Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к частотно-регулируемым электроприводам , построенным на основе синхронного двигателя, и может быть использовано , например, в приводах металлорежущих станков, моделирующих стендов и т.д. Цель изобретения - конструктивное упрощение электропривода. В электропривод переменного тока с синхронным двигателем 1 и усилителем Фазных токов 2 введены элемент логического инвестирования 19 и устройство выборки-хранения 20, а индуктивный датчик 3 углового положения снабжен вторым выходом, формирователь управляющих сигналов 6 снабжен дополнительным входом, образованным входом разрешения записи регистра 9 и подключенным к выходу счетчика 21 в формирователе гармонических сигналов 5. Аналоговые входы цифроаналоговых преобразователей 17, 18 в формирователе 15 сигнала обратной связи по частоте вращения ротора подключены к выходам датчика 3, При этом обеспечивается формирование сигнала обратной связи по частоте вращения без использования измерительного синхронного генератора, благодаря чему упрощается конструкция электропривода. 2 ил. 1Л С.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ni>s Н 02 Р 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4377800/07 (22) 15.02.88 (46) 23,12.91. Бюл, ¹ 47 (71) Новосибирский электротехнический институт (72} А.B. Богдашев, Б,М, Боченков, И.3. Кан, M.Ñ. Каплун, В,В. Климовицкая, СЛ. Раяк и

Л.В, Смоляр (53) 621.316.718.5{088.8) (56) Башарин А.В. и др, Управление эле::траприводами: Учебное пособие для вузов. — Л.:

Знергоиздат, 1982, с, 164.

Авторское свидетельство СССР

M 1633475, кл. Н 02 Р 7/42, 1987. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-регулируемым электроприводам, построенным на основе синхронного двигателя, и может быть использовано, например, в приводах металлорежущих станков, моделирующих стендов и

„„. Ы „„1 700736 А1 т.д. Цель изобретения — конструктивное упрощение электропривода. В электропривод переменного тока с синхронным двигателем 1 и усилителем:разных таков 2 введены элемент логического инвертирования 19 и устройство выборки-хранения 20, а индуктл";- ь|й датчик 3 углового положения снабжен вторым выходом, формирователь управляющих сигналов 6 снабжен дополнительным входом, образованным вхоцом разрешения записи регистра 9 и подключенным к выходу счетчика 21 в формирователе гармонических сигналов 5. Аналоговые входы цифроаналоговых преобразователей 17, 18 в формирователе

15 сигнала обратной связи по частоте вращения ротора подключены к выходам датчика 3. При этом обеспечивается формирование сигнала обратной связи по частоте вращения без использования измеоительнаго синхоонного генератора, благо- даря чему упрощается конструкция электоопривода. 2 ил, 1700736

Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-регулируемым электроприводам, построенным на основе синхронного двигателя, и может быть использовано, например, в приводах металло- 5 режущих станков, моделирующих стендов- и т.д.

Целью изобретения является конструктивное упрощение электропривода переменного тока, определяемое наличием на 10 валу синхронного двигателя только одного электромеханическогоустройства †датчи углового положения.

На фиг. 1 rðåäñòàâëåíà функциональная схема электропривода переменного то- 15 ка; на фиг, 2 — эпюры напряжений.

Электропривод переменного тока содержит синхронный двигатель 1 (фиг. 1), обмотки которого подключены к выходам усилителя 2 фазных токов, индуктивный дат- 20 чик 3 углового положения, установленный на валу синхронного двигателя, последовательно включенные генератор 4 опорной частоты и формирователь 5 гармонических сигналов, выходы которого соединены с -25 входами индуктивного датчика 3 положения, формирователь 6 управляющих сигналов, выполненный со счетчиком 7, компаратором 8, регистром 9, регулятором

10 частоты вращения, двумя постояннымл 30 запоминающими устройствами 11 и 12 и двумя цифроаналоговыми преобразователями 13 и 14; выходы которых образуют первую пару выходов формирователя 6 уп- 35 равляющих сигналов.

Цифровые входы цифроаналоговых преобразователей 13 и 14 подключены к выходам соответствующих постоянных запоминающих устройств 11 и 12, входы кото- 40 рых объединены и подключены к выходу регистра 9, вход данных и синхронизирующий вход которого подключены соответственно к выходам счетчика 7 и компаратора

8, входы которых образуют соответственно 45 первый и второй входы формирователя 6 управляющих сигналов, Аналоговые входы цифроаналоговых преобразователей 13 и 14 обьединены и подключены к выходу регулятора 10 частоты 50 ,вращения, вход которого образует третий вход формирователя 6 управляющих сигналов. Выходы постоянных запоминающих устройств 11 и 12 образуют вторую пару выходов формирователя 6 управляющих 55 сигналов.

Электропривод переменного тока содержит, кроме того, формирователь 15 сигнала обратной связи по частоте вращения, выполненный с сумматором 16 и двумя цифроаналоговыми преобразователями 17 и 18, цифровые и аналоговые входы которых образуют соответственно первую и втору о пару входов формирователя 15.

Выходы цифроаналоговых преобразователей 17 и 18 подкл очены к входам сумматора 16, выход которого образует вь:ход формирователя 15.

Выход генератора 4 опорной частоты и первый выхОД инДуктивного Датчика 3 пОлОжения подключены соо — âåòñòâåííî к первому и второму входам формирователя 6 управляющих сигналов, первая и вторая пары выходов которого подключены соответственно к управляющим входам усилителя 2 фазных токов и к первой паре формирователя 15, образованной цифровыми входами цифроаналоговых преобразователей 17 и

18, В электропривод переменного тока введены элемент 19 логического инвертирования, устройство 20 выборки-хранения, индуктивный датчик 3 углового положения снабжен вторым выходом, формирователь 6 управляющих сигналов снабжен четвертым входом, образованным входом разрешения записи регистра 9.

Формирователь 5 гармонических сигналов выполнен со счетчиком 21, регистром

22, двумя постоянными запоминающими устройствами 23 и 24 и двумя цифроаналоговыми преобразователями 25 и 26, выходы которых образуют выходы формирователя 5, При этом входы цифроаналоговых преобразователей 25 и 26 подключены к выходам соответствующих постоянных запоминающих устройств 23 и 24, входы которых Объединены и подключены к выходу регистра 22, подключенного входом данных к первому выходу счетчика 21, вход которого объединен с синхронизирующим входом регистра 22 и образует вход формирователя 5, Второй выход счетчика 21 соединен с входом разрешения записи регистра 22 и образует третий выход формирователя 5„ подключенныл к входу элемента 19 логлческого инвертирования и к гетвертому входу формирователя 6 управляющих сигналов, Выход элемента 19 логического инвертирования подключен к первому входу устройства 20. выборки-хранения, второй вход которого подключен к выходу формирователя. 15 сигнала 06pBTHGA связи Bo HBcTQTe вращения. Выход устройства 20 выборкихранения соединен с третьим входом формирователя 6 управляющих сигналов .

Вторая пара входов формирователя 15 сигнала обратной связи по частоте вращения подкл очена к соответствую.: iM выходам

1700736 индуктивного датчика 3 углового положения.

В качестве датчика 3 может быть использована электрическая машина типа вращающегося трансформатора. Усилитель 5

2 фазных токов представляет собой многофазный усилитель напряжений, охваченный пофазно жесткой отрицательной обратной связью по выходному току, и может быть выполнен, например, на базе непосредст- 10 венного преобразователя частоты.

Элемент 19 логического инвертирования и устройство 20 выборки-хранения могут быть собраны на основе серийно выпускаемых микросхем. 15

Счетчики 7 и 21, регистры 9 и 22, постоянные запоминающие устройства 11, 12, 23 и 24, цифроаналоговые преобразователи

13, 14, 17, 18, 25 и 26 могут быть собраны на основе серийно выпускаемых цифровых 20 микросхем по типовой схеме включения, Электропривод переменного тока работает следующим образом, Генератор 1 опорной частоты вырабатывает прямоугольные импульсы с частотой 25

f1, которые поступают на вход формирователя 5 гармонических сигналов, образованный входом счетчика 21, который формирует линейно нарастающий код и (цифровую "пилу") с частотой 30 1 2 =—

2 где N — число разрядов счетчика 21 {фиг. 2б).

Цифровая "пила" поступает на вход данных регистра 22, на вход разрешения записи которого поступает (n+2)-й разряд со счетчика 21.

Рассматривают работу электропривода и раздельно на интервалах времени (то; 11) и (t1, t2)

На интервале (to; 1) на вход разрешения записи регистра 22 приходит сигнал "1", при этом в нем записывается значение кода на информационном входе. С выхода регистра 22 периодическая последовательность и чисел в двоичном коде поступает на обьединенные входы постоянных запоминающих устройств 23 и 24, где записаны затабулированные значения синуса и косинуса соответственно. Закодированные значения этих функций поступают на входы цифроаналоговых и реобразователей 25 и 26 соответственно, где преобразуются в аналоговые сигналы.

На выходе формирователя 5 гармонических сигналов получают систему синусоидальных напряжений для эапитки датчика 3 углового положения (фиг. 2в). (2) U s= О. э!и 27 12t:

Ugc= Оп сов 2 zt f2t.

При этом на интервале времени (tp, t1) датчик 3 работает в режиме фазовращателя, Выходные напряжения датчика 3 имеют следующий вид:

U 3s= U3rr, sin (2.тг f2t + 9);

Use= U эп; сов (2л f2t О) ) (3) Us = U гщ sign sin (2&2t + Я (4), Регистр 9 работает аналогично регистру

22, т, е, на интервале fto; 11) он производит перезапись сигнала, поступающего на информационный вход в момент прихода положительного фронта на вход синхронизации.

Последовательность чисел в двоичном коде с выхода регистра 9 поступает на обьединенные входы постоянных запоминающих устройств 11 и 12, где записаны эатабулированные значения функций синуса и косинуса соответственно. Закодированные значения этих функций поступают на входы цифроаналоговых преобразователей 13 и 14, где преобразуются в аналоговые сигналы. На выходе формирователя где Π— геометрический угол между осью синусной первичной обмотки датчика и осью выходной обмотки.

Полагают число пар полюсов датчика 3 и двигателя 1 равным единице. При иных значениях числа пар полюсов работоспособность схемы обеспечивается согласованием модулей счета счетчиков 21 и 7.

Формирозатель 6управляющих сигналов на интервале времени (то; t1) осуществляет обратное координатное преобразование сигнала задания момента, являющегося функцией ошибки по частоте вращения иэ системы координат, связанной с ротооом, в неподвижную систему координат, связанную со статором.

На первый вход формирователя 6 поступает последовательность прямоугольных импульсов частотой f1 с генератора 4. Счетчик 7 работает аналогично счетчику 21. На второй вход формирователя 6 поступает сигнал с второго выхода датчика 3, компаратор 8 формирует на своем выходе напряжение

1700736 (8) 018= кввз!и О

017= ввcos20. (9) {10) U16 кв в, 053= 03m $1П 2 2> т2т1;

U6c= Ugm cos 2 2л f2t1, 40

6 получают систему синусоидальных напряжений следующего вида:

0 6s= 010 з1п (0+ 2k% );

0 6c=U1ocos(+ О+ 2Ьт), - (5) где U1o — выходное напряжение регулятора

10, являющееся заданием момента в системе координат, связанной с ротором;

k=0,1,2,...

Таким образом, на выходах формирователя 6 получают в соответствии с принци- 10 пом частотно-токового управления синусоидальные напряжения, поступающие на усилитель 2 фаэных токов в качестве задания токов в обмотках двигателя 1.

На интервале времени (to, 1) сигнал "1" с второго выхода счетчика 21 поступает через элемент 19 логического инвертирования на управляющий вход устройства 20 выборки-хранения, удерживая его в режиме хранения, Рассматривают работу электропривода на интервале времени (t1; t2), когда на вход разрешения записи регистра 22 и регистра

9 приходит сигнал "0", При этом в регистре

22 происходит запоминание сигнала в момент времени t1. С выхода число в двоичном коде поступает на объединенные входы постояннь1х запоминающих устройств 23 и 24, где записаны затабулированные значения синуса и косинуса соответственно. На выходах устройств 23 и 24 получают эакодированные значения синуса и косинуса соответственно в момент времени t1.

Эти закодированные значения поступают на входы цифроаналоговых преобразователей 25 и 26 соответственно, где преобразуются в аналоговые сигналы (фиг.

2e).

При этом датчик 3 работает в режиме измерительного синхронного генератора.

На выходе датчика 3 получают систему напряжений

0зз= k в з1пд;

0зс=k в созд, Р) где k в — коэффициент передачи измерительного синхронного генератора (фиг. 2г).

На первый вход формирователя 6 поступает последовательность прямоугольных импульсов частотой f1 с генератора. Счетчик

7 работает аналогично счетчику 21. На второй вход формирователя 6 поступает сигнал с второго выхода датчика.

На интервале времени (t1, т2) на вход разрешения записи регистра 9 приходит сигнал "0", т.е. запрет. При этом происходит запоминание сигнала в момент времени

t1. С выхода регистра 9 число в двоичном коде поступает на объединенные входы постоянных запоминающих устройств 11 и 12, где записаны затабулированные значения синуса и косинуса соответственно. Коды синуса и косинуса с выхода формирователя 6 поступают на входы преобразователей 18 и

17 соответственно, где преобразуются в аналоговые сигналы.

На опорные входы преобразователей 18 и 17 поступают напряжения с выхода датчика 3 (выражение (7)

На выходах преобразователей 18 и 17 получают

01в=Мв в з1п 0 з!и О1, 017= кв в созе соз 01, где О1 — значение угла О в момент времени t1, При условии, что 12» f>, где fq — частота вращения ротора двигателя, можно считать, что 0=81, тогда(8) принимаеФ вид

На выходе сумматора 16 формируется напряжение которое подается на вход устройства 20 выборки-хранения.

На интервале времени (t1, t2) сигнал "О" с второго выхода счетчика 21 поступает через элемент 19 на управляющий вход устройства 20. При этом сигнал с выхода сумматора 6 беэ изменения поступает на вход регулятора 10, где сравнивается с сигналом задания частоты вращения, т,е, в электроприводе сигнал обратной связи по частоте вращения ротора двигателя формируется беэ отдельного измерительного синхронного генератора.

Таким образом, введение в электропривод элемента логического инвертирования, устройства выборки-хранения и соответствующие их подключения к выходам формирователя гармонических сигналов и формирователя сигнала обратной связи по частоте вращения, соединенного с выходами датчика углового положения ротора. обеспечивает формирование сигнала обратной связи по частоте вращения ротора двигателя без использования измерительного

1700736

1 5

30

50 синхронного генератора, благодаря чему упрощается конструкция в сравнении с известным электроприводом.

Формула изобретения

Злектропривод переменного —îêà,,, содержащий синхронный двигатель, обмотки которого подключены к выходам усилителя фазных токов, индуктивный датчик углового положения, установленный на валу синхронного двигателя, последовательно включенные генератор опорной частоты и формирователь гармонических сигналов, выходы которого соединены с входами индуктивного датчика углового положения, формирователь управляющих сигналов, выполненный со счетчиком, компаратором, регистром, регулятором частоты вращения, двумя постоянными запоминающими устройствами и двумя цифроаналоговыми преобразователями, выходы которых образуют первую пару выходов формирователя управляющих сигналов, цифровые входы цифроаналоговых преобразователей подключены к выходам соответствующих постоянных запоминающих устройств, входы которых объединены и подключены к выходу регистра, вход данных и синхронизирующий вход которого подключены соответственно к выходам счетчика и компаратора, нходьi которых образугот соответственно первый и второй входы формирователя управляющих сигналов, аналоговые входы цифроаналоговых преобразователей обьединены и подключены к выходу регулятора частоты вращения, вход которого образует третий вход формирователя управляющих сигналов, а выходы постоянных запоминающих устройств образуют вторую пару выходов формирователя управляющих сигналов, формирователь сигнала обратной связи по частоте вращения ротора, выполненный с сумматором и двумя цифроаналоговыми преобразователями, цифровые и аналоговые входы которых образуют соответственно первую и вторую пары входов формирователя сигнала обратной связи по частоте вращения, а выходы указанных цифроаналоговых преобразователей подключены к входам сумматора, выход которого образует выход формирователя сигнала обратной связи по частоте вращения ротора, при этом вь.ход генератора опорной частоты и

il8pB6IA выход индуктивного датчика углоно

ro положения подключены соответственно к первому и второму входам формирователя управляющих слгналов, первая и вторая пара нь -одов которого подключены соответственно к управля ощим входам усилителя фазных токов и псрвой паре входов формирователя слгнала обратной связи по частоте вращения ротора, о т л и ч а l0 шийся тем, что. с цепью конструктивного упрощения, введены элемент логического инвертирования, устройство выборки-хранения, индуктивный дат,ик углового положения снабжен вторым выходом, .формирователь управляющих сигналов снабжен четвертым входом, образованным входом разрешения записи регистра, а формиронатель гармонических сигналов выполнен со счетчиком, регистром, двумя гостоянными запоминающими устройствами и двумя цифроаналоговыми преобразователями, выходы которых образуют выходы формирователя гармонических сигналов, при этом входы указанных цифроаналоговых преобразователей подключены к выходам соответствующих постоянных запоминающих устройств, входы которых объединены и подключены к выходу регистра, подключенного входом „àííûõ к первому выходу счетчика, вход которого объединен с синхронизирующим входом регистра и образует вход формирователя гармонических сигналов, второй выход счетчика которого соединен с входом разрешения записи регистра и образует третий выход формирователя гармонических сигналов, подключенный к входу элемента логическо-. го инвертирования и четвертому входу формирователя управляющих сигналов, выход элемента логического инвертирования годключен к первому входу устройства выборки-хранения, а орой вход которого подключен к выходу формирова-еля сигнала обратной связи по частоте вращения ротора, а выход устройства выборки-хранения соединен с третьим входом формирователя управляющих сигналов, вторая пара входов формиронателя сигнала обратной связи по частоте вращения подключена к соответствующим выходам индуктивного датчика углового положения.

1700736 г еда:::тор H. аобкоеа

TL p3>K Подписное

ЕНИИИИ Государстеенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCP

113035, Москва, Ж-Э5, Раушская наб„4/5

Лроизводстзенна-издатеяьский комбинат "Патент", r. Ужгород, упХагарина, 101

1 (1

Состаеитея A,Жияин

) екред M.×op 8HTBJl Корректор О. Кравцова