Вентильный электропривод

 

Использование: в системах с Езентильным и шаговым электродвигателями. Сущность - вентильный электропривод содержит синхронный электродвигатель 1 с т-фэзной якорной обмоткой, регулятор 2 тока , датчик 3 положения ротора, первое постоянное запоминающее устройство 4, задатчик 5 частоты вращения, m двухвходовых сумматоров 6-9, второе постоянное запоминающее устройство 10, двоичный счетчик 11 и генератор 12 импульсов. Каждый сумматор содержит операционный усилитель , четыре резистора и выполнен с коэффициентом усиления по его входам, удовлетворяющим соотношению Кз/Ki -2п, где Ki и К2 - коэффициенты усиления суммйторэ по первому и второму входам; п - число разрядов двоичного счетчика. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>)5 Н 02 Р 6/02

ГОСУДАРСТВСННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4804819/07 (22) 04.01.90 (46) 30.10.92. Бюл. № 40 (71} Самарское научно-производственное обьединение автоматических систем (72) В.В.Ледерер (56) Патент США № 4270074, кл, Н 02 Р 6/02, 1985.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1552329, кл. Н 02 Р 6/02, 1988, (54) ВЕНТИЛЪНЫЙ ЗЛЕКТРОПРИВОД (57) Использование: в системах с вентильным и шаговым электродвигателями. Сущность — вентильный электропривод

SU 17 72885 Al содержит синхронный электродвигатель 1 с

m-фазной якорной обмоткой, регулятор 2 тока, датчик 3 положения ротора. первое постоянное запоминающее устройство 4, задатчик 5 частоты вращения, m двухвходовых сумматоров 6-9, второе постоянное запомина1ощее устройство 10, двоичный счетчик 11 и генератор 12 импульсов. Каждый сумматор содержит операционный усилитель, четыре резистора и выполнен с коэффициентом усиления по его входам, удовлетворяющим соотношению iQ/К1 = 2", где К1 и К2 — коэффициенты усиления суммтора по первому и второму входам; n — число разрядов двоичного счетчика. 2 ил, 1772885

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропривода с вентильным и шаговым электродвигателями.

Известно устройство управления бесщеточного двигателя постоянного тока с использованием ПЗУ (см. патент США N.

4270074, кл. Н О? P б/02; 1985 r.), содержащего статор, в обмотки которого включены датчики положения оси двигателя, соединенные со входом схемы регулирования скорости, генерирующей цифровой сигнал, Схема возбуждения двигателя содержит постоянное запоминающее устройство, входы которого соединены с выходом схемы регулирования скорости.

Недостап<ом описанного устройства является низкая точность управления.

Известен вентильный электропривод (см, а,с, СССР N 1552329, MКИ Н 02 Р 6/02, 1988 г.), содержащий синхронный электродвигатель. обмотки которого подключены к выходам регулятора тока, датчик положения ротора, механически связанный с ротором синхронного электродвигателя, выходы которого подключены к первым входам первого постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), вторые входы которого подключены к выходам задатчика частоты вращения, второе ПЗУ, генератор и двоичный счетчик, тактовый вход которого подключен к выходу генератора, а выходы подключены к входам второго ПЗУ, выходы которого подключены к третьим входам первого ПЗУ, а выход старшего разряда подключен к входу обнуления двоичного счетчика. Выходы первого

ПЗУ подключены ко входам регулятора тока.

Недостатком описанного устройства является низкое быстродействие, которое обусловлено большим периодом опроса

ПЗУ, так как число требуемых для опроса такгoBhlx импульсов равно числу передаваемых значений тока.

Другим недостатком является низкая точность, поскольку при заданном быстродействии и числе передаваемых значений тока приходится выбирать высокую частоту тактовых импульсов, что приводит к нелинейным искажениям при пр-.образовании кода в ток.

Целью изобретения является повышение точности управления и быстродействия, Поставленная цель достигается тем, что в вентильный электропривод, содержащий синхронный двигатель с m-фазной якорной обмоткой, подключенной к выходам регулятора тока, датчик положения ротора синхронного двигателя, генератор импульсов, выходом. соединенный с тактовым входом двоичного счетчика, выходы которого подключены к входам первого постоянного запоминающего устройства, один из выходов которого соединен с входом сброса счетчика, а другие выходы — с первой группой входов второго ПЗУ, вторая и третья группа входов которого подключены, соответственно, к выходам задатчика частоты вращения и датчика положения ротора, введены m

10 двухвходовых сумматора. каждый из которых одним входом соединен с выходом младшего разряда второго ПЗУ. а вторым— с выходом старшего разряда указанного

ПЗУ, выходы сумматоров соединены с соответству1ощими входами регулятора тока, причем каждый сумматор выполнен с коэффициентом усиления по cro входам, удовлетворяющим соо TIIolllGIIèlo

20 — =2

К2 и

К1 где К1, К2 — коэффициенты усиления сумматора по первому и второму входам соответ25 ственно: л — число разрядов двоичного счетчика.

Сущность, изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема электропривода, на фиг. 2 схема сумматора.

30 Вентильный электропривод содержит (см. фиг. 1) синхронный электродвигатель 1 с m-фаэной якорной обмоткой, подключенной к выходам регулятора 2 тока, датчик 3 положения ротора синхронного двигателя

35 1, первое постоянное запоминающее устройство 4 (ПЗУ 4), задатчик 5 частоты вращения, m двухвходовых сумматоров 6-9, второй ПЗУ 10, двоичный счетчик 11 и генератор 12 импульсов.

40 Генератор 12 импульсов выходом соединен с тактовым входом двоичного счетчика 11, выходы которого подключены к, входам первого ПЗУ 4, один из выходов которого соединен с входом сброса счетчика.

45 а другие выходы — с первой группой входов второго ПЗУ 10, вторая и третья группы I;ходов котороl о подключены, соответственно. к выходам задатчика 5 частоты вращения и датчика 3 положения ротора синхронного

50 двигателя 1, Каждый из m двухвходовых сумматоров 6 — 9 одним входом соединен с выходом младшего разряда второго ПЗУ 10, а вторым — с выходом старшего разряда укаэанного ПЗУ 10. Выходы сумматоров 6-9

55 соединены с соогветствующими входами регулятора 2 тока.

Сумматор б-9 (см, фиг, 2) выполнен. например, по схеме (см, Л.Фолкенберри "Применение операционных усилителей и

1772885 — =2

К2 и

Kl усилителя 13 равно

50 линейных ИС", М„Мир, 1985, стр. 113, рис.

5,5) и содержит операционный усилитель 13 и четыре резистора 14-17.

Каждый сумматор 6-9 выполнен с коэффициентом усиления по его входам, удовлетворяющим соотношение где К1. К2 — коэффициенты усиления сумматора по первому и второму входам, соответственно;

n — число разрядов двоичного счетчика.

Работает устройство следующим образом.

С генератора 12 высокочастотные импульсы поступают на тактовый вход двоичного счетчика 11. Счетчик 11 считает импульсы и последовательно опрашивает ячейки памяти второго ПЗУ 10. Если счетчик

11, например, четырехразрядный и = 4, то второе ПЗУ 10 имеет три выхода (1+ log24), По первому адресу записаны "нули" (000) или "0" в шестнадцатиричном коде, ва втором и третьем адресах записаны "1" (100), в следующих четырех адресах записаны "2" (010). Далее число "3" (110) записано в восьми адресах. В последнем шестнадцатом адресе записана цифра "4" (001), что означает появление "единицы" на третьем выходе

ПЗУ 10 и сброс счетчика 11. Если число п выходов двоичного счетчика 11 больше четырех, то опрос ячеек памяти ПЗУ 10 продолжается и под каждую последующую цифру предусмотрено в два раза больше адресов, чем под предыдущую. После сброса счетчика 11 процесс опроса ячеек памяти повторяется снова.

Поскольку выходы второго ПЗУ 10 соединены с вторыми входами первого ПЗУ 4, та к выходам последнего будут поочередно подключаться ячейки памяти. При этом первые ячейки памяти будут подключены в течение одного тактового интервала(число "0" ва втором ПЗУ 10 записано в одном адресе), вторые ячейки — в течение двух тактовых интервалов (число "1" во втором ПЗУ 10 записано в двух адресах), третьи ячейки памяти — в течение четырех тактовых интервалов (числа "2" во втором ПЗУ 10 записано в четырех адресах), далее четвертые ячейки памяти будут подключены в течение восьми тактовых интервалов, В общем случае i-e ячейки будут подкл очены к выходам в течение 2 тактовых интервалов, поскольку число I записано во втором ПЗУ 10 в 2 адресах.

Значение разрядов требуемых функций тока для каждой фазы электродвигателя 1, записанные в первом ПЗУ 4 появляются поочередно одновременно на L ее выходах.

Для этога предварительно значение функции тока разбивается на равных по длине участков. Например, при L = 2 восьмиразрядная функция разбиьается на два четырехразрядных участка, в одном из них четыре старших разряда, в другом четыре младших и таким образом функция записывается в первом ПЗУ 4, причем соответствующие разряды обоих участков записываются по одному и тому же адресу.

Так при наличии "0" на выходе второго ПЗУ

10 на одном выходе первого ПЗУ 4 будет первый разряд функции тока (самый старший) — он постуг ит на вход сумматора, (например, 6) с большим коэффициентом усиленля, на другом входе будет пятый разряд этой функции — ан поступит на второй вход сумматора б, коэффициент усиления которого ь l6 раз меньше (в общем случае в л

2 раз), Число 16 является соотношением между весами первого и пятого разрядов, Когда на выходе второго ПЗУ 10 появится число "1", к выходам ПЗУ 4 подключается второй и шестой разряды функции тока, и хотя веса разрядов увеличились, соотнс ле ние весов разрядов осталось прежнее — шестнадцать. После появления на выходе второго ПЗУ 10 числа "2" к выходам первого

ПЗУ 4 подключается третий и седьмой разряды функции тока, а после появления числа

"3" — четвертый и восьмой разряды. Во всех случаях соотношение между весами разрядов равно шестнадцати и более старший разряд поступает на тат вход сумматора,коэффициент усиления па которому в шестнадцать раз больше. Время выдержки при переходе от младших разрядов функции тока к более старшим всякий раз удваивается, Сумматор работает следующим образом.

Напряжение на выходе операционного

R16 R16 вих О 1 - -р-у- + IJ 2

R16 гВ17 (<) (см. Л.Фолкенберри "Применение операционных усилителей и линейных И.С.", М., Мир, 1985, стр. 110 — 113).

Принимает значение резистора (R17)l

aa R, тогда значение резистора В16 будет равно Ку R, где Ку — коэффициент усиления сумматора по первому входу (самому стар1772005 шему). Коэффициент усиления по второму входу должен быть в 2" раз меньше, чем по первому, поэтому принимаем значение резистора (R17)z = 2"R, значение резистора (Н17)1. будет равно 2(L-1)"R. 5

Подставив в формулу(1) найденные значения резисторов, получим: вьнг g " + "й — „+ " I U ,(002а uü 10 с k (ll + — + " ), ()

2» "" 2<1-л.») >

Для того, чтобы схема была сбалансированной, необходимо чтобы сумма коэффициентов усиления неинвертируемай части схемы (куда подаются напрлжения 01, U2, ... 15

01.) была равна сумме коэффицие11тав усиления инвертируемой части, Для выполнения этого должно соблюдаться условие

R14 R16 „R16 „R16 . 20

R15 ГКТ7 51 ГВ17$2 "" ГЯТ7 (3)

Приняв, значение сопротивления резистора 14 за R, тогда сопротивление резиста- 25 ра t5 равно

Другими словами, требуемые функции токов записанные в ПЗУ 4 разделяются в начале на составные части, которые затем 05 преобразу1отся в аналоговые величины и суМмируются в сумматорах 6-9, причем каждая со своим весовым коэффициентом, поэтому на их выходах получаютсл исходные функции в аналоговом виде.

Таким образом, усредненное напряжение сумматоров 6 — 9 пропорцианаг1ьно требуемой функции тока, записанной в двоичном коде в первом ПЗУ 4 для соответствующей фазы синхронного электродвигателя 1. На выходах остальных сумматоров 7, 8, 9 формируются напряженил, пропорциональные требуемым токам в остальных фазах синхронного электродвигателя 1.

Регуллтор 2 токов преобразует значение на- 50 пряжений на выходах сумматоров 6 — 9 в токи, протекающие в фазах синхронного электродвигателя 1.

Задатчик 5 скорости задает требуемые направление вращения и скорость для электродвигателя 1. Если на всех выходах задатчика 5 скорости присутству1от нули (задаваемая скорость равна нулю), то в том массиве памяти первого ПЗУ 4, который соответствует такому сочетани1о его третьих входов, во всех ячейках будут записаны "нули", При этом токи в фазах электродвигателл

1 равны нул1о и его ротор стоит неподви>кно.

При поступлении с задатчика 5 скорости кода отличного от нуля к выходам первого

ПЗУ подключа1отсл те массивы памяти, в которых записаны функции TQKQB соответствующие заданной скорости. При этом таки в фазах электродвигателя 1 формируются таким образом, чтобы вектор магнитодвижущей силы (МДС) статора был перпендикулярен вектору МДС ротора. Положение вектора МДС статора определяется соотношением токов в фазах электродвигателя 1, а информация о положении ротора clè1ìëåòся с ДПРЗ 55 двоичном коде. Ротор элекгродвигателя 1 начи11ает вращатьсл. При изменении положения ротора изменлетсл и состояние выходов ДПРЗ. Массивы памяти в первом ПЗУ 4 переключа1отся таким образом, что вектор МДС статора, не изменяя своей величины, изменлет свое пог1ожение, оставаясь перпендикулярным вектору МДС ротора, При этом дастигаютсл максимальный момент и КПД.

Предпола>ким T3 = 1 мс. допустим также что для обеспечения требуемой точности характеристики кад/ток, период тактовой частоты должен в 4 раза превышать Т> или

Тт« 4T>, тогда при M = 256 для прототипа период опроса составит приблизительно 1 с, длл предлагаемого устройства при 1 = 2 период опроса составит 60 мс. а для L = 4 период опроса 12 мс. При этом следует отметить, чта предлагаемое устройство не сложнее прототипа.

Формула изобретения

Вентильный электропривод, содер>кащий синхронный двигатель с rn-фазной якорной обмоткой, подключенной к выходам регулятора тока, датчик положения ротора синхронного двигателя, генератор импульсов, выходам соединенный с тактовы л входом двоичного счетчика, выходы которого подкг1ючены к входам первого постоя н ного зап с минаю щего устройства, один из выходов которого соединен с входом сброса счетчика, а другие выходы — с первой группой входов второго постоянного запоминающего устройства, вторая и третья группы входов которого подкл1очены сооТветственно к выходам задатчика частоты вращения и датчика положения ротора, о тл и ч а ю шийся тем, чта, с цель1о повышения точности управления и быстродействия, введены m двухвходовых сумматора. каждый из которых первым входом соединен с выходом младше1о разряда, а вторым — C выходам старшего разряда второго посто1772885

Составитель B,Ëåäåðåð

Техред М.Моргентал Корректор Jl.Филь

Редактор

Заказ 3850 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 янного запоминающего устройства, выходы сумматоров соединены с соответствующими входами регулятора тока, причем каждый сумматор выполнен с козффициентами усиления по его входам. удовлетворяющим соотношению . — =2

К2

К где К>, Кг — коэффициенты усиления сумматора по первому и второму входам соответ5 ственно; п — число разрядов двоичного датчика,