RU2020717C1

RU2020717C1 - Electric drive

Info

Publication number: RU2020717C1
Authority: RU
Inventors: Т.И. Алимов
Original assignee: Государственное предприятие "НПО Техномаш"
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1994-09-30

Abstract

FIELD: machine tool feed electric servo drives. SUBSTANCE: enhanced reliability, accuracy and adaptability to manufacture are provided by use of second amplifier-summer, switching unit, high frequency unit and resistive decoupling unit. Resistive decoupling unit has high-frequency generator, two transformers, four switches and six resistors. EFFECT: enhanced reliability and accuracy. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в следящих электроприводах подач станков. The invention relates to electrical engineering and can be used in servo-driven feeds of machine tools.

Известен электропривод постоянного тока типа ЭТ6 ТУ 16-530, 223-77 (аналог). Known DC electric drive type ET6 TU 16-530, 223-77 (analogue).

Недостатками данного электропривода являются невозможность контроля за уравнительным током, малое быстродействие, наличие импульсных трансформаторов для управления тиристорами, большой тепловой дрейф датчика тока (магнитодиодов) и в связи с этим ограниченный диапазон регулирования. The disadvantages of this electric drive are the inability to control the surge current, low speed, the presence of pulse transformers for controlling thyristors, the large thermal drift of the current sensor (magnetodiodes) and, therefore, the limited regulation range.

Известен электропривод постоянного тока [1]. Known electric drive DC [1].

Недостатками данного электропривода являются малая точность датчика тока, отсутствие сигнала, пропорционального уравнительному току, наличие импульсных трансформаторов для управления тиристорами. The disadvantages of this drive are the low accuracy of the current sensor, the absence of a signal proportional to the equalizing current, the presence of pulse transformers for controlling thyristors.

Целью изобретения является повышение надежности, точности и технологичности за счет введения второго усилителя-сумматора, блока коммутации, входы которого соединены с системой управления и содержащего в каждом канале две оптопары, к вторичным цепям которого подключены противоположно включенные диоды, и построение высокочастотного блока гальванической развязки на базе высокочастотного генератора, двух высокочастотных трансформаторов, четырех ключах, шести резисторов, двух конденсаторов и выпрямителя. The aim of the invention is to increase reliability, accuracy and manufacturability by introducing a second amplifier-adder, a switching unit, the inputs of which are connected to the control system and containing two optocouplers in each channel, the oppositely connected diodes are connected to its secondary circuits, and the construction of a high-frequency galvanic isolation unit for base of a high-frequency generator, two high-frequency transformers, four switches, six resistors, two capacitors and a rectifier.

Цель достигается тем, что в электроприводе постоянного тока с совместным управлением, в дальнейшем электропривод, содержащий силовую часть, электродвигатель, два силовых дросселя, блок управления, блок коммутации, пропорционально-интегральные регуляторы тока и скорости, датчик тока, построенный на высокочастотном блоке гальванической развязки и двух шунтах, датчик скорости, один усилитель-сумматор, второй усилитель-компаратор, два диода, вводится третий усилитель-компаратор, второй усилитель выполнен в виде сумматора, блок коммутации содержит две оптопары, к вторичным цепям которых подключены противоположно включенные диоды, вторые выводы которых соединены с тиристорами преобразователя, а высокочастотный блок гальванической развязки содержит высокочастотный генератор, два высокочастотных трансформатора, четыре ключа, шесть резисторов, два конденсатора и выпрямитель. The goal is achieved in that in a DC drive with joint control, hereinafter an electric drive containing a power unit, an electric motor, two power chokes, a control unit, a switching unit, proportional-integral current and speed controllers, a current sensor built on a high-frequency galvanic isolation unit and two shunts, a speed sensor, one amplifier-combiner, a second amplifier-comparator, two diodes, a third amplifier-comparator is introduced, the second amplifier is made in the form of an adder, a switching unit win two optocouplers, to the secondary circuits are diodes connected oppositely included, the second terminals of which are connected to the thyristor converter, and a high-frequency galvanic decoupling unit comprises a high frequency generator, two high-frequency transformer, four keys, six resistors, a capacitor and two rectifier.

Приведенная совокупность новых отличительных признаков неизвестна в источниках, данное устройство проявляет новые свойства, обеспечивающие надежность, точность и технологичность, что отвечает критерию "Существенные отличия". The given set of new distinguishing features is unknown in the sources, this device exhibits new properties that ensure reliability, accuracy and manufacturability, which meets the criterion of "Significant differences".

На фиг. 1, 2 приведены принципиальные электрические схемы электропривода. In FIG. 1, 2 are schematic electrical circuits of an electric drive.

Электропривод содержит силовую часть 1, электродвигатель 2, два силовых дросселя 3 и 4, блок 5 управления, блок 6 коммутации, пропорционально-интегральные регуляторы тока 7 и скорости 8, датчик 9 скорости, усилитель-сумматор 10 и датчик тока, выполненный на двух шунтах 11 и 12, высокочастотный блок 13 гальванической развязки, второй усилитель-сумматор 14, третий усилитель-компаратор 15 и два диода 16, 17. The electric drive contains a power part 1, an electric motor 2, two power inductors 3 and 4, a control unit 5, a switching unit 6, proportional-integral current and speed regulators 7 and a speed 8, a speed sensor 9, an adder amplifier 10 and a current sensor made on two shunts 11 and 12, a high-frequency galvanic isolation unit 13, a second amplifier-adder 14, a third amplifier-comparator 15 and two diodes 16, 17.

Блок гальванической развязки состоит из генератора 18 прямоугольных импульсов, первого импульсного трансформатора 19, который имеет пять вторичных обмоток, и второго импульсного трансформатора 20, который имеет четыре вторичных обмотки, четырех ключей 21-24, шести резисторов 25-30 и двух конденсаторов 31, 32. The galvanic isolation unit consists of a rectangular pulse generator 18, a first pulse transformer 19, which has five secondary windings, and a second pulse transformer 20, which has four secondary windings, four switches 21-24, six resistors 25-30 and two capacitors 31, 32 .

На выходе пятой вторичной обмотки трансформатора 19 установлен выпрямитель 33. At the output of the fifth secondary winding of the transformer 19, a rectifier 33 is installed.

К одним силовым концам первого 11 и второго 12 шунтов соответственно подключены первый и второй выходы силовой части 1, вторые силовые концы шунтов 11 и 12 подключены соответственно к дросселям 3 и 4. Вторые силовые концы дросселей 3 и 4 объединены и подключены к одному якорному концу электродвигателя 2. Второй якорный конец 2 подключен к третьему силовому выходу силовой части 1. Силовая часть 1 имеет три силовых питающих входа, на которые подается напряжение сети. На 2m управляющих входа 1 подаются 2m управляющих выхода 6. На вход подаются сигналы с выхода 5, а на вход 5 подается сигнал с выхода 7. На первый и второй инверсный входы 7 подаются соответственно выходной сигнал с регулятора 8 скорости и сигнал отрицательной обратной связи по току с усилителя-сумматора 10. На первый и второй неинвертирующий вход регулятора 8 скорости поступают соответственно сигнал задания и сигнал отрицательной обратной связи по скорости с датчика 9 скорости (тахогенератор). Сигнальные провода первого 11 и второго 12 шунтов соединены соответственно с первым и вторым входами 13. Первый и второй выходы 13 соединены соответственно с первым инверсным входом 10 и первым неинверсным входом 14 и вторым инверсным 10 и неинверсным входом 14. Выход усилителя-сумматора 10 соединен с катодом 16 и анодом 17. Анод 17 и катод 16 соответственно соединены с третьим неинверсным и четвертым инверсным входами усилителя-сумматора 14. Сигналы на первом и втором выходах 12 разнополярны и постоянны по знаку. На первом выходе 13 - отрицательный, на втором выходе - положительный. Выход 14 соединен с входом 15 и является сигналом, пропорциональным уравнительному току, и может быть использован в электроприводе с совместным несогласованным управлением выпрямительной и инверсной группами тиристоров силовой части. Сигнал логической единицы на выходе 15 соответствует максимальному значению уравнительного тока. В выходные цепи блока 5 управления каждым тиристором последовательно включены первичные цепи двух оптопар. Плюсовая и отрицательная шины дополнительного напряжения, формируемого в блоке 13, подключены через вторичные цепи соответствующих оптопар, соответственно, через соответствующий диод в прямом направлении и через соответствующий диод в обратном направлении к соответствующим управляющим электродам и катодам соответствующего тиристора силовой части 1. Выходы высокочастотного генератора 18, блока 13 подключены к первичной обмотке трансформатора 19. Первая, вторая, третья и четвертая вторичные обмотки трансформатора 19 подключены к управляющим входам соответственно ключей 21 и 22, 23 и 24. Причем первая и третья обмотки включены в противофазе второй и четвертой обмоток. Первый и второй входы 13 зашунтированы соответственно резисторами 25 и 26. Одни концы входа 1 и входа 2 блока 13 подключены соответственно через ключи 21 и 22 к началам первой и второй обмоток трансформатора 20. Вторые концы входа 1 и входа 2 блока 13 подключены соответственно к концам первой и второй обмоток трансформатора 20. Третья и четвертая обмотки трансформатора 20 зашунтированы соответственно резисторами 27 и 28. Начало третьей и четвертой обмоток соответственно через ключи 24 и 23 подключены к одним концам резисторов 29 и 30. Вторые концы резисторов 29 и 30 соответственно являются выходом 1 и выходом 2 блока 13. Концы третьей и четвертой обмоток объединены и подключены к нулевой шине. Между нулевой шиной и выходами 1 и 2 блока 13 соответственно включены конденсаторы 31 и 32. Пятая вторичная обмотка трансформатора 19 подключена к выпрямителю 33. Два выходных конца этого выпрямителя являются соответственно плюсовой и отрицательной шинами дополнительного постоянного напряжения блока 13. The first and second outputs of the power part 1 are connected to one power ends of the first 11 and second 12 shunts, the second power ends of the shunts 11 and 12 are connected respectively to the chokes 3 and 4. The second power ends of the chokes 3 and 4 are combined and connected to one anchor end of the electric motor 2. The second anchor end 2 is connected to the third power output of the power part 1. Power part 1 has three power supply inputs, to which the mains voltage is supplied. 2m control outputs 6 are fed to the 2m control inputs 1. Signals from output 5 are fed to the input, and output 7 is fed to input 5. The output signal from the speed controller 8 and the negative feedback signal are supplied respectively to the first and second inverse inputs 7 current from the amplifier-adder 10. The first and second non-inverting input of the speed controller 8 receive respectively a reference signal and a negative feedback signal from the speed sensor 9 speed (tachogenerator). The signal wires of the first 11 and second 12 shunts are connected respectively to the first and second inputs 13. The first and second outputs 13 are connected respectively to the first inverse input 10 and the first non-inverse input 14 and the second inverse 10 and non-inverse input 14. The output of the amplifier-adder 10 is connected to the cathode 16 and the anode 17. The anode 17 and the cathode 16 are respectively connected to the third non-inverse and fourth inverse inputs of the amplifier-adder 14. The signals at the first and second outputs 12 are multi-polar and constant in sign. At the first output 13 is negative, at the second output is positive. The output 14 is connected to the input 15 and is a signal proportional to the equalizing current, and can be used in an electric drive with joint uncoordinated control of the rectifier and inverse groups of the thyristors of the power unit. The signal of the logical unit at the output 15 corresponds to the maximum value of the surge current. In the output circuit of the control unit 5 for each thyristor, the primary circuits of two optocouplers are connected in series. The positive and negative buses of the additional voltage generated in block 13 are connected through the secondary circuits of the corresponding optocouplers, respectively, through the corresponding diode in the forward direction and through the corresponding diode in the opposite direction to the corresponding control electrodes and cathodes of the corresponding thyristor of the power unit 1. Outputs of the high-frequency generator 18 , block 13 are connected to the primary winding of the transformer 19. The first, second, third and fourth secondary windings of the transformer 19 are connected to the control the inputs of keys 21 and 22, 23 and 24. respectively. Moreover, the first and third windings are included in antiphase of the second and fourth windings. The first and second inputs 13 are shunted by resistors 25 and 26, respectively. One ends of the input 1 and input 2 of the block 13 are connected, respectively, through the keys 21 and 22 to the beginnings of the first and second windings of the transformer 20. The second ends of the input 1 and input 2 of the block 13 are connected respectively to the ends the first and second windings of the transformer 20. The third and fourth windings of the transformer 20 are shunted by resistors 27 and 28, respectively. The beginning of the third and fourth windings, respectively, through the keys 24 and 23 are connected to one end of the resistors 29 and 30. The second ends of the resistors 29 and 30, respectively, are output 1 and output 2 of unit 13. The ends of the third and fourth windings are combined and connected to the zero bus. Capacitors 31 and 32 are connected between the zero bus and outputs 1 and 2 of block 13, respectively. The fifth secondary winding of the transformer 19 is connected to the rectifier 33. The two output ends of this rectifier are the plus and negative busbars of the additional DC voltage of block 13.

Электропривод работает следующим образом. The electric drive operates as follows.

В исходном состоянии, когда на входе 8 сигнал задания равен нулю, на выходах 8 и 7, а также на выходе 10 сигнал также равен нулю. При этом от первого силового выхода 1 по цепи (11, 3, 4, 12) к второму силовому выходу 1 протекает уравнительный ток. Ток якоря (нагрузки) при этом равен нулю. Так как сигналы с шунтов 11, 12 преобразуются в 13 и на выходе 13 они разнополярны и подаются на инверсные входы 10, то на выходе 10 сигнал равен нулю. Напряжение на выходе 10 пропорционально току якоря (нагрузки). In the initial state, when at the input 8 the reference signal is equal to zero, at the outputs 8 and 7, as well as at the output 10, the signal is also equal to zero. In this case, from the first power output 1 through the circuit (11, 3, 4, 12) to the second power output 1, an equalizing current flows. The current of the armature (load) is equal to zero. Since the signals from the shunts 11, 12 are converted to 13 and at the output 13 they are heterogeneous and are fed to the inverse inputs 10, then at the output 10 the signal is zero. The voltage at the output 10 is proportional to the current of the armature (load).

При подаче на вход 8 задающего напряжения положительной полярности на выходе 8 появляется максимальный отрицательный сигнал, при этом на выходе 7 - максимальный положительный сигнал. Управляющие выходные сигналы 5 в количестве 2m подаются на первичные цепи блока 6. Сигналы с вторичных цепей блока 6 подаются на 2m входов части 1 для управления 2m силовыми тиристорами силовой части 1. При этом по якорной цепи электродвигателя протекает пусковой ток нагрузки, причем по цепи первого дросселя 3 и шунта 11 протекает суммарный ток нагрузки и уравнительного тока, по цепи второго дросселя 4 и шунта 12 протекает уравнительный ток. Происходит разгон электродвигателя. When applying to the input 8 of the reference voltage of positive polarity at the output 8, the maximum negative signal appears, while at the output 7 - the maximum positive signal. The control output signals 5 in an amount of 2m are supplied to the primary circuits of block 6. The signals from the secondary circuits of block 6 are fed to 2m inputs of part 1 to control 2m power thyristors of power part 1. In this case, the starting current of the motor flows through the armature circuit of the motor, and the first the inductor 3 and the shunt 11 flows the total current load and surge current, along the circuit of the second inductor 4 and the shunt 12 the surge current flows. The motor accelerates.

При подаче на вход 8 задающего напряжения отрицательной полярности по якорной цепи протекает ток нагрузки, по цепи второго дросселя и шунта 12 протекает суммарный ток нагрузки и уравнительного тока, по цепи дросселя 3 и шунта 11 - уравнительный ток. Остальные сигналы, как было указано выше, только наоборот. When an input voltage of negative polarity is supplied to input 8, the load current flows through the armature circuit, the total current of the load and surge current flows through the circuit of the second inductor and shunt 12, and the equalization current flows through the inductor 3 and shunt 11. The remaining signals, as indicated above, are just the opposite.

В некоторых случаях при скачкообразном задании напряжения ±U_зад может создаться аварийная ситуация, когда выше максимальный уравнительный ток. При этом на выходе усилителя-компаратора 15 появится сигнал, соответствующий логической единице. Этот сигнал используется для защиты электропривода.In some cases an abrupt voltage ± U setting _back can create an emergency situation when the above maximum surge current. In this case, the output of the amplifier-comparator 15 will receive a signal corresponding to a logical unit. This signal is used to protect the drive.

В заявляемом электроприводе дрейф датчика тока на выходе в составе электропривода составил 30 мВ при 60^оС.In the disclosed electric drive current drift of the sensor output as a part of the drive was 30 mV at 60 ° ^C.

Дрейф датчика тока в заявленном электроприводе в 4-5 меньше, чем дрейф этого датчика тока (Перельмутер В.М. и др. Системы управления тиристорными электроприводами постоянного тока. Энергоатомиздат, 1988, с.133). The drift of the current sensor in the claimed drive is 4-5 less than the drift of this current sensor (Perelmuter V.M. et al. Control systems for thyristor DC drives. Energoatomizdat, 1988, p.133).

Выходной каскад для управления силовыми тиристорами построен на одном источнике питания. The output stage for controlling power thyristors is built on a single power source.

Применение одного трансформатора 20 с двумя встречно включенными обмотками позволило исключить подмагничивание сердечника трансформатора 20, а также максимально использовать трансформатор 19 и генератор 18 прямоугольных импульсов. The use of one transformer 20 with two onward windings enabled to eliminate the magnetization of the core of the transformer 20, as well as to maximize the use of the transformer 19 and the square-wave generator 18.

Таким образом в предлагаемом электроприводе повышена надежность, точность и технологичность, что соответствует поставленной цели. Thus, in the proposed drive increased reliability, accuracy and manufacturability, which corresponds to the goal.

Claims

A jointly controlled DC electric drive containing an electric motor, one output of the armature winding of which is connected to the converter, and the other to the combined terminals of two inductors, the second inductors of the inductors are connected via shunts to the outputs of the converter, serially connected reference unit, proportional-integral speed and current controllers , the output of the proportional-integral current controller is connected to the control system, the signal outputs of the shunts are connected to the inputs of the high-frequency galvanic block isolation, the inverting output of the high-frequency galvanic isolation unit is connected to the first inverting inputs of the first and second amplifiers, the non-inverting output is connected to the inverting input of the first amplifier and the non-inverting input of the second amplifier, the second non-inverting and inverting inputs of the second amplifier are connected to the anode and the cathode, respectively the electrodes of which are combined and connected to the output of the first amplifier and the second input of the proportional-integral current regulator, to the second an electric motor speed sensor is connected to the input of the proportional-integral speed controller, characterized in that, in order to increase reliability, accuracy and manufacturability, a comparator is introduced into it, the second amplifier is made in the form of an adder, and the output of the comparator is designed to be connected to the protection circuit, and the input is connected with the output of the adder and with the control system, and also introduced a switching unit, inputs connected to the control system, with control channels by the number of thyristors of the converter, and containing two opto s, to the secondary circuits of which oppositely connected diodes are connected, the second terminals of which are connected to the thyristors of the converter, and the high-frequency galvanic isolation unit contains a high-frequency generator, two high-frequency transformers, four switches, six resistors, two capacitors and a rectifier, while the outputs of the high-frequency generator are connected to the primary winding of the first transformer, the first, second, third and fourth secondary windings of which are connected to the control inputs of the corresponding keys, the first and third windings of the specified transformer are included in antiphase of the second and fourth windings, the first and second inputs of the high-frequency galvanic isolation unit are shunted respectively by the first and second resistors, one of the outputs of the inputs of this unit are connected respectively through the first and second keys to the beginnings of the first and second windings of the second transformer, the second outputs of the inputs are connected respectively to the ends of the first and second windings of the second transformer, the third and fourth windings of which are shunted respectively Actually by the third and fourth resistors, the beginning of the third and fourth windings through the third and fourth switches are connected to one terminal of the fifth and sixth resistors, the second terminals of which respectively are the outputs of the high-frequency galvanic isolation unit, the terminals of the third and fourth windings are combined and connected to the zero bus, between zero capacitors are connected by bus and outputs, the fifth secondary winding of the first transformer is connected to the rectifier, the two output terminals of this rectifier are connected to the secondary circuits of Topar switching unit.