Устройство для управления электродвигателем переменного тока
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для частотного управления электродви гателями . Целью изобретения является упрощение. Устройство для управления электродвигателем 3 переменного тока содержит управляемый преобразователь 1 частоты, составленный из инверторов 2.1-2,п по количеству фаз электродвигателя 3, датчик 4 измеряемого параметра , блок 5 рассогласования, преобразователь 6 напряжение-частота, блок 7 формирования пилообразного сигнала, цифровой блок 8 формирования гармонического сигнала, цифровую схему 13 сравнения, задающий.генератор 14, формирователь 15 импульсов, генератор 17 импульсов синхронизации. За счет выполнения формирователя 15 импульсов из инвертора 19, двух логич еских элементов 2И 20, 21 и оперативно-запоминающих устройств 16.1- 16.2п уменьшается В п раз количество блоков 8 формирования гармонических сигналов, уменьшается объем постоянно программируемого запоминающего устройства 12, т.к. формирование амплитуды и частоты управляющего сигнала производится в цифровом виде на одних и тех же элементах, что упрощает устройство и гарантирует симметричность выходных напряжений фаз преобразователя . 8 ил. с (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
m>4 Н 02 Р 7/42
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 3794388/24-07 (22) 29.09.84 (46) 07. 02. 89. Бюл. Ь - 5 (72) А. Г.Мурач и В.С.Протопопов (53) 62-83:621.313.33.072.9 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Р 813653, кл. H 02 P 7/42, 1980.
Авторское свидетельство СССР
Ф 13361 88, кл. Н 02 Р 7/42, 1 982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для частотного управления электродви.гателями. Целью изобретения является упрощение. Устройство для управления электродвигателем 3 переменного тока содержит управляемый преобразователь
1 частоты, составленный из инверторов
2.1-2.п по количеству фаз электродвигателя 3, датчик 4 измеряемого параметра, блок 5 рассогласования, преобÄÄSUÄÄ 145?141 А1 разователь 6 "напряжение-частота", блок 7 формирования пилообразного сигнала, цифровой блок 8 формирования гармонического сигнала, цифровую схему 13 сравнения, задающий. генератор
14, формирователь 15 импульсов, генератор 17 импульсов синхронизации. За счет выполнения формирователя 15 импульсов из инвертора 19, двух логич еских элементов 2И 20, 21 и оперативно †запоминающ устройств 16.116.2п уменьшается в: и раз количество блоков 8 формирования гармонических сигналов, уменьшается объем постоянно программируемого запоминающего устройства 12, т.к. формирование амплитуды и частоты управляющего сигнала производится в цифровом виде на одних и тех же элементах, что упрощает устройство и гарантирует симметричность выходных напряжений фаз преобразователя. 8 ил.
1 1457141 2
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для частотного управления электродвигателями.
Целью изобретения является упрощение.
На фиг. 1 показана структурная схема. устройства для управления многофазным электродвигателем переменно-Ip го тока; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие процесс формирования кодов углов задания фазы; на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие процесс формирования кода гармонического сигнала; на 15 фиг. 4 — временная диаграмма сигналов на выходе дешифратора; на фиг. 5 — . диаграммы, поясняющие процесс форми,рования сигнала амплитуды; на фиг. 6—
II диаграммы сигналов управления сило- 2Р выми ключами; на фиг. 7 и 8 " блок задания угла для управления шестифазным и двенадцатифазным двигателем соответственно.
Устройство для управления электро-25 двигателем переменного тока (фиг. 1) содержит управляемый преобразователь ! частоты, составленный из силовых инверторов 2. 1-2.п по количеству фаз электродвигателя 3, датчик 4 измеряе-3р мого параметра электродвигателя 3, выход которого соединен с первым входом блока 5 рассогласования, второй вход которого служит для подачи сигнала задания, а выход указанного бло- З ка 5 соединен с входом преобразователя 6 напряжение — частота и с информационным входом цифрового блока 7 формирования пилообразного сигнала, цифровой блок 8 формирования гармони-40 ческого сигнала, составленный из последовательно соединенных цифрового генератора 9 пилы, цифрового сумматора 10, инвертора 11 кода и постоянно программируемого запоминающего уст 45 ройства 12, выходы которого образуют выходы блока 8 формирования гармонического сигнала и соединены с первыми входами цифровой схемы 13 сравнения, вторые входы которой соединены 5р с выходами цифрового блока 7 формирования пилообразного сигнала, задающий генератор !4, формирователь 15 импульсов, включающий в себя оперативные запоминающие устройства 16.116.2п генератор 17 импульсов синхронизации, соединенный с входами синхронизации преобразователя 6 напряжение — частота, цифрового блока 7 фор" мнрования пилообразного сигнала и задающего генератора 14.
Вход цифрового генератора 9 пилы образует вход цифрового блока 8 формирования гармонического сигнала и подключен к выходу преобразователя 6 напряжение — частота, первый вход формирователя 15 импульсов соединен с выходом цифровой схемы 13 сравнения, вторые входы формирователя 15 импульсов соединены с выходами задающего генератора 14 и связаны с вторыми входами цифрового сумматора 10, выходы формирователя 15 импульсов соединены с управляющими входами преобразователя I частоты, формирователь 15 импульсов снабжен коммутатором !8 полупериодов, составленным из инвертора 19 и двух логических элементов 2И 20 и 21, первые входы которых объединены и образуют первый вход формирователя !5 импульсов, второй вход первого логического элемента 2И
20 соединен с выходом инвертора 19, вход которого соединен с вторым вхо -
I дом второго логического элемента 2И
21 и образует третий вход формирователя 15 импульсов, соединенный с выходом старшего разряда цифрового сумматора !0 выходы оперативных запоминающих устройств 16 образуют выходы формирователя 15 импульсов, первые входы четных оперативных запоминающих устройств 16 объединены и подключены к выходу второго логического элемента 2И 21, первые входы нечетных оперативных запоминающих устройств 16 объединены и подключены к выходу первого логического элемента 2И 20, вто; рые входы оперативных запоминающих устройств 16 попарно объединены и образуют вторые входы формирователя 15 импульсов.
Устройство работает следующим.образом, Блок 5 рассогласования сравнивает сигнал задания от внешнего задающего устройства и сигнал с выхода датчика
4 измеряемого параметра, Сигнал рассогласования (фиг.2, U ) подается на вход преобразователя 6 напряжение частота. На его выходе вырабатывается последовательность импульсов (фиг.2, Е), частота которых прямо пропорциональна амплитуде входного сигнала. Эти импульсы приходят на вход цифрового генератора 9 пилы, представляющего собой двоичный
:! !4 (Bl+ I )-й разрядный счетчик с самосбросом. С выхода цифрового генератора 9 пилы снимается параллельный (тп+1)-й разрядный двоичный код, числовое значение которого (фиг.2, о!,„, ) меняется во времени пропорциональйо сигналу
57! - 1 (тп+ ) -го разряда
m-го разряда (m-1)-го разряда о и
2—
2 % I первого разряда (1) 1 данной фазы относительно первой. Эту функцию осуществляет сумматор 10
2р складывающий код угла первой фазы и код сдвига фаз, вырабатываемый задающим генератором 14, в состав которого входят счетчик 22, дешифратор 23 и блок 24 задания угла.
25 Рассмотрим работу цифрового блока 7 формирования пилообразного сигнала. Сигнал с выхода блока 5 рассогласования поступает на вход преобразователя 25 напряжение — частота, на
Зр выходе которого имеем последовательность импульсов с частотой Г, которая зависит от управляющего напряжения U (фиг.5, f и Up). Сигнал с выхода делителя 26 частоты поступает
З5 на вход обнуления регистра цифрового генератора 27. На счетный вход цифрового генератора 27 пилообразного сигнала поступают импульсы с преобразователя 25 напряжение — частота. Вы4р ход цифрового генератора 27 пилообразного сигнала представляет собой (m-1)-й разрядный параллельный двоичный код. Формирователь 28 запрета счета представляет собой (m-1)-й вхо45 довый логический элемент И-НЕ. При переполнении регистра цифрового генератора 27 с выхода формирователя
28 запрета счета на вход запрета цифрового генератора 27 поступает сигнал бр логического "0 и счет останавливается. При приходе на вход обнуления регистра цифрового генератора 27 пилы тактового импульса (фиг.5, f-такт) с выхода делителя 26 частоты происхо55 дит обнуление выходных регистров цифрового генератора 27, представляющего собой (m-1)-й разрядный счетчик.
Делитель 26 частоты делит высокую частоту импульсов синхронизации. В
На фиг.3 з1п о1, показана синусоидальная кривая. Если записать в постоянное программируемое запоминающее устройство 12 значения синусоиды в промежутке 0 — Т/2, то можно сфор мировать синусоидальный сигнал, исходя из следующих соображений. В промежутке 0 — Т/2 или в соответствующем ему цифровом значении 0 — 2 требуется на вьгходе постоянного .программируемого запоминающего устройства I 2 код восходящей ветви синусоиды. В промежутке п /2 — и (или в цифровом
lib Ill 4. l значении 2 — 2 ) требуется код падающей ветви синусоиды. Это достигается тем, что инвертор 1) кода, представляющий собой (тп-1)-ю ячейку, ИС КЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, в зависимости от значения сигнала на выходе m-го разряда сумматора 10 (фиг.3, aLт„ ) пропускает прямой или йнвертированньтй код с выходов (m-1)-х младших разрядов сумматора 10, причем код на выходе этих разрядов задает угол в промежутке
0 — и /2. Знак синусоиды определяется только значением сигнала на выходе старшего (m+I)-го разряда сумматора
I0 (фиг.3, Ы „ ). Таким образом, на выходе постоянного программируемого запоминающего устройства 12 получается код синусоидального сигнала без учета знака (фиг.3, sin Код на выходе инвертора !1 кода показан на фиг.3 ото, . Для формирования многофазного синусоидального сигнала используется принцип разделения во времени. Цифровой генератор 9 пилы задает угол первой фазы в промежутке 0 — 2 . Для формирования и-й фазы требуется в определенный промежуток времени прибавить к углу первой фазы требуемый угол, определяющий сдвиг м+т 2 2i — на выходе Ф"Л+ (lI — ll И1 и Ф» 2 рассогласования, причем ттри достижеTh + нии числового значения кода 2 счетчик обнуляется и счет начинается снова. Если число 2 + соответствует M+l углу 2Т, то число 2 соответствует углу и т. д. 1457141 делителе 26 частоты формируются короткие импульсы (фиг. 5, f ò àêò ), ко-торые определяют несущую частоту широтно-импульсной модуляции. На фиг. 5, Ац показано изменение числового значения кода на выходе цифрового генератора 27 в зависимости от напряжения U на выходе блока 5 рассогласования., Код с выхода цифрового генератора 27 10 (фиг.6, А ) поступает на первые входы схемы 13 сравнения, на выходе которой формируется сигнал логической "1" (фиг.6, M) в случае, когда числовое значение этого кода меньше число- 15 вого значения с выхода постоянного программируемого запоминающего устройства 12 (фиг.6, sin«< .<2). В зависимости от значения сигнала на выходе старшего (m+1)-го разряда сумматора 20 10 (фиг.6, о " ) коммутатор 18 полупериодов разделяет промодулированный несущей частотой синусоидальный сигнал на полупериоды (фиг.6, M u М-). 25 При формировании многофазных сигналов принцип работы инвертора 11 кода, постоянного программируемого запоминающего устройства 12, схемы 13 сравнения и коммутатора 1 8 полуперио- 30 дов не изменяется, а для разделения по фазам модулированного и-фазного сигнала используются оперативные запоминаницие устройства 16, которые представляют собой D òðèããåðû, на ин- З5 формационные входы которых приходят модулированные многофазные сигналы полупериодов, а на входы записи приходят импульсы (фиг.4, f< ° ..fz) с соответствующего выхода дешифратора 23, 40 которыми производится выборка импульсов нужной фазы. На силовые. ключи инверторов 2 приходит модулированный сигнал нужной фазы. На фиг. 6, показана форма модулированного напря- 4g жения, поступающего на обмотку электродвигателя, .Блок 24 задания угла представляет собой в общем случае постоянное программируемое .запоминающее устройство, б0 куда записываются углы каждой из и фаз. Однако в некоторых случаях возможна замена стандартных постоянно программируемых запоминающих устройств на более простые схемные реше- 55 ния блока 24 задания угла. При использовании устройства для управления двухфазным двигателем блок 24 задания угла соединяет нулевую. точку источни«=(тогда 2 у+< 2 << < < 2 3, 2+2=2+2+2+ +2" +2=(2 +2)+(2+ +...+(2+2)+2 + 2 (1 + 2) + 2 (1 + 2) + .. ° + И-< (1+2) +2 +2=3 2 + =< (2) + ° ° ° + 2 ) + 2 + 2 <<< <.< + 2 + 2, где для определенности m — четное число <<«.2 Углу 4 «соответствует число 2 2 Я -< «<+< m+ 2 22 =3, 2 +2 +2 + +2=3 2 +2 (1+2) +2 е= е-< = 3, 2 + 2, (3) е= Используя (3), находим число, соответствукщее углу 4 «/3 2 2"; — „2Е9 + - 2 е =, = (4) Используя (4), находим число, соответствующее углу 2
2 о 2 3 (5) Аналогично можно найти числа, соответствующие углам 2 <, 2«/3, 4«/3 для нечетных m. Для управления трехфазным двигателем требуется получить углы сдвига фаз синусоид 2«/3 и 4«/3, что соответствует прибавлению к коду угла первой фазы соответственно чисел ка питания < цифровых схем с первыми входами всех, кроме m-ro, разрядов сумматора 10, а его первый вход m-го разряда соединен с вторым выходом дешифратора 23, так как требуемый угол сдвига фаз для двухфазного двигателя равен /2, что соответствует числовому значению кода первого слагаемого <<\ сумматора 10-2, а в двоичном коде < это число выглядит как "1" в m-м раз. ряде (формула (1) . Для управления трехфазным двигателем блок 24 задания угла соединяет все нечетные первые входы сумматора 10 с вторым выходом дег<ифратора 23, а все четные первые входы сумматора 10 - с третьим выходом дешифратора 23. Такая схема соединений вытекает из следующих сообра-, жений. Из (!) следует что числу 2 <<< +2 соответствует угол 2«. Можно доказать что m+
35 ; —, Г - . гЕ-I и . 2, которые соответЕ=о е=ственпо содержат единипы в четных или нечетных разрядах. На фиг. ?, Ы.< показано формирование числовых значений углов трехфазной системы в соответствии с имульсами (фиг. 3, f f, f ) на выходе дешифратора 23. На фиг. 7 пока- !О зана схема блока 24 задания угла для управления шестифазным электродвигателем, где с целью упрощения конструкции блок 24 задания угла состоит из двух элементов 2 ИЛИ 29 и 30, одного элемента 3 ИЛИ 31, причем четвертый, пятый и шестой выходы дешифратора 23 соединены с входами элемента 3 ИЛИ 31, выход которого сое<динен с первым входом старшего (m+))- 20 ro разряда сумматора 10, остальные первые нечетные вх)оды которого соединены с выходом элемента 2 ИЛИ 29, а остальные первые четные входы сумматора 10 соединены с выходом элемента 2 ИЛИ 30, входы которого соединены с третьим и шестым входами дешифратора 23, второй и пятый выходы которого соединены с входами элемента 2 ИЛИ 29. Аналогично, как и для управления трехфазным двигателем, для управления шестифазным двигателем на первых входах сумматора 10 с помощью элементов 2 ИЛИ 29 и 30 и элемента 3 ИЛИ 31 формируются коды, числовые значения которых соответствуют углам «/3, 2 «/3, «", 4 «/3, 5«/3, которые находим из (1) и (5): <и+Т <ъ-< 40 )
3 Я-1 2 <«+ 2 <« 2II/3 - — — = Q 2; (7) е«о 2 (8) 45 <«<-< < 4«/3- 2 +, 2 (9) =< (10) е=о На фиг. 8 показана схема блока 24 50 задания угла для управления двенадцатифазным электродвигателем, где блок 24 задания угла состоит из элементов 4 ИЛИ 32 и 33, элементов 6 ИЛИ 34 и 35, причем седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый идвенадцатый выходы дешифратора 23 соединены с входами элемента 6 ИЛИ 35, выход которого соединен с первым вхо" ае-< < /3 2 е= « m --- — 2 221 — -.-- 2 + 3 — 2e e=о е5 II <<1 — — -- 2 + 2 7 « m+ i — — — — 2 6 е= m-2 + 2 — 2Р e=o «з -< + 2 e=о 4
311 < 2 е 5« — — — - — 2 +2 + 5 2 3 р-а ))II 2Е-I .— — — -2 + 2 + 2 3 е« Предлагаемые схемы блока 24 задания угла для частотных случаев позволяют с помощью соответствующих соединений< и использования логических элементов заменить дорогие стандартные постоянно программируемые запоминающие устройства, требующие также за<111 си программы. дом старшего (m+) )-го разряда сумматора 10, первый вход m-го разряда которого соединен с выходом элемента 6 ИЛИ 34, а остальные нечетные первые входы сумматора 10 соединены с выходом элемента 4 HJIH 32, а четные соединены с выходом элемента 4 ИЛИ 33, входы которого соединены с третьим, шестым, девятым и двенадцатым выходами дешифратора 23, второй, пятый, восьмой и одиннадцатый выходы которого соединены с входами элемента 4 ИЛИ 32, а четвертый, пять<й, шестой, десятый, одиннадцатый и двенадцатый выходы соединены с входами элемента 6 ИЛИ 34. Таким же образом, как и для управления шестифазным двигателем, для управления двенадцатифазным двигателем на первых входах сумматора 1 0 с помощью элементов 4 ИЛИ 32 и 33 и элементов 6 ИЛИ 34 и 35 формируются коды, числовые значения которых соответствуют углам « /6, 11/3, « /2, 2«/3, 5 «/6, 71 /6, 4< /3, 31
11 m-2 — — —,О 2 < =о 9 14571 Благодаря указанной схеме устройства управления упрощается конструкция, так как в и раз уменьшается количество формирователей 18 гармони" 5. ческих сигналов, в которых исключается преобразователь код — аналог и уменьшается объем постоянного программируемого запоминающего устройства 12 (наиболее дорогостоящие бло-.:: 1р ки), так как формирование амплитуды и частоты управляющего сигнала производится в цифровом виде и на одних и тех же элементах, гарантируется равная величина частот и амплитуд вы- 15 ходных фаз преобразователя частоты, увеличивается помехоустойчивость, уменьшается зависимость работы устройства от температуры и колебаний питающего напряжения. 20 формула изобретения Устройство для управления электродвигателем переменного тока, содержа- 25 щее управляемый преобразователь частоты, составленный из силовых инверторов по количеству фаз электродвигателя,датчик измеряемого параметра электродвигателя, выход которого сое- 30 дннен с первым входом блока рассогласования, второй вход которого слулжт для подачи сигнала задания, а выход указанного блока соединен с входом преобразователя напряжение — частота и с информационным входом цифрового блока формирования пилообразного сигнала, цифровой блок формирования гар1монического сигнала, составленный Из последовательно соединенных цифро- 40 вого генератора пилы, цифрового сумматора, инвертора кода и постояннопрограммируемого запоминающего устройства, выходы которого образуют выходы блока формирования гармонического сигнала и соединены с первыми входами цифровой схемы сравнения, вторые "входы которых соединены с выходами цифрового блока формирования 41 lO пилообразного сигнала, задающий генератор, формирователь импульсов, включающий в себя оперативные запоминающие устройства, генератор импульсов синхронизации, соединенный с входами синхронизации преобразователя напряжение — частота, цифрового блока формирования пилообразного сигнала и задающего генератора, вход цифрового rенератора пилы образует вход цифрового блока формирования гармонического сигнала и подключен к выходу преобразователя напряжение — частота, первый вход формирователя импульсов соединен с выходом цифровой схемы сравнения, вторые входы формирователя импульсов соединены с выходами saдающего. генератора и связаны с вторыми входами цифрового сумматора, выходы формирователя импульсов соединены с управляющими входами преобразователя частоты, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью упрощения, формирователь импульсов снабжен коммутатором полупериодов, составленным из инвертора и двух логических элементов 2И, первые входы которых объединены и :образуют первый вход формирователя импульсов, второй вход первого логического элемента 2И соединен с выходом инвертора, вход которого соединен с вторым входом второго логического элемента 2И и образует третий вход формирователя импульсов, соединенный с выходом старшего разряда цифрового сумматора, выходы оперативных запоминающих устройств образуют выходы формирователя импульсов, первые входы четных оперативных запоминакицих устройств объединены и подключены к выходу второго логического элемента 2И, первые входы нечетных оперативных запоминающих устройств объединены и подключены к выходу первого логического элемента 2И, вторые входы оперативных запоминающих устройств попарно объединены и образуют вторые входы формирователя импульсов.! 457141 1457IA l 1457l4l 1457141 Составитель С.Позднухов Техред М.Дидык Корректор С.Черни Редактор А.Ворович 1!Р<.,чзводственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. 1!роектная, 4 Заказ ?492/5á Тираж 548 Подписное ВНИИПИ ; о=ударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
