Устройство для формирования опорных сигналов управления синхронным двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах с частотно-токовым управлением. Цель изобретения - расширение области применения путем использования фазовращателя с коэффициентом электрической редукции большим, чем у синхронного двигателя. Указанная цель достигается тем, что в устройство для формирования опорных сигналов управления синхронным двигателем введены вспомогательный датчик 7 положения для установки на валу синхронного двигателя 2 и узел сравнения 8, подключенный первым входом к выходу датчика 7. вторым входом - к выходу фазочувствительного выпрямителя 3, а выходом - к запрещающему входу делителя частоты 6. Устройство может найти применение при управлении как круговыми , так и линейными синхронными двигателями . 4 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 Р 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4490467/07 (22) 06.10.88 (46) 23,12.91. Бюл. ЛЬ 47 (71) Научно-производственное объединение

"Ротор" (72) М.И. Ярославцев, В.И, Попов и А.Г. Лукашенко (53) 621.316.718.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 1014117, кл, Н 02 P 5/34, Н 02 Р 7/42, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

N 930555, кл. Н 02 P 7/42, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ

ОПОРНЫХ СИГНАЛОВ УПРАВЛЕНИЯ

СИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах с

5U, 1700737 А1 частотно-токовым управлением. Цель изобретения — расширение области применения путем использования фазовращателя с коэффициентом электрической редукции большим, чем у синхронного двигателя, Указанная цель достигается тем, что в устройство для формирования опорных сигналов управления синхронным двигателем введены вспомогательный датчик 7 положения для установки на валу синхронного двигателя 2 и узел сравнения 8, подключенный первым входом к выходу датчика 7, вторым входом — к выходу фазочувствительного выпрямителя 3, а выходом — к запрещающему входу делителя частоты 6. Устройство может найти применение при управлении как круговыми, так и линейными синхронными двигателями, 4 ил.

1700737

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах с частотно-токовым управлением, в частности в линейном приводе.

Известно устройство для формирования опорных сигналов управления синхронным двигателем, которое содержит коммутатор с двумя многофазными входами и одним мнагофазным выходом, синуснокосинусную матрицу нэ резисторах, последовательно соединенные фазорэсщепитель, формирователь импульсов, делитель частоты, формирователь гармонических функций и инвертор.

Формирователь опорных сигналов управления с помощью синусно-косинусной матрицы на основе ступенчатой аппроксимации формирует трехфазный гармонический сиг нал, который поступает на выход устройства непосредственно, либо через и н ве р тор (1).

Недостатками устройства являются сложность, обусловленная многоканальным принципам построения, а также ограниченные функциональные возможности, связанные с проблемой устранения неоднозначности выходного сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому явг яется устройство для формирования опорных сигналов. управления синхронным двигателем, содержащее фазовращатель, ротор которого механически соединен с ротором двигателя, фазочувствительный выпрямитель, выход которого является выходом устройства, задающий генератор, первый выход которого подключен к входным обмоткам фазоврэщателя, а второй — к первым входам фазочувствительного выпрямителя, выход фазовращателя подключен к вxoäó формирова,еля коротких импульсов, делитель частоты с запрещающим входом. При этом делитель частоты подключен сигнальным входом к генератору импульсов, "àïðåùàþùèì входом — к выходу формирователя коротких импульсов, а выходом —, через фильтр к управляющему вхоДу фазочувствительного выпрямителя (2).

Недостатком известного устройства является ограниченная область применения, Представляется возможным управлять синхронным двигателем с использованием фазовращателей с коэффициентом электрической редукции меньше коэффициента электрической редукции синхронного двигателя.

Целью изобретения является расширение области применения путем использования фазоврэщателей с коэффициентом электрической редукции больше коэффици5

55 ента электрической редукции синхронного двигателя.

Указанная цель достигается тем, что устройство для формирования опорных сигналов управления синхронным двигателем, содержащее фазовращатель, ротор которого механически соединен с ротором двигателя, фазочувствительный выпрямитель, выход которого является выходом устройства, задающий генератор, первый выход К0торого подключен к входным обмоткам фазовращателя, а второй — к первым Входам фазочувствительного выпрямителя, выход фазовращателя подключен к входу формирователя коротких импульсов, делитель частоты с запрещающим входом, дополнительно содержит вспомогательный датчик положения ротора и узел сравнения, подключенный первым входом к выходу вспомогательного датчика положения ротора, вторым входом — к выходу фазочувствительного Выпрямителя, а выходом подключенный к запрещаюьцему входу делителя частоты, сигнальный вход которого подключен к выходу формирователя коротких импульсов, а выход — к управляющему входу фазочувствитель ного выпрямителя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для формирования опорных сигналов управления синхронным двигателем; на фиг. 2 — пример выполнения делителя частоты с коэффициентом деления на два; на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие работу узла сравнения; на фиг. 4 — диаграммы сигналов на выходах функциональных узлов, поясняющие работу устройства.

Устройство для формирОВания Опорных сигналов управления синхронньн1 двигателем содержит фазовращэтель 1, ротор которого механически сьязан с ротором синхронного двигателя 2, фазочувствительный выпрямитель 3, выход которого является выходом устройства, задающий генератор 4. Первый Выход задающего генератора 4 подключен к входны л обмоткам фазоврэщателя 1, а второй выход — к первы л входам фэзочувствительного Выпрямителя

3, Выход фазовращателя 1 подключен к входу формирователя 5 коротких импульсов.

Устройства содержит также делитель 6 частоты с запрещающим входом. Дополнительно устройство содержит Вспомогательный датчик 7 положения ротора и узел 8 сравнения, подключенный первым входом к выходу вспомогательного датчика 7 положения

PoTQPB, BToPblM Входом — к ВыхОДУ ФэзочУВствительного выпрямителя 3, а выходом подключенный к запрещающему входу делителя 6 частоты, Сигнальный Вход последнего подключен к выходу формирователя 5

1700 37. коротких импульсов, а выход — к управляющему входу фазочувствительного выпрямителя 3. Выход. последнего может быть связан с фазами синхронного двигателя 2 через управляемый источник 9 питания.

Узел 8 сравнения обеспечивает сравнение фаз сигналов дополнительного,rатчика

7 положения ротора и логических сигналоэ, соответствующих знакам выходных сигналов фазочувствительного выпрямителя 3.

Делитель 6 частоты с запрещаю,.::им входом обеспечивает деление имгульсов, поступающих на его сигнальный вход с формирователя 5 коротких импульсов, на фиксированный коэффициент. При наличии сигнала управления на запрещающем входе делитель 6 частоты переводится в режим повторителя импульсов, не производя Gr.ерацию деления, При реализации устройс:г а с фазовращателем, коэффициент электротехнической редукции которого в два pasа выше коэффициента электрической редукции синхронного двигателя, применяется делитель частоты на два (фиг. 2), включающий два D-триггера 10 и 11, логические элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 и И 13.

Вход триггера 10 является запрещающим входом делителя частоты, В данном деллтеле частоты в результате подачи запре.цà-ощего сигнала с выхода узла 8 сравнения происходит сдвиг фазы выходных импульсов на л

Фазочувствительный выпрямитель 3 в упрощенном варианте представляет собой два элемента выборки-хранения, каждый иэ которых включает в себя управляемый ключ и запоминающий конденcàòîð. Входные цепи ключей образуют двухфазный вход, а цепл коммутации ключей — вход управления фазочувствител ьн ы м вы прямителем 3.

Устройство для формирования сигналов управления синхронным двигателем работает следующим образом, В качестве синхронного двигателя 2 рассмотрим линейный индукторный двигатель, а в качестве фазовращателя 1 — да чик индуктивный линейных перемещений, Шаг эубцовой зоны двигателя 2 равен удвоенному шагу печатных обмоток фазовращателя

1, Согласно частотно-токовому способу управления в фазных обмотках синхронного двигателя 2 необходимо формировать токи управления

IA=k1F UA tB=klF UB, (1j где ОА и UB — опорные сигналы управления синхронным двигателем и

UA= Кг ° sing и 0в= Кг.cos p (2) 2к, p=-X

rlLB (3) р — apn,мент, определяющий положение подвижно: о элемента двигателя вдоль направления движения Х;

10 тд — шаг эубцовсй эоны двигателя, .= — задание требуемой силы тяги двигателя;

К1 и K2 — постоянные величины, Требуемые то .и (1) в обмотках двигате15 ля (2) вырабатыва отся управляемым источником 9 пита.-,ия. Приходяьцие на его двухфазный вход опорные сигналы (2) перемножаются внутри блока с сигналом задания силы тяги F (не показан), и полученные

20 результаты преобразуются в пропорциональные им токи управления (д и в.

Опорные сигналы управления (2) вырабатываются фазочувствительным выпрямителем 3. На вход 14 фазочувствлтельного

25 выпрямителя 3 приходит двухфазное синусоидальное напряжение с частотой в

Us= K3 stA ы . 0с= К3 соя и 1, (4) Г0

Х— где Ч вЂ” „,òX аргумент, определяющий положение подвижного элемента фазовращателя вдоль направления движения Х;

55 тд„— шаг печатных обмоток фаэовращателя;

К4 — постоя н на я величина.

Поскольку гд,т = 2 тд т . то согласно (3) выражение ЭДС (5) приводлтся к виду

30 где Кэ — постоянная величина.

На его управляющий вход поступает последовательность кооотких импульсов. В каждом канале фазочувствительного вйпрямителя 3 в момент прихода короткого ком35 мутирующего импульса замыкается ключ, и конденсатор заряжается до напряжения, рав.-гого напряжению на входе ключа. После оаэмыкания ключа напряжение на конден-. сатоое запоминается.

40 Коммутирую .цие импульсы, -поступающие на управляющий вход фазочувствительного выпрямителя 3, выоабатываются следующим образом, Входные обмотки фазовращателя 1,за45 писываются синусоидальным напряжением

c p,BotlHoA частотой 2 (l) . В выходной обмотке наводится ЭДС (5)

Ul = K4 sin 2,(ф ф) р

1700737 i npu 0зд > О

ЗА-

Опди Оз,, < О i г ри 0з в > 0

ЗВ-1 О Р U38 О

01= K4 sin 2 (cu t — р ), (6)

Формирователь 5 вырабатывает короткие импульсы в моменты смены знака его входного сигнала с отрицательного на положительный. В соответствии с (6) короткие 5 импульсы на выходе формирователя 5 возникают в моменты времени

Сформированные импульсы поступают на сигнальный вход 15 делителя 6 частоты (фиг, 2). С выхода последнего также снимаются короткие импульсы, но уже следующие 15 счастотой,,уменьшенной в два раза. Эти импульсы и становятся коммутирующими импульсами фазочувствительного выпрямителя 3.

В зависимости от начального состояния 20 триггеров 10 и 11 на выход логического элемента И 13 проходят импульсы в моменты времени tI, i= О, 2, 4,.:., или в моменты tI, i=

=1, 3, 5... В первом случае, согласно (4) и (7) конденсаторы элементов выборки-хране- 25 ния фазочувствительного выпрямителя 3 заряжаются.до напряжений

0s (t I )=Кз з1п (p (tl ) + i л)=Кз з! и у (tI );

0 < (tI )=Кз сов (р (tI ) + i л) = Кз сов фт ) и запоминают эти напряжения в промежутках между коммутирующими импульсами. 35

На ьыходе фазочувствительного выпрямителя 3 сформируются кусочно-постоянные напряжения, представляющие собой аппроксимации опорных сигналов управления (2). Во втором же случае конденсаторы заря- 40 жаются до напряжений

U4(tI )=-Кзз пр (а );

U< (tI ) = - Кз сов у (tI ) и на выходе фазочувствительного выпрями- 45 теля 3 сформируются сигналы, инверсные требуемым сигналам управления.

В этом случае (фиг. 2) с приходом положительнога импульса на запрещающий 50 вход 16 делителя 6 частоты изменяется логический сигнал на первом входе элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12, тем самым выходной сигнал элемента И 13 смещается по фазе на угол а, что приводит к формирова- 55 нию на выходе фазочувствительного выпрямителя 3 требуемых опооных сигналов, Запрещающий положительный импульс делителя 6 частоты вырабатывается узлом 8 сравнения в соответствии с логическим уравнением

V v V v

U= Од "Озд+Uyа" 0зл Udç" Uзв++UBÔ" 0ув (8) .V 1/ где.0зд, 0зв — логические сигналы, соответствующие знакам выходных сигналов фазочувствительного выпрямителя 3 и

Uyq — UpII — выходные логические сигналы вспомогательного датчика 7 положения ротора.

Логические сигналы Uyq — 0,, 0зд, Озв являются функциями аргумента р (выражение 3) и изображены на фиг. 3. При этом сигналы Ug1 — UyII, характеризуются параметрамиф j= 1, 2..... 8, которые определяют возможный разброс границ единичного уровня выходных логических сигналов вспомогательного датчика 7 положения ротора.

Необходимо, чтобы О< y <— ,7г

Когда на выходе фазочувствительного выпрямителя 3 сформируются сигналы, соответствующие опорным сигналам управления (2), то функционирование устройства находится в полном соответствии с принципом частотно-токового управления. Если же выходные сигналы фазочувствительного выпрямителя 3 оказываются инверсными требуемым сигналам, то узел 8 сравнения сформирует управляющий положительныл импульс, который переводит делитель б частоты в режим повторения и после смещения выходного сигнала делителя б частоты по фазе на угол л обеспечивает дальнейшее деление, тем самым приводит выходной сигнал фазочувствительного выпрямителя 3 к требуемому виду, Таким образом, использование предлагаемого устройства дает возможность управлять синхронным двигателем с использованием фазовращателей, у которых коэффициент электрической редукции больше коэффициента электрической ре- дукции двигателя. За счет этого расширяется область применения устройства для формирования опорных сигналов. Предлагаемое устройство может найти применение при управлении как круговыми, тэк и линей1700737

10 ными синхронными двигателями. Линеиный электропривод, построенный на основе линейного индукторного двигателя с частотнотоковым управлением, позволяет расширить диапазон регулирования скорости 5 перемещения исполнительных механизмов.

Формула изобретения

Устройство для формирования опорных сигналов управления синхронным двигате- 10 лем, содержащее фазовращатель, ротор которого предназначен для механического соединения с ротором синхронного двигателя, фазочувствительный выпрямитель, выход которого образует выход названногс 15 устройства, задающий генератор, первый выход которого подключен к входу фазовращателя, а второй — к первому входу фазочувствительного выпрямителя, формирователь коротких импульсов, подключенный входом к выходу фазовращателя, и делитель частоты с запрещающим входом, о т л.и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения области применения путем использования фазовращателя с коэффициентом электрической редукции большим, чем у синхронного двигателя, введены вспомогательный датчик положения ротора синхронного двига«еля и узел сравнения, первый вход которого подключен к выходу указанного вспомогательного датчика положения ротора, второй вход — к выходу фазочувствительного выпрямител.-,: a выход узла сравнения соед нен с запре:,ыа оц:,им входом делителя частоты, сигнальный вход которого подключен к выходу формирователя коротких импульсов, а выход — к второму входу фазочувствительного выпрямителя.

1700737

Составитель M.ßðoñëàâöåâ

Техред M.Moðãåíòàë . Корректор О,Кравцова

Редактор Н.Бобкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 10) Заказ 4477 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5