Электропривод

Электропривод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

Р. Д. Бай, В. Н. Бродсвский, Е. С. Иванов,, А. B. Фельдман и А. И. Чабансв (7E) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОПРИВСЦ

И зобретение относится к электротехнике и может быть использовано во всех отраслях промышленности, где требуется быстродействующий, высокоточный и бесконтактный электродривод с регулированием либо момента, либо скорости, либо углового положения вала нагрузки. Например, упомянутый; электропривод может быть использован в системах программного управления стенками.

Известны электроприводы с асинхронным двигателем и с датчиком углового положения его ротора. Кроме того, в этих приводах содержится задатчик чаототы токов ротора, выполненный на ба» зе электромеханической следящей системы (l3

Однако известные электроприводы обладают сложной конструкцией, низким быстродействием и невысокой т-очностью управления.

Наиболее б жзким к предлагаемому по технической сушности и постигаемому

Р-*зультату является электропривоп, содержащий асинхрснный: электродвигатель, задатчики активного и реактивного токов, управляемый генератор частоты, датчик угла, ротор которого механически соеди» нен с ротором асинхронного электродвитателя, статорные обмотки которого подключены через регулируемый источник токов к выходам блока фазочувствительных выпрямителей, входы для опорных сигна лов котоього связаны с выходамя много фазного источника напряжения L23.

В этих электроприводах сигналы задания активного и реактивного токов ас нхронного электродвигателя используются в контуре управления возбуждением вращающегося трансформатора, что, с одной стороны, ухудшает динамические свойства эжктропривода, а с другой,йе йо20 зволяет использовать упомяиутый вращаю шийся трансформатор для целей регулирования углового положения нагрузки.

Беа изобретения - повышение быстродействия i точности управления моментом, 0422 ,электропривода с асинхронным двигателем и упрощение конструкпии электропривода.

Указанная пель достигается тем, что электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, eaдатчики активного и реактивного токов, управляемый генератор частоты, вход которого связан с эадатчиком активного тока, датчик угла, ротор которого механически соединен с ротором асинхронного электродвигателя,ствторные 1о обМотки которого подключены через регулируемый источник токов к вьжодвм фаэочувствительных выпрямителей, входы для опорных сигналов которого связаны с выходами многофаэного источника напряжения, снабжен преобразователем числа фаэ, двумя блоками умнокения, суммат ором формирователем синусоидального напряжения, в многофазный источник напряжения составлен из последовательно включенных задатчикв опорных частот, сумматора частот, делителя частоты и расщепителя фазы, выходы которого об.разуют выходы многофазнога источника напряжения, причем ко входу сумматора частот подключен выход управляемого генератора частоты, а выход задатчика опорных частот связан с входом формирователи синусоидального напряжения, вьцсод которого через датчик угла подключен ко входу. преобразователя числа фазф каждый фаэный выход когорого соединен с одним входом каждого из блоков умножения, дру ие входы которых подключены соответственно к выходам эадатчиков активного и реактивного токов, в выходы бло35 ков умножения через сумматор связаны со входом для управляющего сигнала блока фазочувствительных выпрямителей.

Кроме того, электронривод снабжен

40 блоком дежния, вход делимого которого связан с выходом задатчика активного тока, вход делителя - с выходом звдвтчика реактивного тока, а выход блока даления подключен ко входу управляемого генератора частоты.

И

Электропривод также снабжен датчиком температуры асинхронного двигателя с блоком коррекции, входы которого подключены к выходам задатчика активного тока и датчика температуры, а выходсвя- 5в зан со входом управляемого генератора.

На ф г. 1 показана структурная схема электро цивода; на фиг. 2 - схема включения блока деления в канале регулирова ния частоты токов ротора; на фиг. 3 - 55 схема подключения датчика температуры к

«аналу регуа рования частоты токов ротора на фиг. 4 - схема преобразования чис30 ф ла фаз и векторная диаграмма напряжений для этого преобразования; на фнг. 5 - временные диаграммы и-фазной системы сит налов коммутапии.

Электропрнвод содержит асинхронный двигатель 1 (фиг. 1), на валу которого установлен датчик 2 угла, выполненный

s виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора, обмотки которого соединены по схеме фазоврашателя при однофазном питании. Ствторные обмотки электродвигателя 1 подключены через регулируемый источник 3 тока к блоку 4 фвзочувствительных выпрямителей. Один вХод блока 4 подключен к сумматору 5, . входы которого через блоки 6 и 7 умножения подключены к выходам преобразователя 8 числа фаз, вход которого через синусно-косинусный вращающийся . трансформатор 2 связан с выходом формирсвателя 9 однофаэного синусоидального напряжения. Вход блока 6 умножения соединен с выходом задатчика 10 активного тока, к которому подключен вход управляемого генератора 11 частоты, а вход блока 7 умножения соединен с задатчиком

12 реактивного тока.

Блок 4 фазочувствительных выпрямитедей питается от многофазного источника

13 напряжения, который состоит из последовательно соединенных между собой задатчикв 14 опорных частот, сумматора

15 частот, делителя 16 частот и pacmeпителя 17 фаэ, выход которого подключен к блоку 4, причем к одному из входов сумматора 15 частот подключен выход управляемого генератора 11 частоты, а выход задатчика 14 опорных частот соединен со входом формирователя 4 одно фазного синусаидального напряжения.

В электропривод дополнительно мс жет быть введен блок 18 деления (фиг.2) выходы которого соединены с задатчиками 10 и 12.

B электронриводе реа жзован частотно-токовый способ управления моментом асинхрснного двигателя, согласно которому В статорные обмотки электродвигателя

1 задаются таки, а частота этих токов формируется в виде суммы частоты вращения ротора 00 > н требуемой частоты

0ф токов ротора. Ток стагорв $opwpyerся в виде квадратурной суммы двух токов: тока намагничивания Ia, определяющего магнитйый поток двигателя, и приведенного к ствтору .тока ротора — активного тока, создающего момент на валу дзига« те ля. (у), Л ) Uq

Р и Т

5 9422

B соответствии с этим электропривод работает следующим образом.

Зацатчик 12 реактивного тока формирует сигнал задания 1 реактивного тока и (маГнитноГо ПотоКа двигателЯ), кото- 5 рый поступает на один вход блока 7 умножения.

Задатчик 10 активного тока Ту формирует сигнал Qg который поступает На оцин вход блока 6 умножения. На другие 1о входы блоков 6 и 7 умножения поступают двухфазные сигналы с выходов преоб- разователя 8 числа фаз. На вход этого преобразователя от вращающегося трансформатора 2 поступает синусоидальное однофазное напряжение 0 », фаза которого изменяется со скоростью с6>+И . Преобразователь 8 числа фаз может быть выполнен на базе ЯС-цепи (фиг. 4). В этом случае на выходе преобразователя числа фаз имеются цва напряжения

АЧп (Ч )+айр) Мо);

Асоъ(+o+ с ) ) ; ЫД, где А - амплитуда сигналов на выходе блока 8: ос начальная фаза.

На выходах блоков 6 и 7 умножения фор

30 мируются сигналы

/щ ми ЦЩ+ и) ) + d.o ), А 013 СоЮЕо+ вР В+4о 3

35 которые суммируются в сумматоре 5,при этом на его выходе формируется синусо- . идальный сигнал с амплитудой, равной

А-4(Я+О ф и частотой (и)о ФШ р ).

Опорная частота td> формируется задатчиком 14 опорных частот, роль. которого может выполнять генератор прямоугольных колебаний с частотой сто

Частота ФС) намного превышает частоту ц) . для того, чтобы не сказывались

I инерционные свойства элементов, участвующих в преобразовании сигналов, соцержадих эту частоту. Прямоугольные коюбания с частотой (фо поступают от зацатчика 14 опорных частот в формираватель 9, который формирует однофаэное синусоидальное напряжение, питающее вра щакщийся трансформатор, который выполня ет роль, фаэовращателя. Оцнофаэное. напряжение U < синусоицальной формы с

55 фазой, зависящей от частоты (Ojp, поступает (как уже упоминалось) на вход преобразователя 8 числа фаз. Для того, pro бы и асинхронном электродвигателе проис30 6 кодило разделение тока статора на требуемые составляющие токи I> и необходимо в соответствии с сигналами

0 и Ug формировать частоту токов ротора

Гце T — постоянная времени цени ротора двигателя. для формирования требуемой частоты а)р служит управляемый генератор 11 частоты. Когда асинхронный электродвигатель 1 работает при неизменном

) намагничивания Т,,с), то управление частотой генератора 11 обеспечивается сигналом l3)3 (фиг. 1) . В том случае, когда вследствие ограничений по напряжению регулируемого источника 3 тока при сохранении номинального момента на валу нельзя получить скоростей hpaщения 0Ugp, больших номинальной скорости, переходят к управлению величиной тока намагничивания 7 и осуществляют режим работы привода с постоянством мощности. В этом случае генератор 11 должен управляться через блок 15 деления (фиг. 2), что обеспечит линейную зависимость момента от сигнала 13+

В том случае, когда тепловой режим работы асинхронного двигателя сильно ко)и)блется и нельзя считать неизменной величину постоянной времени Т, необхоцимо управление генераторов 11 вести через блок 19 коррекции (фиг. 3). Для этого в приводе используют датчик 20 температуры. Во всех рассмотренных случаях на выходе генератора 11 формиpyerся сигнал, частота которого пропорциональна частоте Юр и которая складывае1 ся в сумматоре 15 частот с частотой сигнала, поступающего от эадатчика 14 опорных частот. Сигнал с выхода сумматора 15 частот поступает íà деятель

16 частоты, на выходе которого формируется однофазный сигнал частоты QJe + l9p< который,в свою очередь, преобразуется в расщенител 17 фазы в многофазный сигнал Q)e))(640 t Wp ) (фиг. 5). Сигналы (3к . (щ + ц р.) являются опорными сигналами для блока 4 фазочувствитель).ых выцрямитежй. На выходе блока 4 формируется в общем случае имногофазный сигнал с амплитудой О, проюрп онаа»ной требуемой веасчине тока стачуа, т.е. пропорциональной величине 1/Щ+ g >, и с частотой сЬ .=Жар+ юр, где Фс -, 7 942 частота токов статора электродвигателя 1.

В предлагаемом электроприводе как в статических, так и в динамических режимах работы момент на валу пропорционаsRH сигналам задания QgHUfj так как в контурах управления величиной така статора и частотой токов ротора отсутствуют инерционные элементы, имеющие существенные для упраэжния МоМеНтоМ Посто= 10 янные времени.

Сочетание быстродействующей систе мы управления с высокодинамичным короткозамкнутым двигателем позволяет ооесцечить в элактроприводе высокое 15 быстродействие и точность управления моментом, что, в свою очередь, позволяет использовать этот привод в гцубокорегулируемых по скорости и с высокочастотньа позиционных системах управления металлорежушими станками. B этом случае, когда электропривод используется в поащиснной системе управления, нет необходимости в установке дополнительно- го по сравнению с датчиком 2 датчика положения. Сигналы датчика 2 используются для. получения информации о положении нагрузки, что упрощает конструкцию элактропривода. Для повышения точности управления моментом скоростью и положением вала электропривофа датчики угла и скоросж выполняются встраиваемой конструкции.

Формула изобретения

1. Электропривод, содержащий асинхронный элктродвигатеж, задатчики активного и реактивного токов, управляемый генератор частоты, вход которого связан с эадатчиком активного тока, дат чик угла, ротор которого механически соединен с ротором асинхрснного электродвигателя, статорные обмотки которого

45 подключены через регулируемый источник токов . к выходам блока фазочувствительных выпрямителей, входы для опорных сигналов которого связаны с выходами многофазного источника напряжения, о т; личающи йс ятем, что, сцелью

230 8 увеличения быстродействия, снабжен цреобраэователем числа фаз,,двумя блокаМи умножения, сумматацдц формирователем. синусоидального напряжения, . многофазный источник напряжения составлен из последовательно включенных задатчика

olIopHbK частот, сумматора частот, делителя частоты и расщепителя фазы, выхо» ды которого образуют выходы многофазного источника напрякения, причем ко вхсьду сумматора частот подключен выход управляемого генератора частоты, а выход задатчика опорных частот связан со входом формирователя синусоидального напряжения, выход которого через датчик угла подключен ко входу преобразователя числа фаз, каждый фазный выход которого соединен с одним входом каждого иэ блоков умиления, другие входы, которых подключены соответственно к выходам задатчиков активного и реактивного токов, а выходы блоков умножения через сумматор связаны со входом для управляющего сигнала блока фазочувствительных выпрямителейй.

2, Элктропривод по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью уве- ° личения диапазона регулирования скорос« тей, он снабжен блоком деления, вход делимого которого связан с выходом эадатчика активного тока, вход делителяс выходом задатчика реактивного тока, а выход блока деления подключен ко вхоцу управляемого генератора частоты, 3. Электропривод по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности управления моментом, он снабжен датчиком температуры асинхронного электродвигателя и блоком коррекции, входы которого подключены к выходам задатчика активного тока и датчика температуры, а выход связан со входом управляемого генератора частоты, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 193604. кл. Н 02 P 5/28, 1967.

2. Серия инженерных монографий. Техническая кибернетика. Под ред. д-ра тех. наук проф. В. В. Солодовникова, М„Машиностроение, 1976, кн. 3, с, 266-271,