Электропривод с частотно-токовым управлением

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в промьшшенных системах воспроизведения движений. Цель изобретения - расширение области применения. Указанная цель достигается введением в электропривод с частотно-токовым управлением сумматора (С) 15, -реверсивного счетчика (PC) 16, демультиплексора (Д) 17, нуль-органа (НО) 18 и преобразователя (ПНЧ) 19 напряжение - частота. Кроме того, блок 4 задания амплитуды тока снабжен дополнительным вьрсодом задания активного тока, подключенным к входам НО 18 и ПНЧ 19. С 15 включен между счетчиком 9 и регистром 10. Второй вход С 15 соединен с выходом PC 16. Управляющий вход Д 17 соединен с выходом НО 18, информационный вход Д 17 - с выходом ПНЧ 19, а выходы - с входами PC 16. Введение указанных блоков позволяет формировать частоту скольжения. Следовательно, появляется возможность управлять как синхронным, так и асинхронным двигателями. 4 ил. I (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А2 (19) (И) (5!)4 Н 0 7 42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Sign

Фи@!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1279042 (21) 3977494/24-07 (22) 25.11.85 (46) 23.06.87. Бюл. Р 23 (72) Б.M.Áî÷åíêoâ, В.Г.Каган, С,В.Нечаев, В.А.Отченаш, С.Л.Рояк и Л.В.Смоляр (53) 621.316.718 ° 5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

)) - 1279042, кл. Н 02 Р 7/42, 1985. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД С ЧАСТОТНО-TOKOBb_#_

УПРАВЛЕНИЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в промышленных системах воспроизведения движений. Цель изобретения — расширение области применения. Указанная цель достигается введением в электропривод с частотно-токовым управлением сумматора (С) 15, -реверсивного счетчика (РС) 16, демультиплексора (Д) 17, нуль-органа (НО) 18 и преобразователя (ПНЧ) 19 напряжение — частота. Кроме того, блок 4 задания амплитуды тока снабжен дополнительным выходом задания активного тока, подключенным к входам НО 18 и

ПНЧ 19. С 15 включен между счетчиком

9 и регистром 10. Второй вход С 15 соединен с выходом РС 16. Управляющий вход Д 17 соединен с выходом HO

18, информационный вход Д 17 — с выходом ПНЧ 19, а выходы - с входами РС

16. Введение указанных блоков позволяет формировать частоту скольжения. а

Следовательно, появляется возможность е управлять как синхронным, так и асинхронным двигателями. 4 ил.

1 13

Изобретение относится к электротехнике,. а именно к частотно-управляемым электроприводам, может. быть использовано в промьппленных системах воспроизведения движений для управления синхронными и асинхронными корот-козамкнутыми двигателями и является усовершенствованием изобретения по авт.св. Р 1279042.

Цель изобретения — расширение области применения путем обеспечения возможности управления как синхронным, так и асинхронным двигателями.

На фиг.1 представлена функциональНая схема электропривода с частотнотоковым управлением; на фиг.2 — схема блока задания амплитуды тока; на

1 фиг.3 — схема демультиплексора; на фиг.4 — схема блока согласования частот.

Электропривод с частотно-токовым управлением (фиг.1) содержит двигатель (n) 1, на валу которого установ I 9226 2 нуль-органа 18 и ПНЧ 19, при этом сумматор 15 включен по первому входу и выходу между счетчиком 9 и регистром 10,.управляющий вход демультиплексора 17 соединен с выходом нульоргана 18, информационный вход — с выходом ПНЧ 19, а выходы — с входами реверсивного счетчика 16, выходом подключенного к второму входу сумматора 15.

БЗАТ 4 содержит формирователь заданий фазных токов (ФЭФТ) 20 (фиг.2) с информационными и опорными входами и задатчики активной 21 и реактивной

22 составляющих тока двигателя 1, выходы которых подключены к информационным входам ФЗФТ 20. Опорные входы ФЗФТ 20 образуют опорные входы

БЗАТ 4, основными выходами которого служат выходы ФЗФТ 20, а дополнительным выходом задания активного тока — выход задатчика активного тока 21. лен датчик положения (ДП) 2 ротора, усилитель фазных токов (УФТ) 3, подключенный выходами к обмоткам двигателя 1, а управляющими входами — к выходам блока задания амплитуды тока (БЗАТ) 4, генератор опорной частоты (ГОЧ) 5, выход которого через блок согласования частот (БСЧ) 6 соединен .с входом датчика 2 положения ротора, блок задания начальной фазы (БЗНЧ) 7, подключенный выходом к одному из входов фазосмешающего блока 8; другой вход которого подключен к выходу датчика 2 положения ротора, счетчик 9, подключенный входом к выходу ГОЧ 5, а выходом связанный с первым входом регистра 10, второй вход которого соединен с выходом фазосмещающего блока 8. Выход регистра 10 соединен с входами постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) 11 и 12, запрограммированных по законам синуса и косинуса соответственно. Выходы ПЗУ 11 и 12 подключены соответственно к входам цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) 13 и 14, подключенных выходами к опорным входам БЗАТ 4.

В электропривод с частотно-токовым управлением введены сумматор 15 с двумя входами, реверсивный счетчик

16, демультиплексор 17 с управляющим и информационными входами, нуль-орган 18 и преобразователь напряжение— частота (ИНЧ) 19. БЗАТ 4 снабжен дополнительным выходом задания активного тока, подключенным к входам

Демультиплексор 17 на два выхода может быть построен на основе четырех элементов И 23-26 (фиг.3). Управляющий вход демультиплексора 17 образован входами элемента И 23, а информационный вход — входами элемента И 24.

Входы элемента И 25 подключены соответственно к выходам элементов И 23 и 24, а входы элемента И 26 подключены соответственно к выходу элемента

И 24 и к входам элемента И 23. Выходы демультиплексора 17 образованы выходами элементов И 25 и 26.

БСЧ 6 может быть выполнен по схеме, содержащей делитель 27 частоты (фиг.4), счетчик 28, постоянные запо- минающие устройства (ПЗУ) 29 и 30, каждое из которых последовательно со" единено с соответствующим ЦАП 31 и

32. Входы ПЗУ 29 и 30 объединены и

° ° одключены к выходу счетчика 28, выодом соединенного с выходом делителя

27 частоты. Вход делителя 27 частоты образует вход БСЧ 6, выходом которого служат выходы ЦАП 31 и 32. ДелителЬ частоты 27 может быть собран на цифровых интегральных микросхемах, например по схеме, выполненной на базе динамического D-триггера.

Электропривод с частотно-токовым управлением работает следующим образом.

Статорные обмотки двигателя 1 (в качестве которого может быть использован синхронный или асинхронный двигатель, многополюсный или с электро3 131 магнитной редукцией) питаются токами от УФТ 3. ГОЧ 5 вырабатывает прямоугольные импульсы, которые одновременно поступают на вход счетчика 9 и на вход — БСЧ 6, в котором с помощью делителя 27 частоты (фиг,4) производится деление частоты f на р, где р — коэффициент, равный числу пар полюсов двигателя 1. Последовательность импульсов с выхода делителя 27 частоты с частотой fr /р поступает на вход циклически функционирующего счетчика 28, который формирует на своем выходе периодическую последовательность чисел в двоичном коде, определяющих адреса слов, записанных в ПЗУ 29 и 30 по заданной таблице переключений. В ПЗУ 29 и 30 записаны предварительно затабулированные значения функций синуса и косинуса соответственно. Закодированные значения этих функций с выхода ПЗУ 29 и 30 поступают в ЦАП 31 и 32, где преобразуются в аналоговые сигналы. Таким образом, на выходе БСЧ 6 формируется требуемая двухфазная система синусоидальных напряжений для обеспечения работы датчика 2 положения в режиме

I фазовращателя. Частота этих напряжеf ний равна †-, где N — количество

p ? разрядов счетчика 28.

Выходное напряжение датчика 2 положения определяется выражением

27I- f яр

U =11 (- — — — = — 6 ) р2"

1 где а — номер счетного импульса на выходе счетчика 28, а=1,2,3,4,..., 0 — угол, равный механическому углу между осью первичной обмотки датчика 2 положения, питающейся нап2Ъ f ap ряжением U . =U s in.(— - э — ), и осью р2 f

1 выходной обмотки.

9226 4 с выхода реверсивного счетчика l6 и с выхода счетчика 9, осуществляющего преобразование последовательности импульсов с частотой f. с выхода ГОЧ 5

< в последовательность чисел в двоичном коде. Так как счетчик 9 функционирует циклически, одно и то же число на

его выходе повторяется через интер2 вал времени Т = — где L — количество

У разрядов.

Эта периодическая последовательность чисел поступает на первый вход

f5 сумматора 15, где получает фазовый сдвиг, определяемый в каждый момент времени числом с выхода реверсивного счетчика 16, присутствующим на втором входе сумматора 15. После окончания опросного импульса разряды регистра

10 сохраняют информацию о состоянии выходных разрядов сумматора 15, соответствующую моменту времени t, до прихода следующего опросного импульса.

С выхода регистра 10 с частотой, соответствующей частоте следования импульсов с фазосмещающего блока 8 на входы ПЗУ 11 и 12 поступают кодированные числа, каждое из которых определяет адрес соответствующего слова, записанного ПЗУ 11 и 12 по заданной таблице переключений. ПЗУ

11 и 12 записаны предварительно затабулированные значения функций синуса и косинуса соответственно. Закодированные значения этих функций поступают в ltAII 13 и 14, где преобразуются в аналоговые сигналы следующего вида:

t 23f (2KTI+0) р -2 +

1 где — фазовый сдвиг напряжений 11

45 П, определяемый в каждый момент времени числом на выходе реверсивного счетчика 16. (2КЗ+О) о 2

В моменты времени

22 Г 50 где К=0,1,2,3,..., т.е. в моменты смены знака напряжения U с отрица2 тельного на положительный, на выходе фазосмещающего блока 8 формируется узкий опросный импульс поступающий на опорный вход регистра 10, При этом в регистре 10 записывается информация с выхода сумматора 15, в котором происходит суммирование кодов чисел

При равенстве разрядов счетчиков

9 и 28 эти напряжения принимают вид

U3 =Пг 3sin (pg+Ч +2КрМ ); (4)

U =U cos(р9+ Ф+2Кр41), (5) "э

Напряжения U, U поступают на опорные входы БЗАТ, на выходах которого формируются напряжения, задающие токи в обмотках двигателя 1. Если обмотки двигателя 1 выполнены двухфазными, эти напряжения имеют вид

5 131

У =U cos (p8+ 2Kp7t)-csin.(pe+

+42Kp>7); (6)

Ц Ц sin{pe+y+2Kp3)+Uecos(pe+

+Ч +2Крй), (7) .где U<,0> — напряжения задания активной и реактивной составляющих тока двигателя 1, снимаемые с выходов задатчиков активной 21 и реактивной 22 (фиг.2) составляющих тока двигателя

1 соответственно.

В случае применения m-фазного двигателя 1 блок 4 задания амплитуды тока снабжается преобразователем числа фаз, а усилитель 3 фазных токов также выполняется m-фазным.

I.

При Использовании в электроприводе асинхронного двигателя код на вы-. ходе реверсивного счетчика 16 изменяется с частотой, определяемой заданной частотой скольжения, которая формируется пропорционально напряжению Бэ. Напряжение U@ преобразуется в ИНЧ 19 в прямоугольные импульсы с частотой f, поступающие на информационный вход демультиплексора 17, на управляющий вход которого поступает сигнал sign U< формируемый нульорганом 18 и несущий информацию о знаке напряжения U+. При положительном напряжении П импульсы с частотой f 2 с выхода демультиплексора 1? подаются на вход прямого счета реверсивного счетчика 16, а при отрицательном Ug — на вход обратного счета реверсивного счетчика 16. С выхода этого счетчика снимается последовательность чисел с частотой — f. . Знак

"+" при f соответствует прямому из2 менению кода (возрастанию числа на выходе реверсивного счетчика 16 с приходом счетного импульса), а знак обратному изменению кода (уменьшение на выходе реверсивного счетчика

16 с приходом счетного импульса).

Реверсивный счетчик 16 функционирует циклически, с периодом повторе S ния кода,на выходе Т = — где S — - коУ

2 личество разрядов реверсивного счетчика 16, равное количеству разрядов счетчиков 9 и 28. Периоду повторения кода.Т . соответствует изменение фазы напряжений U, U. íà 23 . Для любого

Ь момента времени *= вЂ, где Ь вЂ” номер

Э счетного импульса на выходе реверсивного счетчика 16, угол, определяющий

9226 6 фазовый сдвиг напряжений U U моь ,жет быть найден согласно выражению

2З f

+ Л *+ (8)

2о

5 где, — значение угла е при f =.О.

Принимая во внимание то, что О=

=2И t+6, где f. — частота вращения ротора двигателя 1; 6. — значение

10 угла 6 при f. =О и. с учетом (8), выражения (6), (7) для К-го момента . выборки принимают вид

U =U cos(2%ð(f + f ) †+У1К

f5

ЬР- С

-U sin(27lp(f + f ) — +М)р (9)

К з

U =U sin(2 Tp(f f,) f-+ )+

К з

+" cos)23p(fв fñ) + 1, (10)

К

f где pf. = вЂ, fe — заданная частота

Я скольжения, f =f,/p+f — частота напряжения с выхода ДП2 (частота выборок), 7 =4 +

+ 8 +2Кр П .

Выражения (9), (10) эквивалентны выражениям для решетчатых функций, получаемых путем квантования по времени с частотой Й напряжений вида

U =I(cost 23p(f,+ f,) t+yJ-U sin(23tp(f + f ) + ); (11)

U> = sink.2«р(Е, + f, ) t+3 7+

+ц, сов(2l(p(f f ) t+ Я. (12)

При соотношении частоты квантования по времени f и частоты напряже1 ний U<, UÝ тОком, что f )> p(f ФЕ ), 40 котОрОе практически всегда мОжет быть достигнуто, напряжения U,,U можно У представить в виде (11), (12). . При этом в обмотках двигателя 1 с помощью усилителя фазных токов 3 формируются синусоидальные токи, амплитуда которых определяется сигналами

О, и U с выходов задатчика активной

,21 и реактивной 22 составляющих тока двигателя 1, а частота — произведени

0 ем числа пар полюсов двигателя 1 и суммы частоты вращения ротора двигателя 1 и частоты скольжения, задаваемой пропорционально напряжению U@.

При управлении синхронным двигате55 лем коэффициент передачи ПНЧ 19 уста-. навливается равным нулю так, чтобы при любом напряжении U частоты f. =0.

При этом частота токов в обмотках двигателя 1 определяется произведени7 131 ем частоты вращения ротора и числа пар полюсов двигателя 1.

Таким образЬм, введение в электропривод с частотно-тактовым управлением двигателем переменного тока сумматора, реверсивного счетчика, нульоргана, преобразователя напряжение— частота и демультиплексора позволяет формировать частоту скольжения, а следовательно, использовать электропривод для управления как синхронными так.и асинхронными двигателями, 1 т.е. позволяет расширить область применения известного электропривода.

Формула и з о б р е т е н и я

Электропривод с частотно-токовым управлением по авт. св. Р 1279042, отличающийся тем, что, с целью расширения области примене9?26 8 ния путем обеспечения возможности управления как cHHxpoHHbM так и асинхронным двигателями, в него введены сумматор с двумя входами, реверсивный счетчик, демультиплексор с

5 управляющим и информационным входами, нуль-орган и преобразователь напряжение — частота, а блок задания амплитуды тока снабжен дополнитель10 ным выходом задания активного тока, подключенным к входам нуль-органа и преобразователя напряжения — частота, при этом сумматор по первому входу и выходу включен между счетчиком и регистром, управляющий вход демультиплексора соединен с выходом нуль-органа, информационный вход демультиплексора — с выходом преобразователя напряжения — частота, а

0 выходы — с входами реверсивного счетчика, выходом подключенного к второму входу сумматора.

1319226

Составитель А.Жилин

Техред В.Кадар Корректор М.Шароши

Редактор А.Сабо

Заказ 2526/53 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4