Вентильный электропривод

 

Изобретение относится к электрогехнчке и может быть использовано в регулируемых приводах лентопротяжного гзеханмзма. Целью изобретения являетья повышение энергетических показа текей электропривода, С этой целью аентильный электродвигатель снабжен блоками 17, 18 умножения. Первые входы блоков 17, 18 соединены с выходом ис точника 3 сигнала управления, питаюлт,его преобразователь 2 угла. Вторые тзхсды блоков 17, 18 подключены к выводам блоков задержки 15, 16, соединенными с синусной 3 и косинусной 14 обмотками тахогекераторз 2Р з С гановленного на валу сккхронноА «шчны (СМ) 10 Выходы блоков П, 18 подключены к вторым входам суммирующих уем - ли т ел ей 6S 7„ У си пи т ели 6, 7 включены в синусный и косинусный каналы преобразователя угла 2 и СМ 1, механически связанные межпз собой„ Введение бликов .. 18 псззоляет изменять угол коммутации вентилей усилителей 65 7 посредством сдвига фаз ка -- пряженик на секциях обмоток якоря СМ 1 в функции измеренной частоты вращения ротора СМ 1. За счет подачи синусного сигнала частоты вращения в косинусный канал СМ 1, а косинусного сигнала частоты вращения в синусный канал СМ 1 обеспечивается точная компенсация фазовых запаздываний в цепях управления СМ 1. При этом вектор магнитодвижущей силы статора га 1 точно сдвинут на угол fr4 относительно вектора магнитодвижущей силы ротора СМ 1. 4 ил. с &

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСтИЧЯСНИХ ЕСПЛЛИН

„„SU „„1619372

Д1) Н 02 К 29/06, Н 02 Р 6/00

В . сА

BTEVT Ы -1

БИВНИ

ОНИ;1114, ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АЬ КОРСИ01М :- СВЧДЕТЕЙЬСТВУ

ГОСУДАРС ПЗЕ :-11-! : .". (- ОМ,-1ТЕТ

f16 НЗОБРЕ Yl-Ii4AAA M ОК ЬДЬГИЯМ

iiI1- 11 ГНАТ СССР (21) 4103032/0 i (22) 18.08.86 (46) 07.01.91. Ыюл. У- 1 (72) Г. И. Гайдай, В. В. Герцик и В. А. Фролов (53) 621.313.013.014. 2:621.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И - 550732, IGI Н 02 К 29/06, 1 977, Авторское свидетельство СССР

Ф 1075344, кл. Н 02 Р 5/34, 1984, (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электро— технике и может быть использовано в регулируемых приводах лентопротяжного механизма, Целью и:.îáðåòåíèÿ явля";ò-ся повышение энергетических показателей электропривода, С этой целью вeH— тыльный электродвигатель снабжен бло-" ками 7, 18 умножения. Первые входы блоков 17, 18 соединены с выходом источиика 3 сигнала управления, питающего преобразователь 2 угла. Вторые зходы блоков 17, 18 подключены к выходам блоков задержки 15, 16, соеди2

HeHHM& c cHH) cHoH 3 H косинус ной

14 обмотками тахогенераторя 12, устав новленного на валу синхронной малины (СМ) 1 Выходы блоков 17, 18 подключень1 к BTopblM входам суммирующих ус "I лителей 6, 7. усилители 6, 7 включе--

Hb! B си нусньй и косинус нь Й кянялы преобразоватепя угла 2 и CH 1, механически связанные между собой: Введение блоков 17, 18 позволяет изменя",ü pг зл коммутяции вентилей усили телей 6, 7 посредством сдвига фаз напряжений на секциях обмоток якоря

CN 1 в функции измеренной частоты вращения ротора СИ 1. За счет подачи синусного сигнала частоты вращения з косинусный канал СМ 1, а косинусногo сигнала частоты вращения в синусный канал СК 1 обеспечивается. точная компенсация фазовых запаздываний в цепях управления СМ 1. При этом вектор магнитодвижущей силы статора СИ 1 точно сдвинут на угол 3 ", относительно вектора магнитодвижущей силы ротора

СМ 1. 4 ил. l tI 1 9 . 72

Язобоое1 зине О1 и г -и1 ся к эпектро*: текин ce II можеi Зыгь ис i oui üçîíü но ь регулируемых приводах.

Целью изобретения является повыше5 ние энергетических показателей вентильного электропривода.

На фиг. 1 изображена функциональная схема вентильного электропривода; на фиг. 2 — функциональная схема бло- 10 ка преобразования угла,первый вариант; на фиг. 3 -- функциональная схема блока преобразования угла, второй вариант, на фиг. 4 — эпюры напряжений на вьгходе функциональных узлов вентильного электропринода.

Вентильный электропривод содержит двухфазную синхронную машину 1 (фиг. 1),, блок 2 преобразования угла к входу которого подключен источник 20

3 сигнала управления. Синусный 4 и косинуснь1й 5 вьг оды блока 2 преобразования угла соответственно через пер алый б и второй 7 сукиирующие усилите=" ли связаны с синуснОй 8 и КОсинуснОЙ 25

9 якорньми Обмотками двухфазной синхронной маIш1ны 1 . РотОр 10 синхрОнной машины 1 механически связан с блоком

2 преобразояа1»ия угла 3 и ротором ",1 с нхрон Ior о генератора 12. Синусная

13 и косинусная 14 обмОтки синхронногс генератора i 2 соответственно под-: соединены к входам первого 15 и второго 16 блоков задержки, Вентиль-.ый электродвигатель дополнит 11ьно содер; 1т первый 17 и вгорой

18 олоки умножен-.I; —. первые входы которых подклкчены к выходу источника

3 сигнала управления, .зторые входы— соответствен О к выходам первого 15 и второго 1с блоков задержки, выходы блоков 17 и l8 подключены к вторым входам второго 7 и первого б сум1п»ру— ю1цих усилителей.

Блок 2 преобразования угла нылол=нен в виде послецовательно соединен" » них источника 19 (фиг. 2) переменного тока, вращающегося трансформатора 20, ротор 21 которого механически связан с pОторОм 10 cHHxpoHHoH MBiUHHbi 1, днух фазочув.=твительных вы11рямителей

22 и 23, входы которых подключены к соответствующим обмоткам 24 и 25 вращаюiëß,"ocß трансформатора 20, и Двух блсков 26 и 27 умножения, нторые входы котор -ьх объединены и являются нхоI-.,o.» блока 2 преобразования угла, а вь|хады являются синусными 4 и косинусньг 5 выходами блока 2 преабраэона= ния угла, Источник 19 переменного тока ключен к вторым входам первого 22 и второго 23 фазочунствительных выпрямителейй.

Блок 2 преобразования угла (фиг. 3) может быть выполнен в виде последовательно соединенных модулятора 28, вращающегося трансформатора 20, ротор

21 которого механически связан с ðoтором 10 синхронной машины 1, двух фазочув твительных выпрямителей 22 и

?3, первые входы которых подключены к соответствующим обмоткам 24 и 25 вращающегося трансформатора 20, вторые входы выпрямителей 22 и 23, а также второй вход модулятора 28 подключены к источнику 19 переменного тока.

Выходы выпрямителей 22 и 2 являются синусным 4 и косинусным 5 выходами блока 2 преобразования угла. Вход мо- дулятора. 28 является входом блока 2 преобразования угла.

Вентильный электропривод работает. следующим образом.

Подают напряжение Uy управления от источника на блок 2 преобразования угла. На выходах 4 и 5 блока 2 формируются напряжения U è U постоянного тока в виде

Ф -2 ) З1-п у

= K U. соаВ; где К, — коэффициент пер едачи блока

2 преобразования угла;

g =- Р 1л — электрический угол повоf1 рота ротора 10;

Рд — число пар полюсов; — механический угап поворота ротора 10.

С выходов первого б и второ.-о 7 суммирующих усилителей соответственно напряжения U< и U7 поступают на синусную 8 и косинусную 9 обмотки синхронной машины 1:

Ы@ г 6 (2)

К, К7Ц сов 9 1 где К = К вЂ” коэффициент усиления

6 7 суммирующих усилителей би 7.

Токи в обмотках 8 и 9 Определяются выражениями

1619372

1 — К8Ц з1п9 ) (3} (6) (7) — Я1.п(gp)4

Ц18 = А соз (6 $<}i

U4 = В sin (8 -p}, U5 = В cos (8 — p2), (9) Ц = К (81п6 ц, K рсозО, (4) 3О (5}

4S откуда (DT

2 К ) К«= -KP„T

К ЯТ а г Й 2 (12) 9 — К9Ц сов 9)

3 где К =К =К К/К;

Н вЂ” активное сопротивление обмоток 8 и 9.

Токи i и i„, образуют МДС статора, взаимодействие ко,эрой с 1(ЩС ротора приводит к появлению вращающего момента, вызывающего вращение ротора 10 с частотой, пропорциональной напряжениям Us и U на обмотках 8 и 9.

Для оптимизации характеристик вентильного электропривода необходимо введение угла р опережения коммутации.

Для этого в цепи управления вводятся корректирующие сигналы Ц17 и U1S с выходов блоков 17 и 18 умножения. 20

Корректирующие сигналы получаются следующим образом.

На синусной 13 и косинусной 14 обмотках соответственно синхронного генератора 12 формируются напряжения Ц 25 и Ц14 где Q - частота вращения ротора 10;

К вЂ” коэффициент передачи синхрон—

12 ного генератора 12.

Напряжения U 19 и U14 соответственно поступают через первый 5 блок задержки и второй 16 блоки задержки на вторые входы блоков 17 и 18 умножения. Сигналы на выходе первого 15 и

40 второго 16 блоков задержки имеют вид

К< Яз п (!в <) ю

Ц,б = К „-,с- СОЯ (Я - <31) Ф

-де, = arctg 63 7< — фаэовое запаздывание, вносимое блоками 15 и i6 задержки, 7 - постоянная времени блоков 15

50 и 16 задержки, Я вЂ” синхронная частота

На первые входы блоков 17 и 18 умножения поступает сигнал с выхода источника 3 сигнала управления. 55! 1

На выходах блоков 17 и 18 умножения формируются напряжения соответственно (фиг. 4) = К„Ц Яв п (8 -P<);

U> = К, U gcos (0 -P,), Напряжения на выходах блока 2 преобразования угла с учетом постоянной времени Т, блока 2 могут быть записаны следующим образом:

U4 - К,U< sin (9 -p2);

U — Кг U) соз (О -12) у

$> = arctgQT2 . (И

Выражения (6) и (?) могут бь1ть представлены в виде где А = K1 U(1 Q;

Кг Ц<1

Сигналы U4 и U1> поступают на первый и второй входы суммирующего усилителя 6, на выходе которого получается сигнал U (при pe=f32}: () = )((и + (), ) = К (А в<с (Е—

-Е) + А сов <Е <)))

=КГА +а sin(В-P +У ); (10) ),= arctg — = arctg — г — . (11)

А К 2Q

В К2

Если обеспечить (2= i)! » то сдвиг гармоники на выходе усилителя 6 равен нулю.

С учетом (8) и (11) arctg ЯТ = arctg

K<2 Q

Выражение (12) для коэффициента передачи К,@ синхронного генератора

12 определяет условие компенсации сдвига фазного напряжения из-за инер5 ционностей в канале управления.

В реальных системах запаздывания могут вносить также инерционности суммирующего усилителя 6 и обмотки 8.

Учет этих инерционностей следует про-1О изводить соответствующим увеличением постоянной времени Тг в выражении (12).

Блок 16 задержки за счет выбора постоянной времени Тг, = Т обеспечивает суммирование Uy u U < с одинаковыми фазовыми сдвигами (P,= P ). Это значительно упрощает условие компенсации фазового запаздывания в канале управления (2) . В случае Pq = 0 коэффициент 1 определяется более- сложным выражением

К 81п (ах ctg Q Tä ) () реализация которого представляет значительные трудности.

Рассмотрим работу косинусного канала управления. На выходе усилителя

7 формируется напряжение (при Р1

= р,)

= 7(— IJ)g ) = K, (B cos (О—

- ),,) - A sin и) - ) )) = 35 A + B cos (9 д + — ) ° (f

))

2 ) .= arctg -= = arctg — (15) 40

Л К12 2

0":- " В Кг фазовый сдвиг косикусоиды равен нулю при косинускый канал 5 упра)злекня — c);г-нала с синусной обмотки 3 си:. хро".к.: го генератора 12 и выполнение условий (12) и (15) обеспечивает полную компенсацию инерционностей в канале управления электродвигателя. Вентильный электродвигатель развивает при этом максимальный вращающий момент и имеет высокие энергетические параметры, Блок 2 преобразования угла может быть выполнен на вращающемся трансформаторе (фиг. 2). На первые входы выпрямителей 22 и 23 соответственно поступают сигналы переменного тока с синусной 24 и косикусной 25 обмоток вращающегося трансформатора 21:

sign szn ) )-ю (18)

1)2 = К, U cos с) sign sinQt, (19,1 где К вЂ” коэффициент передачи вращающегося трансформатора 20.

На выходах выпрямителей 22 и 23 формируются напряжения в виде гг гг 20 ф (20)

= К К2О cos6 U гце Кг, = К вЂ” коэффициенты передачи

ФЧВ, 22, 23;

U о — оп ор но е напр я жени е на выход е ис т оч ни ка 1 9.

Они поступают на первые входы первого

26 и второго 27 блоков умножения. На вторые входы этих блоков поступает напряжекие с выхода источника 3 сигнала управления.

Напряжение на выходах первого 26 и второго 27 блоков умножения являются синусным 4 и косинусным 5 выходами блока преобразования

Отсюда, используя выражения (9) и (16), получают (17) К(2. Кг РпТг

Условие (15) идентично выражению (12) .

Таким образом, введение в синусный канал 4 управления вентильного электропривода сигнала с косинусной обмотки 14 синхронного генератора 12, а в

Н вЂ” Кг К Н U згп9

=К. U sing

У (21)

" = Км K ã "о Н . соз9

= Кг" со Е де К 2 Кго К гг Но .при другом варианте выполнения блока

2 преобразования угла (фиг. 3) . Напряжение управления U поступает через модулятор 28 на обмотку возбуждения вращающегося трансформатора 20, На си— нусной 24 и косинусной 25 обмотках

16 193! 2 но

К U sinQ (23)

К U cos9

20 вращающегося трансформатора 20 форв:— руются напряжения:

U<4 К <> U sin g sign sinЫ с (22)

U, = К И oos 9 sign sin Я е

7б

Напряжения на выходах первого 22 и второго 23 выпрямителей являются синусным 4 и косинусным 5 выходами блока 2 преобразованля угла соответственU = U К о K „sin6

U =- k, К О, сов9

z0 23

I где К2 Кго Кгz

Таким образ ом, положит ельныи эффект состоит в том, что при сохранении постоянства момента двигателя 25 по углу поворота ротора при заданном входном сигнале и высокой надежности вентильный электродвигатель обеспечи-. вает повьпление энергетических показателей электродвигателя за счет точной 3п компенсации фазовых запаздываний в цепях управления электродвигателя.

При этом вектор МДС статора сдвинут точно на и . 2 эл. градусов относитель .но зектора ЩС ротора. ормула изобpет ения

Вентильный электропривод, содержащий двухфазную синхронную машину, тахогенератор, выполненный в виде двухфазного синхронного генератора, блок преобразования угла, к входу ко торого подключен источник входного сигнала управления, а синусный и косинусный выходы блока преобразования угла соответственно через первый и втор-ой с--ммирую"1ие усилители связаны синусн>й и косин сной якорньяи мотками двухфазной синхронной мапины,. ротор которой механичес.ки связан с ротором дв-.хфа ного синхронного генератора, синусная и кссннусная обмотки которого соответственно соединены с входами первого и второго блоков задс. жки. о тл и ч а ющий с я тем, что, с целью повыщения энергети-ческих показателей, введены два бло ка умножения, первые входы, которых подключ е .1ы к .сточник > входного Hi""" нала, вторые входы соответственно к выходам первого и второго блоков задержки а выходы соответственно подключены к вторым входам второго и первого суммирующих усилителей,.

Составитель А. Иванов

Техред JI.Олийнык Корректор О. 0ипле

Рог,лктор О. Головач

Заказ . 5 5 Тираж Подпис ное

ВИЛ%И Гасударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГАБТ СССР

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

Гроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, i 91