Электропривод с частотно-токовым управлением

 

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД С ЧАСТОТНОТОКОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ, содержащий двигатель переменного тока к фазным обмоткам которого подключены выходы усилителя тока, датчик углового положения, установленный на валу двигателя переменного тока, и блок задания момента, связанный с фазными управляющими входами усилителя тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности управления , введены функциональный преобразователь с арккосинусной характе- . ристикой, инвертор, два сумматора, блок синхронизации и блок фазных преобразований, снабженный в каждой фазе двумя функциональными преобразователями с синусными характеристиками, и фазным сумматором, выход которого подключен к соответствующему фазному управляющему входу усилителя тока, а входы соединены с выходами функциональных преобразователей с синусными характеристиками, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, при этом вход функционального преобразователя с арккосинусной характеристикой .подключен к выходу блока задания момента, а выход соединен с первым входом первого сумматора и входом инвертора, е выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выход датчика (Л углового положения подключен к входу блока синхронизации, выходом соединенного с объединенными между собой вторыми входами сумматоров. 2. Электропривод с частотно-токовым управлением поп.1, отличающийся тем, что, датчик угловотго положения выполнен в виде электромашинного фазовращателя с коэффициентом электрической редукции, равным отношению частоты вращения Поля статора к частоте вращения ротора двигателя переменного тока, а блок синхронизации вьтолнен в виде преобразователя временного интервала в цифровой код

СОЮЗ. СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) Н 02 Р 5/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3603575/24-07 (22) 10.06.83 (46) 30.08.84. БюлМ32 (72) Г.К.Бессонов, В.С.Вальков, В.В.Жуловян, Е.И.Кутузов,. М.В.Толстиков и Г.А.Шаншуров (71) Новосибирский электротехнический институт (53) 621.313.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

NP186019, кл. Н 02 P 5/36, 1963.

2. Разработка и исследования низкоскоростной следящей системы с синхронным двигателем с электромагнитной редукцией. Отчет по НИР.Гос.регистрация -761421. Новосибирск, 1979. (54)(57) 1. ЭЛЕКТРОПРИВОД С ЧАСТОТНОТОКОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ, содержащий двигатель переменного тока; к фазным обмоткам которого подключены выходы усилителя тока, датчик углового положения, установленный на валу двигателя переменного тока, и блок

/ задания момента, связанный с фазными управляющими входами усилителя тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности управления, введены функциональный преобразователь с арккосинусной характе-, ристикой, инвертор, два сумматора, блок синхронизации и блок фазных преобразований, снабженный в каждой фазе двумя функциональными преобразователями с синусными характеристиками. и фазным сумматором, выход которого подключен к соответствующему фазному управляющему входу усилителя тока, а входы соединены с выходами функциональных преобразователей с синусными характеристиками, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, при этом вход функционального преобразователя с арккосинусной характеристикой подключен к выходу блока задания момента, а выход соединен с первым входом первого сумматора и входом инвертора, выход. которого подключен к первому входу второго сумматора, выход датчика углового положения подключен к входу блока синхронизации, выходом соединенного с объединенными между собой вторыми входами сумматоров.

2. Электропривод с частотно-токовым управлением по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что, датчик углово го положения выполнен в виде электромашинного фазовращателя с коэффициентом электрической редукции, равным отношению частоты вращения поля статора к частоте вращения ротора. двигателя переменного тока, а блок синхронизации выполнен в виде преобразователя временного интервала в цифровой код

1 1111243 .Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводам с частотно-токовым управлением, и может быть использовано для построения высокоточных и глубокорегулируемых 5 следящих систем управления скоростью и положением нагрузки.

Известен электропривод с частотнотоковым управлением, содержащий двигатель переменного тока, к фазным обмоткам которого подключены выходы усилителей тока, датчик углового положения в виде бесконтактного сель. сина, установленного на валу двигателя переменного тока, блок задания 15 момента, подключенный к усилителю, выход. которого соединен с обмоткой возбуждения датчика углового положения и с входом генератора опорного напряжения, два фазочувствительных 20

-выпрямителя, выходы которых подключены к первым входам соответствующих элементов сравнения, вторыми входами соединенных с выходами соответствующих измерителей фазных токов, включенных в фазные цепи двигателя переменного тока, при этом выходы элементов сравнения подключены к управляющим входам соответствующих усилителей тока, а выходы генератора опорного 30 напряжения подключены к пофазно соединенным между собой первым входам фазочувствительных выпрямителей, вторые входы которых связаны с выходами датчика углового положения 1), Выходные сигналы фазочувствительных. выпрямителей определяют токи в фазах двигателя и представляют собой гармонические сигналы в функции углового положения рдтора с амплитудой, 40 пропорциональной сигналу задания мо: мента, т.е.

t 45 где 9,„ - выходной сигнал фазочувст-. тельного выпрямителя, "и - сигнал задания момента, / - угловое положение ротора; а1, — фазовый сдвиг для t -й фазы.

Недостатком известного электропри50 вода с частотно-токовым управлением является низкая точность формирования системы токов, а следовательно, и канала задания момента, обусловленная такими элементами, как датчик углового положения, фазочувствительные выпрямители, а также отсутствием фильтра после фазочувствительных выпрямителей для высокочастотной (частота генератора опорного напряжения) составляющей.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является электропривод с частотно-токовым управлением„ содержащий двигатель переменного тока к фазным обмоткам которого подключены выходы усилителя тока, датчик углового положения, установленный на валу двигателя переменного тока, соединенные последовательно для каждой фазы демодулятор и фильтр, подключенный к соответствующему фазному управляющему входу усилителя тока; при этом вход каждого фазного демодулятора соединен с соответствующим фазным выходом датчика углового положения Е22

Недостатком известного электопривода является низкая точность. управления моментом, обусловленная наличием модуляторов и демодуляторов в цепях задания фазных токов.

Кроме того, в известном электроприводе ограничен выбор типа датчика углового положения: фазность датчика углового положения должна быть равна фазности обмоток двигателя переменного тока, а также затруднена реализация, большого диапазона регулирования частоты вращения, так как при увеличении скорости вращения требуется пропорциональное увеличение частоты тока в обмотке двигателя.

Так, например, для синхронной двухполюсной редукторной машины с коэффициентом электромагнитной редукции

Б=50 при частоте вращения 500 об/мин требуется частота тока порядка 400 Гц,.

При отсутствии ограничений на полосу пропускания усилителя мощности уменьшение соотношений частот модуляции и тока в обмотке двигателя приводит к увеличению ошибки в канале задания момента и к снижению точности управления.

Цель изобретения — повышение точности управления. 1

Указанная цель достигается.тем, что в электропривод с частотно-токовым управлением, содержащий двигатель переменного тока, к фазным обмоткам которого подключены выходы усилителя тока, датчик углового положения, установленный на валу двигателя пе-, ременного тока, и блок задания момента, связанный с фазными управляющими входами усилителя тока, введены функ1111243 циональный преобразователь с арккосинусной характеристикой, инвертор, два сумматора, блок синхронизации и блок фазных преобразований, снабженный в каждой фазе двуьй функцио- 5 нальными преобразователями с синусными характеристиками и фазным сумматором, выход которого подключен к соответствующему фазному управляющему входу усилителя тока, а входы 10 соединены с выходами функциональных преобразователей с синусными характеристиками, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, при этом вход 15 функционального преобразователя с арккосинусной характеристикой подключен к выходу блока задания момента, а выход соединен с первым входом первого сумматора и входом инвертора, 20 выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выход датчика углового положения подключен к входу блока синхронизации, выходом соединенного с объединенными между 25 собой вторыми входами сумматоров.

Датчик углового положения выполнен в виде электромашинного фазовращателя с коэффициентом электрической редукции, равным отношению частоты З0 вращения поля статора .к частоте вращения ротора двигателя переменного тока, а блок синхронизации выполнен в виде преобразователя временного интервала в цифровой код.

На чертеже представлена функциональная схема электропривода с частотно-токовым управлением.

Электропривод с частотно-токовым управлением содержит двигатель 1 пере- 4

0 менного тока,к фазным обмоткам которого подключены выходы усилителя

2 тока, датчик 3 углового положения, установленный на валу двигателя переменного тока, и блок 4 задания 45 момента, связанный с фазнымн управляющими входами усилителя 2 тока.

В электропривод с частотно-токовым управлением введены функциональный преобразователь 5 с арккосинусной характеристикой, инвертор 6, два сумматора 7 и 8, блок 9 синхронизации и блок 10 фазных преобразований, снабженный в каждой фазе двумя функциональнымн преобразователями 11 и 12 с синусйыми характеристиками и фазным сумматором 13, выход которого подключен к соответствующему фазному управляющему входу усилителя 2 тока, а входы соединены с выходами функциональных преобразователей

11 и 12 с синусными характеристиками, входы которых подключены соответственно к выходам первого 7 и второго

8 сумматоров, при этом вход функционального преобразователя 5 с арккосинусной характеристикой подключен к выходу блока 4 задания момента, а выход соединен с первым входом первого сумматора 7 и входом инвертора 6, выход которого подключен к первому входу второго сумматора 8, выход датчика 3 углового положения подключен к входу блока 9 син-. .хронизации, выходом соединенного

F с объединенными между собой вторыми . входами сумматоров 7 и 8.

Датчик 3 углового положения выполнен в виде электромашинного фазовращателя с коэффициентом электрической редукции, равным отношению частоты вращения поля статора к частоте вращения ротора двигателя 1 переменного тока, а блок 9 синхронизации выполнен в виде преобразователя временного интервала в цифровой код.

Электропривод с частотно-токовым управлением работает следующим образом.

Согласно принципу частотно-токового управления ток 3 в -й. фазе обмотки двигателя 1 переменного тока связан с сигналом задания момента

0щ и угловым положением вала для соответствующего начала отсчета следующим соотношением .1 м.she Га р (1-4) ь (2) где К вЂ” коэффициент пропорциональности, определяемый конструктивными параметрами двигателя, а- коэффициент электромагнит ной редукции двигателя.

Для > =1 имеем

3 с О М (аф, Соотношение (3) для одной фазы двигателя 1 переменного тока реализуется в электроприводе следующим образом.

На выходе блока 4 задания момента

Uq "k-UN.T л (4) 1111243 где K « коэффициент пропорциональности.

Сигнал U поступает на вход функционального преобразователя 5 с арккбсинусной характеристикой, причем 5 надо учитывать диапазон изменения сигнала 0 и нормировать его, чтобы привести в соответствие с диапазоном изменения входного сигнала функционального преобразователя 5.

На выходе функционального преобразователя 5 с арккосинусной характеристикой в соответствии с (4)

05 «ЯЙЛОЙ (1 0И 2. ) (5)

10

На выходах функциональных преобра- зователей 11 и 12 с синусными характеристиками с учетом (6)

: ц „= 11. $o >з (К΄— ) ц 2 „ (7)

Ц,, =аи(-атсж(КО,„-"-, + 0,3

На выходе сумматора 13 с учетом (7) получают

U4$ RUN Sil U9

{8) Аналогично фазному управляющему 40 сигналу Ц в блоке фазных преобразований формируются управляющие сигналы и для других фаз. При этом функциональные преобразователи с сииусными характеристиками для каждой 45 фазы имеют свой постоянный фазовый сдвиг, зависящий от фазности обмотки двигателя 1 переменного тока.

Сигнал 0„> поступает на соответствующий управляющий вход -усилителя 50

2 тока, который обеспечивает питание фазы двигателя 1 переменного тока током 1,, определяемым по (8), т.е.

7 - К0у зМ U (9)

На выходе датчика 3 углового подожения формируется сигнал,Ug, пропорНа входы сумматора 7 поступают сигнал О и сигнал 9 с выхода блока

9 синхронизации, а на входы. сумматора

8 поступают сигнал U g, полученный в результате инвертирования сигнала и сигнал U с выхода блока 9 син1 хронизации.

С учетом того, что Оз =- Ов, а также с учетом (5) на выходах сум25 маторов 7 и 8

U -a ccos (ku <)+ +О

"e = (КЦ .ф) О (6) циональный угловому положению вала

1 двигателя 1 переменного тока,т.е. (10)

I и изменяющийся в пределах одного оборота от 0 до 2л.

Блок 9 синхронизации служит для согласования диапазона изменения входных сигналов функциональных преобразователей 11 и 12 с синусными характеристиками и углового положения вала Ф . При этом выходной сигнал 0 жестко связан с угловым положением вала по выражению

0с а (11) и изменяется от 0 до 2у, Количество циклов изменения Uq от

О. до 2д на одном обороте равно величине а (отношению частоты вращения поля к частоте вращения ротора).

Для синхронных редукторных двигателей указанное отношение равно коэффициенту электромагнитной редукции.

Из (9) с учетом (11) получают. д К0 яи c((p (12) что соответствует требуемому соотношению (3) для частотно-токового управ ления.

В качестве датчика 3 углового положения в предлагаемом электроприводе с частотно-токовым управлением целесообразно использование электромашиннЬго фазовращателя с преобразо" ванием его входного сигнала в цифровой код. При этом изменение фазы выходного сигнала датчика углового положения относительно входного на 360 эл.град, должно соответствова,„ь 360 вовать — — геометрическим градусам положения вала, т.е. отношение частоты вращения поля статора к частоте вращения ротора двигателя 1 переменного тока и коэффициент электрической редукции датчика 3 углового положения должны быть одинаковыми. Например при использовании в качестве датчика углового положения вращающегося трансформатора и в качестве двигателя переменного тока синхронной редукторной машины число пар полюсов датчика углового. положения должно равняться коэффициенту электромагнитной редукции двигателя переменного тока.

Блок 9 синхронизации в данном случае является преобразователем

7 1111243 рассогласования фаэ (временного интервала) между опорным и выходным напряжением в цифровой код.

Функциональные преобразователи

5, 11 и 12 также оперируют сигналами в цифровом виде, что увеличивает точность управления фазнымн точками и моментом в электроприводе.

Существующая в настоящее время элементная база позволяет строить функциональные преобразователи с высокой точностью (ошибка составляет доли процента) например, на основе цифровых микросхем типа 505 РЕЗ, 155 РЕ3 и т.п.

Таким образом,. применение предла гаемого .устройства позволяет построить систему задания фаэных токов двигателя переменного тока в цифровом виде без выполнения операции модуляции и демодуляции, что обеспечивает более высокую точность управления моментом в сравнении с известным техническим решением.

Заказ 6324/43 Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Составитель А. Жидин

Редактор Л. Веселовская Техред М.Тенер Корректор Л.Пилипенко