяется выражением:

0ю — 01о „

0ю

=(1 — j1+(mr )T) ) 100.(/ ) (10)

Так, например, при Т=0,030 с и m=8 в диапазоне скоростей от 0 до а = 1,33 1/с ошибка составляет от 0 до -5 О .

Н а фиг. 2 и редста влена фун кциональная схема упрощенного датчика 18 частоты вращения.

Сигнал, пропорциональный частоте вращения вентильного электродвигателя 1, может быть получен с достаточной степенью точности при помощи апериодических звеньев 24 и 25, умножителей 22 и 23 и алгебраического сумматора 20.

Таким образом, выделение сигнала, пропорционального частоте вращения вентильного электродвигателя, без использования тригонометрических функциональных преобразователей, моделей или дополнительных датчиков параметров электродвигателя позволяет повысить -очность регулирования частоты вращения и упростить вентил ьн ый зле ктроп ри вод.

Формула изобретения

Вентильный электропривод, содержащий двухфазную синхронную машину, первый и второй блоки умножения, первые входы которых объединены, а выходы через усилители мощности подключены соответственно к синусной и косинусной фазам об40 мотки якоря синхронной машины, датчик положения ротора, установленный на валу ротора синхронной машины, синусная и косинусная выходные обмотки которого подключены через первый и второй

45 фазочувствительные выпрямители к вторым входам соответственно первого и второго блоков умножения, источник напряжения, выход которого подключен к обмотке возбуждения датчика положения ротора, и через формирователь опорного напряжения— к опорным входам фазочувствительных выпрямителей, задатчик частоты вращения, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу датчика частоты вращения, а выход подключен через предварительный усилитель к первым входам первого и второго блоков умножения, выходы .первого и второго фазочувствительных выпрямителей подключены к первому и второму входам

1713072

Puz Z

50

Составитель А.Иванов

Редактор Л,Пчолинская Т хред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 543 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5: (Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 датчика частоты вращения, составленного из двух алгебраических сумматоров и первого и второго блоков умножения, выходы которых подключены к соответствующим входам первого алгебраического сумматора, отличающийся тем, что,.с целью повышения точности регулироваНия ча стоты вращения и упрощения, датчик частоты вращения вентильного электропривода дополнительно снабжен первым и вторым апериодическими звеньями, третьим и четвертым блоками умножения, и блоком деления, входы делителя и делимого которого подключены соответственно к выходам первого и второго алгебраических сумматоров, а выход образует выход датчика частоты вращения, причем выход первого апериодического звена подключен к первым входам первого и третьего блоков умножения датчика частоты вращения, а вход соединен с вторыми

5 входами третьего и второго блоков умножения и образует первый вход датчика частоты вращения, выход второго апериодического звена подключен к первым входам второго и четвертого блоков умножения датчика ча10 стоты вращения, а вход соединен с вторыми входами первого и четвертого блоков умножения и образует второй вход датчика час= таты вращения, выходы третьего и четвертого блоков умножения подклю15 чены соответственно к первому и второму входам второго алгебраического сумматора.