Электропривод с частотно-токовым управлением

Электропривод с частотно-токовым управлением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в регулируемом электроприводе на базе синхронных двигателей с частотно-токовым управлением. Сущность изобретения: электропривод содержит синхронный двигатель 1 с фазовращателем 2, фазочувствительный выпрямитель 3, соединенный выходом через усилитель 4 фазных токов с фазными обмотками двигателя 1, генератор 5 синусоидальных напряжений, соединенный выходом с опорным входом фазочувствительного выпрямителя 3 и с входными обмотками фазовращателя 2, управляемый фазосмещающий блок 6, подключенный сигнальным входом к выходу фазовращателя 2, а выходом-к информационному входу фазочувствительного выпрямителя 3, который подключен первым входом к выходу блока 8 управления моментом синхронного двигателя, вторым входом - к выходу блока 9 задания начальной фазы тока синхронного двигателя, а выходом - к управляющему входу фазосмещающего блока 6. 2 ил. СО с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 P 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф

К)

«О

Ф (21) 4883852/07 (22) 01.10.90 (46) 23.06.92. Бюл. Я 23 (71) Научно-производственное объединение

"Ротор" (72) М.И.Ярославцев (53) 621.316(088.8) (56) Бродовский В.И., Иванов Е,С. Бесконтактный электропривод с частотно-токовым управлением для замкнутых систем регулирования, — Электричество, 1967, hh 10, с,5360, рис.1.

Авторское свидетельство СССР

М 1136292, кл. Н 02 P 7/42, 1985, (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД С ЧАСТОТНО-TOKOBblM УПРАВЛЕНИЕМ (57) Использование; в регулируемом электроприводе на базе синхронных двигателей с частотно-тсковым управлением. Сущность

„„5U„„1742974 А1 изобретения: электропривод содержит синхронный двигатель 1 с фазовращателем 2, фазочувствительный выпрямитель 3, соединенный выходом через усилитель 4 фазных токов с фазными обмотками двигателя 1, генератор 5 синусоидальных напряжений, соединенный выходом с опорным входом фазочувствительного.выпрямителя 3 и с входными обмотками фазовращателя 2, управляемый фазосмещающий блок 6, подключенный сигнальным входом к выходу фазовращателя 2, а выходом — к информационному входу фазочувствительного выпрямителя 3, который подключен первым входом к выходу блока 8 управления моментом синхронного двигателя, вторым входом — к выходу блока 9 задания начальной фазы тока синхронного двигателя, а выходом — к управляющему входу фазосмещающего блока 6. 2 ил.

1742974

10

20

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управляемым электроприводам переменного тока с частотно-токовым управлением, и может быть использовано в регулируемом приводе подач на базелинейных синхронных двигателей.

Известен электропривод с частотно-токовым управлением, содержащий синхронный двигатель, датчик положения типа сельсина, ротор которого механически соединен с ротором двигателя, блок фазированных выпрямителей, соединенный выходом через усилитель фазных токов с фазными обмотками синхронного двигателя, генератор синусоидальных напряжений, соединенный выходом с опорным входом блока фазированных выпрямителей и через управляемый амплитудный модулятор с входной обмоткой датчика положения, выходные обмотки которого подключены к информационному входу блока фазированных выпрямителей, Управление моментом осуществляется путем запитки обмотки возбуждения сельсина переменным напряжением несущей частоты с регулируемой амплитудой, Инерционность цепи возбуждения сельсина существенно снижает быстродействие электропривода.

Недостатком известного электропривода я вляется невысокое быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому является электропривод с частотно-токовым управлением, содержащий синхронный двигатель, фазовращатель, ротор которого механически соединен с ротором двигателя, фазочувствительный выпрямитель, соединенный выходом через усилитель фазных токов с фазными обмотками синхронного двигателя, генератор синусоидальных напряжений, выходом подключенный к входным обмоткам фазовращателя, управляемый фазосмещающий блок, подключенный сигнальным входом к выходу фазовращателя, а выходом — к информационному входу фазочувствительного выпрямителя, блок управления моментом синхронного двигателя и блок задания начальной фазы тока синхронного двигателя. При этом генератор синусоидальных напряжений соединен с фазочувствительным выпрямителем через блок задания амплитуды тока, управляющий вход которого подключен к блоку управления синхронным двигателем, а блок задания начальной фазы тока синхронного двигателя подключен к управляющему входу фазосмещающего блока.

Фазные обмотки синхронного двигателя запитываются токами, пропорциональными напряжениям:

Ufi = Uocosp 0- Uasinp О;

Uq)=UDsinp О+ Ua cos 0, где UD u Ua — напряжения заданной продольной и поперечной составляющих тока синхронного двигателя;

Π— угол, равный механическому углу между осями входных и выходной обмоток фазовращателя; р — число пар полюсов синхронного двигателя.

Возникающий момент вращения пропорционален амплитуде поперечной составляющей тока синхронного двигателя.

В известном устройстве амплитуда тока в каждой фазе задается с использованием блоков умножения. Поскольку для блоков умножения характерна погрешность перемножения сигналов, то не представляется возможным сформировать фазные токи синхронного двигателя с равными амплитудами. Ro этой причине возникают паразитные пульсации в моменте вращения двигателя, снижающие точность управления им.

Например, широко используемый четырехквадрантный аналоговый перемножитель сигналов типа интегральной микросхемы К525 ПС1 характеризуется нелинейностью перемножения по входам — до

4% а также прогрешностью перемножения входных напряжений — до 4%.

Недостатком известного устройства является невысокая точность регулирования момента вращения синхронного двигателя, обусловленная наличием паразитных пульсаций момента вращения. Эти пульсации порождаются неравенством амплитуд фазных токов двигателя, вносимым блоками умножения.

Целью изобретения является повышение точности регулирования момента вращения за счет обеспечения равенства амплитуд токов двигателя.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого электропривода; на фиг.2 — схема управляемого фазосмещающего блока.

Электропривод содержит синхронный двигатель 1, фазовращатель 2, ротор которого механически соединен с ротором двигателя 1, фазочувствительный выпрямитель

3, соединенный выходом через усилитель 4 фазных токов с фазными обмотками синхронного двигателя 1, генератор 5 синусоидальных напряжений, соединенный выходом с опорным входом фазочувствительного выпрямителя 3 и с входными обмотками фазовращателя 2, управляемый

1742974

25 (3) 30

55 фазосмещающий блок 6, подключенный сигнальным входом к выходу фазовращателя 2, а выходом — к информационному входу фазочувствительного выпрямителя 3, сумматор 7, подключенный первым входом- к выходу блока 8 управления моментом синхронного двигателя, вторым входом — к выходу блока 9 задания начальной фазы тока синхронного двигателя, а выходом — к управляющему входу фазосмещающего блока

6.

Управляемый фазосмещающий блок 6 содержит счетчик 10 импульсов, счетный вход С, которого подключен к генератору 11 импульсов, вход сброса R — к выходу триггера 12, вход установки S которого подключен к выходу P счетчика 10, а вход установки нуля R, объединенный с входом записи L счетчика 10, подключен к выходу формирователя 13 коротких импульсов. Сигнальным входом фазосмещающего блока 6 является вход формирователя 13 коротких,импульсов, управляющим входом — вход А.предустановки счетчика 10, а выходом — выход Р. счетчика 10.

Фазочувствительный выпрямитель 3 в упрощенном варианте состоит из элементов выборки-хранения, каждый из которых включает в себя управляемый ключ и запоминающий конденсатор. Входные цепи ключей образуют опорный вход фазочувствительного выпрямителя, а цепи коммутации кл ючей — его информацион н ый вход.

В качестве блока 8 управления моментом синхронного двигателя может быть регулятор скорости или углового положения ротора двигателя с цифровым выходом. Регулятор скорости может содержать задатчик и датчик скорости вращения, измеритель рассогласования скоростей и регулятор, например, П-типа на выходе.

Электропривод работает следующим образом.

Для примера в качестве синхронного двигателя рассмотрим двухфазную синхронную машину с возбуждением от постоянных магнитов.

Управляющий сигнал Us(t), приходящий от блока 8, суммируется с заданием Ug начальной фазы тока синхронного двигателя на сумматоре 7. Полученный результат поступает на управляющий вход фазосмещающего блока 6.

Генератор синусоидальных напряжений вырабатывает двухфазное напряжение.

Usp, = Usocos ос; Use = 05оз п в с, (1) которое поступает на опорный вход фазочувствительного выпрямителя 3 и используется для возбуждения фазовращателя 2, с выхода которого снимается напряжение

Uz = Uzpsin (ж t — О(с) — ®, (2) где ж — несущая частота;

0 (t) — смещение по фазе, пропорциональное углу поворота ротора двигателя;

Usp, Uzo и Оо — постоянные величины.

Выходное напряжение фазовращателя

2 поступает на сигнальный вход управляющего фазосмещающего блока 6.

В фазосмещающем блоке 6 формирователь 13 преобразует входное синусоидальное напряжение (2) в серию коротких импульсов, которые вырабатываются в моменты смены знака входного напряжения с отрицательного на положительный, т.е. в моменты времени

ti — „ = 0,1,2,..., где 0(с;) — смещение по фазе, пропорциональное углу поворота ротора двигателя и соответствующее времени сь

На выходе фазосмещающего блока 6 вырабатываются короткие импульсы, задержанные относительно выходных импульсов формирователя 13 на время, пропорциональное сигналу, поступающему на управляющий вход блока 6, т.е. в моменты времени с;—

Ш где r= K(Us(t)+ Ug);

К вЂ” постоянная величина.

Короткие импульсы с выхода фазосмещающего блока 6 приходят на информационный вход фазочувствительного выпрямителя 3, в котором замыкают управляемые ключи, Запоминающие конденсаторы заряжаются до напряжений, равных напряжениям на входах ключей. После размыкания ключей напряжения на запоминающих конденсаторах сохраняются.

Поскольку на опорный вход фазочувствительного выпрямителя 3 приходит двухфазное напряжение (1), а на информационный вход поступают короткие импульсы ь момент времени (3), то на выходе фазочувствительного выпрямителя 3 сформируется ступенчатый сигнал, апроксимирующий двухфазное напряжение:

0зА = Uapcos(0(t) + К ш Us(t) — 8p+ Кш Ug); (4)

0зв = Uzosin(0(t)+ KcuUs(t) Оо+ KNUg).

При обеспечении начального смещения по фазе выходного сигнала фазовращателя

2 (2) на угол 0o = К со . Ug двухфазное напряжение (4) принимает вид

03А = 030 cps(0(t) + К cuUs(t));

0зв = Ugpsin(0(t) + К а Us(t)), где Uso — постоянная величина.

Это двухфазное напряжение поступает на усилитель 4 фазных токов, который запи1742974

25

55 тывает обмотки синхронного двигателя токами, пропорциональными заданию, т.е. А = !осоз(0(с) + К ж Us(t));

ia = ipsin(0(t) + К а Us(t)), (5) где iü — постоянная величина.

При запитке обмоток синхронного двигателя токами (5), возникающий момент вращения оказывается равным

M = Моз! и К и .4 (й), (6) где М - постоянная величина.

Управление моментом синхронного двигателя с помощью регулирования фазы токов осуществляется при постоянной амплитуде. Это позволяет обеспечить равенство амплитуд токов двигателя с высокой точностью. Регулирование же фазы токов с помощью одного фазосмещающего блока исключает возможное неравенство управляемых смещений по фазе токов двигателя.

В предлагаемом электроприводе обеспечивается равенство как управляемых смещений по фазе токов двигателя, так и равенство их амплитуд, исключающее возникновение паразитных пульсаций момента вращения синхронного двигателя.

Управляемый фазосмещающий блок 6 работает следующим образом.

В исходном состоянии выходным сигналом триггера 12 является логическая единица, которая блокирует работу счетчика 10 по входу сброса R.

Формирователь 13 вырабатывает короткие импульсы в виде логических сигналов отрицательной полярности. С приходом логического нуля на вход записи L в счетчик

10 записывается код числа, поступивший на вход предустановки А. На выходе триггера

12 устанавливается логический нуль.

По окончании короткого импульса, сформированного блоком 13, счетчик 10 начинает счет импульсов на вычитание, приходящих от генератора 11. По окончании счета на выходе счетчика 10 вырабатывается короткий импульс, задержанный относительно выходного импульса формирователя 13 на время

r= пдТ», (7) где nA — код числа на входе предустановки

А счетчика 10;

Т» — период выходных импульсов генератора 11.

Выходным импульсом счетчика 10 триггера 12 возвращается в исходное состояние, тем самым блокируется работа счетчика 10 до прихода следующего короткого импульса с выхода формирователя 13.

Максимальное время задержки

Л (8) Это выражение получено следующим образом.

Согласно (3) t= K(Ue(t) + Ug). В соответствии с (6) /К в Us(t)/max = . Учитывая, что

X задание начальной фазы тока синхронного двигателя Ug > /Us(t)/max непосредственно приходим к выражению (8).

В данном примере электропривода момент вращения нелинейно зависит отуправляющего сигнала. Когда требуется иметь линейную зависимость, то необходимо предусмотреть„например, в блоке управления моментом вращения синхронного двигателя функциональный преобразователь с арксинусной характеристикой.

Таким образом, переход от управления моментом с помощью регулирования амплитуды токов синхронного двигателя по нескольким каналам к управлению моментом с помощью регулирования фазы позволяет исключить паразитные пульсации, порождаемые неравенством амплитуды токов синхронного двигателя. Регулирование же фазы токов синхронного двигателя по одному каналу исключает возможное неравенство управляемых смещений по фазе токов синхронного двигателя. Предлагаемое устройство может найти применение при управлении как круговыми, так и линейными синхронными двигателями.

Формула изобретения

Электропривод с частотно-токовым управлением, содержащий синхронный двигатель, фазовращатель, ротор которого механически соединен с ротором двигателя, фазочувствительный выпрямитель, связанный выходом через усилитель фазных токов с фазными обмотками синхронного двигателя, генератор синусоидальных напряжений, выходом подключенный к входным обмоткам фазовращателя, управляемый фазосмещающий блок, подключенный сигнальным входом к выходу фазовращателя, а выходом — к информационному входу фазочувствительного выпрямителя, блокуправления моментом синхронного двигателя, блок задания начальной фазы тока синхронного двигателя, отличающийся тем,что,с целью повышения точности регулирования момента вращения за счет обеспечения равенства амплитуд фазных токов двигателя, в него дополнительно введен сумматор, подключенный первым входом к выходу блока управления моментом синхронного двигателя, вторым входом — к выходу блока задания начальной фазы тока синхронного двигателя, выходом — к управляющему вхо10

1742974

45.

Составитель M.ßðocëàBöåB

Редактор М.Бланар Техред М.Моргентал Корректор М.Демчик

Заказ 2294 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 ду фазосмещающего блока, а выход генератора синусоидальных напряжений подключен к опорному входу фазочувствительного вы и ря мителя.