Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в управляемом электроприводе на базе короткозамкнутого асинхронного или синхронного двигателя, применяемого в промышленных системах воспроизведения движений, где требуется высокая точность отработки заданных параметров управления, в частности в станках с числовым программным управлением. Целью изобретения является повышение точности управления частотой вращения электродвигателя. Цель достигается тем, что в электропривод переменного тока, содержащий асинхронный электродвигатель 1 с короткозамкнутым ротором, обмотки статора которого через датчик 2 фазных токов подключены к выходу силового преобразователя 3, подключенного входом к выходу дешифратора 4 команд управления, введены пороговый элемент 18, формирователь 19 импульсов и триггер 20, а дешифратор 4 снабжен дополнительным входом, причем входы порогового элемента 18 подключены к выходу задатчика 10 амплитуды тока намагничивания и к выходу координатного преобразователя 16 с продольной составляющей тока статора. Это позволяет перестраивать работу дешифратора 4 в зависимости от величины модуля ошибки управления продольным током и изменять алгоритм ориентации вектора напряжения статора, благодаря чему обеспечивается повышение быстродействия управления моментом и точности управления частотой вращения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 Н 02 Р 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (21) 438247J/24-07 (22) 23.02.88 (46) 07.01.90. Бюл. N - 1 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) Б.М, Боченков, С.Л. Рояк и Ю.Г. Салов (53) 621.316,718(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 944047, кл. Н 02 P 7/ 42, 1982.

Автоматизированный электропривод./Под ред. Н.Ф. Ильинского и др.

И.: Эиергоатомиздат, 1986, с.200-204. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД IIEPENEPHOI 0 ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в управляемом электроприводе на базе

„„Я0„„1 534737 А 1 короткозамкнутого асинхронного или синхронного двигателя, применяемого в промышленных системах воспроизведения движений, где требуется высокая точность отработки заданных параметров управления, в частности в станкак с числовым программным управлением.

Целью изобретения является повышение точности управления частотой вращения электродвигателя. Цель достигается тем, что в электропривод переменного тока, содержащий асинхронный электродвигатель 1 с короткозамкнутым ротором, обмотки статора которого через датчик 2 фазных токов подключены к выходу силового преобразователя 3, О подключенного входом к выходу дешиф1534737

10 ратора 4 команд управления, введены пороговый элемент 18, формирователь

19 импульсов и триггер 20, .в дешифратор 4 снабжен дополнительным входОм, причем входы порогового элемен" та:18 подключены к выходу задатчика

10 амплитуды тока намагничивания и к выходу координатного преобразователя

16 с продольной составляющей тока!

Изобретение относится к электротех нике и может быть использовано в управляемых электроприводах на базе асинхронного двигателя с короткозамк1 утыми ротором, применяемых в пром щщенных системах воспроизведения движений, где требуется высокая точность отработки заданных параметров управления, в частности, в станках с числовым программным управлением.

Целью изобретения является повы.— шение точности управления, частотой вращения асинхронного электродвигателя .

На чертеже представлена функциоИальная схема электропривода переменного тока.

Электропривод переменного тока соДержит асинхронный электродвигатель

1 с короткозамкнутым ротором, обмотки статора которого через датчик 2 фазных токов подключены к выходу силового преобразователя 3, подключенного своим входом к выходу дешифратора 4 команд управления, датчик частоты вращения и датчик 6 положения, механически сочлененные с валом электродвигателя 1, регулятор 7 частоты вращения, задатчик 8 максиМально допустимого тока статора, блок 9 выделения наибольшего по модулю фазного тока статора, задатчик

10 амплитуды тока намагничивания, компараторы 11-14 уровня с нелинейной характеристикой типа "гистерезис", модель 15 ротора электродвигателя, координатный преобразователь

16 с выходами продольной и поперечной составляющих тока статора и блок

17 формирования углового положения вектора потокосцепления ротора с тремя входами и выходом, подключенным к соответствующим входам дешифратора 4 команд управления. статора. Это позволяет перестраивать работу дешифратора 4 в зависимости от величины модуля ошибки управления продольйым током и изменять алгоритм ориентации вектора напряжения статора, благодаря чему обеспечивается повышение быстродействия управления моментом и точности управления частотой вращения. 1 ил.

При этом, выход датчика 5 частоты вращения подключен к одному из входов регулятора 7 частоты вращения, другой вход которого образует вход

20 задания электропривода., а выход регулятора 7 частоты вращения подключен к входу компаратора 11 уровня, Выход задатчика 10 амплитуды тока намагничивания подключен к одному

25 из входов компаратора 12 уровня, соединенного другим входом с первым выходом модели 15 ротора электродвигателя. Выход датчика 8 тока максимально дспустимого тока статора подключен к одному из входов компаратора 13 уровня, соединенного другим входом с выходом блока 9 выделения наибольшего по модулю фазного тока статора.

Выход коордичатного преобразователя 16 с поперечной составляющей тока статора подключен к первому входу блока 17 формирования углового положения вектора потокосцепления ротора и к входу компаратора 14 уровня.

Выходы компараторов .11-3 4 уровня включены к соответствующим входам дешифратора 4 команд управления. Вход модели 15 ротора электродвигателя подключен к выходу координатного преобразователя. 16 с дродольной составляющей тока статора, а второй выход модели 15 подключен к второму входу блока 17, соединенного третьим входом с выходом датчика 6 поло50 жения. Выход датчика 2 тока подключен к соответствующему входу координатного преобразователя 16 и к входу блока 9 выделения наибольшего по модулю фазного тока статора.

В -электропривод переменного тока введены пороговый элемент 18, формирователь 19 импульсов и RS-триггер

20, а дешифратор 4 команд управле1534737 ния снабжен дополнительным входом.

Причем первый вход порогового элемента 18 подключен к выходу задатчика 10 амплитуды тока намагничивания.

Второй вход порогового элемента 18

5 подключен к выходу координатного преобразователя 16 с продольной составляющей тока статора. Выход порогового элемента 18 подключен к R. — âõîäó RS триггера, S-вход которого подклкчен к выходу формирователя 19 импульсов, соединенного входом с выходом компартора 12 уровня, а выход RSтриггера 20 подключен к дополнительному входу дешифратора 4 команд управления.

Силовой .преобразователь 3 представляет собой полупроводниковый преобразователь, выполненный по трех- 20 фазной мостовой Схеме. Дешифратор 4 команд управления содержит таблицу состояний, описывающую алгоритм функционирования управляющего устройства, и может быть выполнен на базе серийно выпускаемых постоянных запоминающих устройств (ПЗУ), например типа К573ВФ2, при этом входами дешифратора являются входы адреса микросхем ПЗУ,, а выходом — выходы дан- З0 ных ПЗУ.

Регулятор 7 частоты вращения выполнен в виде пропорционально-дифференциального звена и может быть выполнен на базе серийно выгускаемых операционных усилителей, например, типа К140УД6.

В качестве задатчиков 8, 10 могут быть использованы любые регулируемые источники напряжения, в простейшем 40 случае это потенциометры, подключенные к шинам питания системы управления электроприводом.

В качестве блока 9 можно использовать трехфазный мостовой полупровод- 4 никовый выпрямитель, собранный, напри- мер, на диодах типа КД521.

Компараторы 11, 12, 14 могут быть выполнены на базе серийно выпускаемых операционных усилителей, например, типа КР544УД2А.

Компаратор 13 содержит зону нечувствительности, величина которой определяется значением максимально до-пустимого тока статора и регулируется. с помощью задатчика 8, и может быть реализован на базе двух серийно выпускаемых компараторов, например, типа К554САЗА.

Модель 15 ротора электродвигателя представляет собой апериодическое звено, постоянная времени которого равна постоянной времени электромагнитнбй цепи ротора электродвигателя

1 Т и может быть выполнена на базе серийно выпускаемых операционных усилителей, например, типа К140УД6.

Координатный преобразователь 16 осуществляет проебразование фазных составляющих вектора тока статора

15д i5g 1зс B проекции тока ста тоРа is+, ьз,! во вРащающейсЯ системе координат (d,q), ориентированной по вектору потокосцепления ротора электродвигателя 1, и может быть выполнен на базе серийно выпускаемых интегральных ПЗУ, перемножающих цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) и операционных усилителей, например, соответственно типа К573РФ2, К572ПА1А и К140УД6А.

Блок 17 формирует п-разрядный код углового положения вектора потокосцепления ротора 6 и может быть выполнен на базе серийно выпускаемых интегральных двоичных реверсивных счетчиках, сумматорах, регистрах, преобразователе напряжение — частота и компаратора, например, соответственно типа К!55ИЕ7, К155ИМ3, К531ИР18П

К1108ПП1 и К554СаЗА.

Пороговый элемент 18 содержит зону нечувствительности, величина которой определяется допустимой ошибкой управления продольной составляющей вектора тока статора 1,1, и может быть выполнен на базе двух серийно-выпускаемых интегральных компарторов, например, типа К55САЗА.

Формирователь 19 импульсов в моменты изменения состояния выхода компаратора 12 формирует короткие. импульсы низкого логического уровня, управляющие по S-входу работой РЯ-триггера 20, и может быть выполнен на базе серийно выпускаемых интегральных микросхем, например, типа К!55ЛН1 и К!55ЛП5.

RS-триггер 20 может быть выполнен . на базе серийно выпускаемой микросхемы, например, типа К!55ТМ2.

Электропривод переменного тока работает следующими образом.

На входы регулятора 7 поступают сигнал задания частоты вращения п и сигнал отрицательной обратной связи и с выхода датчика 5. На выходе регулятора формируетея сигнал S, 1534737 характеризующий, отклонение момента электродвигателя 1 от необходимого для стабилизации частоты, вращения значения:

S ñ,(n -и) + (и и)

Й г це с,< — некоторая положительная величина, !

Компаратор 11 преобразует величину

1 рассогласования S1 в . сигнал логического уровня L,, причем

5Д БВ 5С

О, Sg (-Ь,у

Ь (5 в х mSX g l 1- д!

Э п д z »» (I »al

9 .де Д вЂ” величина эоны гистерезиса

5 компаратора 13.

На выходах координатного преобра ователя 16 получают зо

sin9.. + — (4 -i„) sos0y, 5g 5Д, -1З „=,„.".В + —. (1„- i„) inc, .Г3 где g — значение угла системы коор-

М динат (d, q) атно сительно обмотки фазы А статора электродвигателя 1.

По значению продольной составляющей вектора тока статора is модель

15 формирует значение тока намагничивания ротора i „, при этом уравнение, описывающее модель 15, имеет вид .

О, 1„,„E — C2i5) (1 C2)iver Д2 (1 с2)1тг Д2 р

1 у lyrlr z c21 5J

Компаратор 14 преобразует значение составлЯюЩей 1д вектоРа тока статора в сигнал логического уровня L<

О, i,, — Д,, 1, 1, Sg де Ь 1 — величина зоны гистерезиса

КУ(Н) ..

Й

1- уп 1- г 54 га„r где с - некоторая положительная

2. величина, определяющая темп изменения с2(1,"

Д вЂ” величина зонь гистерези2 са компаратора 12, Обмотки статора электродвигателя

1 подключены к выходу силового преобразователя 3 через датчик 2 тока, при ЭТОМ сигналы 15д 15В 15 с ВЪ? хода датчика образуют трехфазную систему, т. е.

Задатчик 8 формирует сигнал зада- ния максимально допустимого значения тока статора i „, который с целью токоограничения сравнивается компаратором 13 с выделяемым в блоке 9 наибольшим по модулю фазным током статора max ((i д ), ) 15ц )

При этом на выходе компаратора 13 формируется сигнал логического уровня L> причем ! ".В, Бс! — 3 )

1 | .(»ь,, 1 где Т вЂ” постоянная времени электро,Р магнитной цепи ротора электродвигателя 1.

По значениям поперечной составляющей вектора тока статора така намагничивания ротора i „ и значению углового положения ротора g c

Ъ хода датчика 6 в блоке 17 происходит формирование цифрового и-разрядного эквивалента. угла 0@ поступающего далее на соответствукщие входы дешифр атор а 4 и к оо рдин а т но го пре— образователя 16. Компаратор 12 сравнивает сигнал задания амплитуды . тока намагничивания 1 „ с выхода задатчика 10 и сигнал с выхода модели

15, при этом на выходе компаратора

12 сигнал рассогласования преобразуется в сигнал логического уровня

1534737 ь х (4н вн, Leg (ь„ь „т27 (ь2» ь ь27 в

0 6

6 С

II — B c—

6 3

Lp, Ь„Ьc) (L2, L",. ь,7 (ь,,,,, ь,j г- ьс L2) (ь" ь„ь» ) и и — r 8 c—

6 2 (Ь н .Ь2 н Ь2 — в сг-" Еь, ь„ь,7

/ и л

И

2-<0 с5—

3 6 (L„ь„ь»,) (L ь„ь",7

g (Ц (»

If л

6! -84 < 7

6 л н II

7 — ь, L) (ь2н L

1.ь2, L,, 1., j (ь„ь"„z",3

1ь2н Lq L, Еь ь" ь. л

4 — 0" 34 2

3" i6 /52 3 (ь+, ь,, ь,) (L,, Т„ЬД (Ь2 ° Ь2 ° Ь 3

Еь,, L,, ьД

Еь| н L, ° ь1j

Еь „ь2, «ь,j

Ф

CL Ь,, Ь) / 11 — iQ сг у

L»2 (L2 Ь,, Ь,1

Примечание:L,=ЬЬ>+L,» где — величина зоны гистерезиса

Ф компаратора 14.

Логический сигнал Ь „ на выходе порогового элемента 18 характеризует величину ошибки управления про5 дольной составляющей вектора тока статора

О, а2 — (i - i g ))60>

1, а 2 — ((1... - з. „,1 ) l > 0) где b, — величина допустимой ошибФС ки управления составляющей

Наличие низкого логического уровня на выходе порогового элемента 18 свидетельствует о. превышении модулем

Ошибки УпРавлениЯ составлЯющеи 1,зJ 20 вектора тока статора допустимого значения Ь и по R-входу устанав» ливает RS-триггер 20 в состояние ло» гического нуля, соответствующее Ly О. После снижения ошибки управле- 25 ния составляющей д,1до величины, не превышающей по модулю О», сигнал Ь вернется в состояние высокого логического уровня, Однако это не повлияет на изменение Ь до тех пор, пока значение логического сигнала L2 с выхода компаратора 12 не изменится на противоположное тому, при котором. значение Lx в последний раз имело низкий уровень. В момент изменения значения сигнала L íà противоположное с помощью формирователя 19 импульсов формируется короткий- импульс низкого логического уровня, устанавливающий по S-входу RSтриггер 20 в состояние логической едиНицы, соответствующее Ь = 1.

"2

Логические сигналы Ь,, Ь, L

Ь Э, Ь4 и сигнал 0 <, пОступающий В цифровом виде с выхода блока 17, подаются на соответствующие входы дешифратора 4, при этом на его выходе определенным образом формируются сигналы ЬА, Ь, Ь, управляющие работой силового преобразователя 3.

Алгоритм формирования логических сигналов управления ключевыми элементами силового преобразователя 3 задается следующей таблицей состояний:

1534737.

Логические сигналы управления Lg

L,и L приводят к формированию на выходе. преобразователя 3 соответствующих фазных напряжений

О д о 2Ь ЬВ Ьс у

11 — 7 2ЬВ ЬА Ьс

rpe V

50 — величина питающего напряжения ., Заложенный в дешифратор 4 алгоР тю ФОРМИРОВаааа Ссотааааиавв Цбе, U sc вектора напряжения стат тира Ра (U+< ° рва Рвс1обеслечивдет функционирование электропривода переменного тока с скользящем режиме.

При этом обеспечивается высокая точность стабилизации частоты вращения и, ограничение на заданном уровне 25 фЦзных составляющих 1з, 1ss 1sc вдктора тока статора и управление амплитудой тока намагничивания ротора

1 „а

Таким образом, введение в состав э 1ектропривода переменного тока порогс1вого элемента 18, формирователя 19 импульсов и RS-триггера 20 обеснечивает формирование логического сигналф L", перестраивающего работу дешифр

35 рот ор а и команд уп равл ения в з ав иснмости от величины модуля ошибки управления продольной составляющей вектора статора 1 и изменяющего алгоритм ориентации вектора напряже- 40 ння статора в системе координат (Й, 1) что определяет при ограничении питающих напряжениях электродвигателя

1 повьппение точности управления частотой вращения за счет повышения быстродействия управления моментом днигателя.

Формула изобретения ,Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, обмотки статора которого через датчик фазных токов подключен к выходу силового преобразователя, соединенного управляющим входом с выходом дешифратора команд управления, датчик частоты вращения и датчик положения, механически сочлененные с валом электродвигателя, регулятор частоты вращения, задатчик максимально допустимого тока статора, блок выделения наибольшего по модулю фазного тока статора, задатчик амплитуды тока намагничивания, первый, второй, третий и четвертый компараторы уровня с нелинейной характеристикой типа "гистерезис", модель ротора электродвигателя с вдумя выходами, координатный преобразователь с выходами продольной и поперечной составляющих тока статора, в блок формирования углового положения вектора потокосцепления ротора с тремя входами и выходом, подключенным к соответствующим входам дешифратора команд управления и координатного преобразователя, при этом выход датчика частоты вращения подключен к одному из входов регулятора частоты вращения, другой вход которого образует вход задания электропривода, а.выход регулятора частоты вращения подключен к входу первого кояпаратора уровня, выход задатчика амплитуды тока намагничивания подключен к одному из входов второго компаратора уровня, соединенного другим входом с первым выходом модели ротора электродвигателя, выход задатчика максимально допустимого тока статора подключен к одному из входов третьего компаратора уровня, соединенного другим входом с выходом блока выделения наибольшего по модулю фазного тока статора, выход поперечной составляющей тока статора координатного преобразователя подключен к первому входу блока формирования углового положения вектора потокосцепления ротора и к входу четвертого компаратора уровня, выходы компараторов уровня подключены к соответствующим входам дешифраратора команд управления, вход модели ротора электродвигателя подключен к выходу продольной, составляющей, тока статора координатного преобразователя, а второй выход указанной модели подключен к второму входу блока формирования углового положения вектора потокосцепления ротора, соединенного третьим входом с выходом датчика положения ротора, выход датчика тока подключен к соответствующему входу координатного преобразователя и к входу блока выделения наибольшего по модулю фазного тока статора, о т— л и ч а ю шийся тем, что с целью повышения точности, управления

l534737

14

Составитель А. Жилин

Техред М.Дидык

Корректор М.Шароши

Редактор А. Шандор

Заказ 56 Тираж 450 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

11303 5, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101 частотой вращения электродвигателя, в него введены пороговый элемент, формирователь импульсов и RS-триггер, а дешифратор команд управления .снабжен дополнительным входом, причем входы порогового элемента подключены соответственно к выходу задатчика амплитуды тока намагничивания и к выходу продольной составляющей тока статора координатного преобразователя, а выход порогового элемента подключен к В.-входу ".КЯ-триггеЪ ра, S-вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, соединенного входом с выходом второго компаратора уровня, а выход RS-триггера подключен к дополнительному входу де" шифратора команд управления.