Электропривод

 

ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий машину двойного питания, имеющую многофазную обмотку управления, многофазную обмотку возбуждения и многофазную сигнальную обмотку, преобразователь регулируемой частоты с входами регулирования частоты и напряжения , выходом подключенный к обмотке управления, преобразователь постоянной частоты, выход которого соединен с обмоткой возбуждения, фазовый детектор, один вход которого соединен с выходом сигнальной обмотки, а другой - с выходом сумматора, входы которого соединены с датчиком тока обмотки возбуждения и с выходом сигнальной обмотки, выход фазового детектора соединен с первым входом блока селекции сигналов управления, измеритель частоты вращения, выход которого подключен к регулятору.скорости , другой вход которого соединен с задатчиком скорости, а выход связан с блоком управления частотой преобразователя регулируемой частоты, отличающийся тем, что, с целью подьпиения равномерности вращения и улучшения энергетических показателей, измеритель частоты вращения выполнен в виде измерителя ЭДС-вращения, подключенного к выходам сигнальной обмотки и входам обмотки возбуждения, блок управления частотой состоит из постоянных программируемых устройств, реверсивного счетчика и формирователя сигналов управления, при этом входы постоянных программирующих устройств соединены с выходами реверсивного счетчика, а выходы через формирователь сигналов управления соединены с входом регулирования 1астоты преобразователя регулируемой частоты, сл селектор сигналов управления состоит из сумматора, схемы сравнения, преобразователя напряжения в частоту управляемого ключа, преобразователя напряжения в число импульсов, блока определения заданного угла нагрузки, второй схемы сравнения, дискриминатора знака отклонения угла со нагрузки, третьей схемы сравнения, СП второго управляемого ключа, блоказадания коррекции напряжения, второго . сумматора и блока функциональной связи напряжения и частоты, при этом первый вход второй схемы сравнения является первым входом блока селекции сигналов управления, второй вход второй схемы сравнения через блок определения заданного угла нагрузки соединен с выходом заДатчика скорости, а выход - с входом ч третьей схемы сравнения, с первым входом второго управляемого ключа, с входом преобразователя напряжения в число импульсов и через дискрими

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)4 Н 02 Р 7/46

g ;

Q n,,„,"""

7Е;;-,, ц ЕФвзуг.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3679739/24-07 (22) 26. 12. 83 (46) 15.09.85. Бюл. ¹ 34 (72) С.В. Ченцов, С.А. Бронов, B.À. Забуга, Ю. Н. Лопатин, В.И. Пантелеев и В.Д. Ульянов (71) Красноярский политехнический институт (53) 621.313.333.072.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹-955484,,кл. Н 07 P 7/46, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1059647, кл. H 07 P 7/46, 1983. (54) (57) ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий машину двойного питания, имеющую

t многофазную обмотку управления, многофазную обмотку возбуждения и многофазную сигнальную обмотку, преобразователь регулируемой частоты с вхо-" дами регулирования частоты и напряжения, выходом подключенный к обмотке управления, преобразователь постоянной частоты, выход которого соединен с обмоткой возбуждения, фазовый детектор, один вход которого соединен с выходом сигнальной обмотки, а другой — с выходом сумматора, входы которого соединены с датчиком тока обмотки возбуждения и с выходом сигнальной обмотки, выход фазового детектора соединен с первым входом блока селекции сигналов управления, измеритель частоты вращения, выход которого подключен к регулятору скорости, другой вход которого соединен с задатчиком скорости, а выход связан с блоком управления частотой преобразователя регулируемой частоты, . отличающийся тем, что, с целью поцышения равномерности

„„ээээ,„, 1179511 А вращения и улучшения энергетических показателей, измеритель частоты вращения выполнен в виде измерителя ЗДС-вращения, подключенного к выходам сигнальной обмотки и входам обмотки возбуждения, блок управления частотой состоит из постоянных программируемых устройств, реверсивного счетчика и формирователя сигналов управления, при этом входы постоянных программирующих устройств соединены с выходами реверсивного счетчика, а выходы через формирова— тель сигналов управления соединены с входом регулирования частоты преобразователя регулируемой частоты, селектор сигналов управления состоит из сумматора, схемы сравнения, преобразователя напряжения в частоту управляемого ключа, преобразова\ теля напряжения в число импульсов, блока определения заданного угла нагрузки, второй схемы сравнения, . дискриминатора знака отклонения угла нагрузки, третьей схемы сравнения, второго управляемого ключа, блока за дания коррекции напряжения, второго сумматора и блока функциональной связи напряжения и частоты, при этом первый вход второй схемы сравнения является первым входом блока селекции сигналов управления, второй вход второй схемы сравнения через блок определения заданного угла нагрузки соединен с выходом задатчика скорости, а выход — с входом третьей схемы сравнения, с первым входом второго управляемого ключа, входом преобразователя напряжения в число импульсов и через дискримиf 17951 f

35 натор знака отклонения угла нагрузки — с первым входом реверсивногО счетчика, второй вход второго управляемого ключа соединен с выходом третьей схемы сравнения, а выкод— через блок задания коррекции напряжения с первым входом второго сумматора, второй вход второго сумматора через блок функциональной связи напряжения и частоты соединен с выходом первого сумматора, а выход— с входом регулирования напряжения регулируемого преобразователя частоты, первый вход первого сумматора подключен к выход г задатчика скорое1

Изобретейие относится к электро. технике и может. быть использовано

° в системах точного .электропривода, требующих улучшенных точйостных и динамических характеристик, например, приводах роботов, приводов подач и т.д.

Цель изобретения — повышение равномерности вращения и улучшение энергетических показателей.

На фиг. I изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — функциональная схема блока селекции сигналов управления и блока управления частотой.

Злектропривод содержит машину 1 двойного питания, имеющую многофазную обмотку 2 управления, многофазную обмотку 3 возбуждения, многофазную сигнальную обмотку 4, преобразователь 5 регулируемой частоты с входами регулирования частоты и напряжения, выходом подключенный к обмотке 2 управления, преобразо-.

\ ватель 6 постоянной частоты, выход ко-орого соединен с обмоткой 3 воф бужцения, фазовый детектор 7, один вход которого соединен с выходом сигнальной обмотки 4, а второй — с выходом суиматора 8, входы которого соединены с датчиком 9 тока обмотки возбуждения и с выходом сигнальной обмотки 4, выход фазового детектора соединен с первым входом блока 10 селекции сигналов управления, измети, второй вход — к второму выходу преобразователя постоянной частоты, а выход первого1 сумматора подключен к входу первой схемы сравнения, вторым входом соединенной с выходом ре. гулятора скорости, выход первой схемы сравнения через преобразователь напряжения в частоту соединен с вторым входом преобразователя напряжения в число импульсов и входом первого управляемого ключа, другой вход первого управляемого ключа соединен с выходом преобразователя напряжения вчисло импульсов, а выход- свто рым входомреверсивного счетчика.

2 ритель 11 частоты вращения, выходом, подключенный к регулятору 12 скорости, второй вход которого соединен с задатчиком 13 скорости, а выход связан с блоком 14 управления частотой преобразователя 5 регулируемой. частоты.

Блок управления частотой (фиг. 2) состоит из постоянных программируе10 мых устройств 15, реверсивного счетчика 16 и формирователя 17 сигналов управления, при этом входы постоянного программируемого устройства соединены с выходами реверсивного счетчика 16, а выходы через формирователь сигналов управления соединены с входом 18 регулирования частоты преобразователя 5 регулируемой час-тоты. Селектор 10 сигналов управ-ления состоит из сумматора 19, схемы 20 сравнения, преобразователя

21 напряжения в частоту, управляемо го ключа 22, преобразователя 23 напряжения в число импульсов, блока

24 определения заданного угла нагрузки, второй схемы 25 сравнения; дискриминатора 26 знака отклонения угла нагрузки, третьей схемы 27 . сравнения, второго управляемого ключа 28, блока 29 задания коррекции напряжения, второго сумматора

30 и блока 31 функциональной связи напряжения и частоты, при этом первый вход второй схемы 25 сравне,ния является первым входом блока ,селекции сигналов управления,- вто1179511 рой вход второй схемы сравнения через блок определения управления, второй вход второй схемы сравнения через блок 24 определения заданного угла нагрузки соединен с выходом задатчика скорости, а выход — с, входом третьей схемы 27 сравнения, с первым входом второго управляемого ключа 28, с входом преобразователя 21 напряжения в число импульсов, и через дискриминатор 26 знака отклонения угла нагрузки, с первым входом реверсивного счетчика 16, второй вход второго управляемого ключа 28 соединен с выходом третьей схемы 26 сравнения, а выход — через блок задания коррекции напряжения, c первым входом второго сумматора 30, второй вход второго сумматора через блок 31 функциональной связи напряжения и частоты соединен с выходом первого сумматора 19, а выход — с входом регулирования напряжения регулируемого преобразователя частоты, первый вход первого сумматора 19 подключен к выходу задатчика 13 скорости, второй вход первого сумматора 19 подключен к второму выходу преобразователя 6 постоянной частоты, а выход — к первому входу первой схемы. 20 сравнения, второй вход которой соединен с выходом регулятора 12 скорости, выход первой схемы сравнения через преобразователь 21 напряжения в частоту соединен с вторым входом преобраэователя 23 напряжения в число импульсов и с входом первого управляемого ключа 22, второй вход которого, соединен с выходом преобразователя

23 напряжения в число импульсов, а выход — с вторым входом реверсивного счетчика 16.

Электропривод функционирует следующим образом.

Блок 10 селекции сигналов управления на основе анализа состояния исполнительного двигателя определяет структуру регулятора, позволяющую повысить равномерность Вращения при минимальных энергетических затратах. Каналами воздействия регулятора являются канал регулирования частоты, фазы и канал регулирования амплитуды напряжения преобразователя 5 регулируемой частоты.

Сумматор 19 определяет сигнал, пропорциональный частоте питания обмотки управления где У вЂ” частота обмотки управления;

Ые — частота обмотки возбужде10 ния; (tip â заданная частота вращения.

Схема 20 сравнения замыкает отрицательную обратную связь по час15 тоте вращения ротора. Напряжение у с выхода сумматора 19 поступает на вход блока 31 фукциональной связи напряжения и частоты, определяю. щий функциональную зависимость

20 амплитуды напряжения питания обмотки управления от частоты в установившемся режиме (например, закон

Костенко) ° Преобразователь 21 напряжения в частоту осуществляет

25 преобразование напряжения я в частоту „„, тактирующую считывание пам,ти постоянных программируемых устройств 15. Частота отличается и от частоты питания обмотки управления в и раз, где и — число

30 дискрет формируемого напряжения на один период. Вторая схема 25 сравнения определяет отклонение действительного значения угла нагрузки Зп от заданного его значения

35 3п, определяемого блоком 24 определения заданного значения угла нагрузки в функции заданной частоты вращения 3е (у i, где оо (у ) функциональная зависимость тйпа

40 "насыщЕние"". Знак отклонения угла нагрузки определяется дискриминатором 26 знака отклонения угла нагрузки и далее воздействует на направление счета реверсивного счет45 чика 16. Преобразователь 23 напря жения в число импульсов преобразует амплитуду отклонения Ь в пачки импульсов высокой частоты. Максимальное число импульсов в каждой

50 пачке (серии) ограничено длительностью паузы на выходе преобразователя 21 напряжения в частоту. Коррекция фазы напряжения питающего обмотку управления происходит и

55 раз за период, т.е. после каждого импульса преобразователя 21 напряжения в частоту, направление коррекции определяется дискриминато1179511

1I5

25

E =Eâ е Е ром 26 знака отклонения угла нагрузки. Третья схема 27 сравнения сравнивает отклонение d с некоторой константой К, зависящей от мощности и назначения электропривода и опре-, деляющей целесообразность коррекции амплитуды напряжения обмотки

У управления. Если /А/с К то работает только канал коррекции фазы, если, /d/ > К, то открывается второй управляемый ключ 28 и происходит кор рекция закона изменения напряжения в функции частоты, задаваемого блоком 31. Блок 29 задания коррекции напряжения определяет функциональную зависимость корректирующего сигнала от величины отклонения Ь угла нагрузки (нелинейная зависимость типа, "пропорциональное звено с ограничением" ).

В результате в установившемся режиме в электроприводе осуществляется отрицательная обратная связь по.мгновенному значению частоты вращения, позволяющая избежать режима автоколебаний, обусловленных нелинейностью фазового детектора, а фа.зовая подстройка напряжения питания обмотки управления позволяет компенсировать автоколебания, обусловленные нелинейностью исполнительного двигателя как элемента системы автоматического управления. В случае

-возникновения "больших" возмущающих воздействий на валу двигателя дополнительно подключается канал коррекции закона изменения амплитуды напряжения обмотки управления, стремящийся вернуть систему в режим малых колебаний. В обоих режимах угол нагрузки поддерживается вблизи его заданного значения, что позволяет значительно улучшить энергетические показатели электропривода.

Измеритель 11 скорости выполнен в виде измерителя ЭДС вращения и функционирует следующим образом..

Сигнальная обмотка 4 уложена в пазах и с полвсностью обмотки 3 возбуждения. ЭДС, наводимая в сигнальной Е обмотке, состоит из трансформаторной составляющей Еg ЭДС вращения Е и ЭДС от высших гармонических F вычитая ЭДС Ев и после соответствующей фильтрации получает ЭДС вращения. Такая реализация измерителя частоты вращения позволяет уменъшить постоянную времени в цепи обратной связи по скорости, что улучшает качество системы и позволяет избежать использование дополнительной вращающейся машины, что повышает надежность системы электропривода.

Блок 14 управлений частотой преобразователя регулируемой частоты представляет собой постоянное программируемое устройство с преобразователем частоты импульсов в код адреса считываемых ячеек памяТи, выполненным в виде реверсивного счетчика 16 на входе и формирователя 17 сигналов уйравления частотой к виду, необходимому для нормальной работы преобразователя регулируемой частоты. В постоянное программируемое устройство предварительно записаны состояния ключей"преобразбвателя регулируемой частоты йа каждый тактовый импульс входного сигнала для одного периода питающего напряжения желаемой формы (например, по закону

ШИМ)> что позволяет уменьшить поте ри в машине и увеличить .значение полезной составляющей вращающего момента.

Данный электропривод, в отличие от прототипа, за счет выбора необходимой для,цанного режима работы структуры и параметров регулятора позволяет прецизионно стабилизировать мгновенное значение скорости относительно ее заданного значения при поддержании постоянной для данной скорости перегрузочной способ- ности. Формировайие гармонического состава напряжений, питающих обмотки машины двойного питания, позволяет значительно улучшить энергетические показатели электропривода, а именно: снизить потери в обмотках и стали машины двойного питания, Избежать возникновения паразитных составляющих электромагнитного момента от высших гармонических поля, увеличить

/ значение полезного вращающего момента. Использование в качестве изме-. рителя скорости статического датчика позволяет повысить надежность электр,оприв ода-.

1179511

1179511

К.7

Pga g

Составитель В.Тарасов

Редактор Н.Швыдкая Техред N,Ãåpãåëü

Корректор )v(.Pîçìàé

Тираж 64б Подписное

ВНИИПИ Г осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5á93/59

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