SU1111243A1 - Электропривод с частотно-токовым управлением - Google Patents

Abstract

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД С ЧАСТОТНОТОКОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ, содержащий двигатель переменного тока к фазным обмоткам которого подключены выходы усилител  тока, датчик углового положени , установленный на валу двигател  переменного тока, и блок задани  момента, св занный с фазными управл ющими входами усилител  тока, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности управлени , введены функциональный преобразователь с арккосинусной характе- . ристикой, инвертор, два сумматора, блок синхронизации и блок фазных преобразований, снабженный в каждой фазе двум  функциональными преобразовател ми с синусными характеристиками, и фазным сумматором, выход которого подключен к соответствующему фазному управл ющему входу усилител  тока, а входы соединены с выходами функциональных преобразователей с синусными характеристиками, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, при этом вход функционального преобразовател  с арккосинусной характеристикой .подключен к выходу блока задани  момента, а выход соединен с первым входом первого сумматора и входом инвертора, е выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выход датчика (Л углового положени  подключен к входу блока синхронизации, выходом соединенного с объединенными между собой вторыми входами сумматоров. 2. Электропривод с частотно-токовым управлением поп.1, отличающийс  тем, что, датчик угловотго положени  выполнен в виде электромашинного фазовращател  с коэффициентом электрической редукции, равным отношению частоты вращени  Пол  статора к частоте вращени  ротора двигател  переменного тока, а блок синхронизации вьтолнен в виде преобразовател  временного интервала в цифровой код

Description

Изобретение относитс  к электроте нике, а именно к электроприводам с частотно-токовым управлением, и может использовано дл  построени  высокоточных и глубокорегулируемых след пр х систем управлени  скоростью и положением нагрузки. Известен электропривод с частотно токовым управлением, содержащий двигатель переменного тока, к фазным обмоткам которого подключены выходы усилителей тока датчик углового положени  в виде бесконтактного сельсина , установленного на валу двигате л  переменного тока, блок задани  момента подключенный к усилителю, выход которого соединен с обмоткой возбуждени  датчика углового положени  и с входом генератора опорного напр жени , два фазочувствительных вьшр мител , выходы которых подключены к первым входам соответствующих элементов сравнени , вторыми входами соединенных с выходами соответствующих измерителей фазных токов, включенных в фазные цепи двигател  переменного тока, при этом выходы элемен тов сравнени  подключены к управл ющим входам соответствук цих усилителе тока, а выходы генератора опорного напр жени  подключены к пофазно соединенньм между собой первым входам фазочувствительных выпр мителей, вторые входы которых св заны с выходами датчика углового положени  tl Выходные сигналы фазочувствительных выпр мителей определ ют токи в фазах двигател  и представл ют собой гармонические сигналы в функции углового положени  рбтора с амплитудой пропорциональной сигналу задани  момента , т.е. Ue n UM-sin6f uiy , где Ogy; - вькодной сигнал фазочувст-, тельного выпр мител J - сигнал задани  момента - угловое положение ротора; д-г - фазовый сдвиг дл  i -и фазы Недостатком известного электропри вода с частотно-токовым управлением  вхг етс  низка  точность формировани  системы токов, а следовательно, и канала задани  момента, обусловлен на  такими элементами, как датчик углового положени , фазочувствительные выпр мители, а также отсутствием фильтра после фазочувствительных выпр мителрй дл  высокочастотной Счастота генератора опорного напр жени ) составл ницей. Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению  вл етс  электропривод с частотно-токовым управлением,, содержащий двигатель переменного тока к фазным обмоткам которого подключелы выходы усилител  тока, датчик углового положени , установленный на валу двигател  переменного тока, соединенные последовательно дл  каждой фазы демодул тор и фильтр, подключенный к соответст- вующему фазному управл ющему входу усилител  TOKai при этом вход каждого фазного демодул тора соединен с соотвётствунщим фазным выходом датчика углового положени  121-, Недостатком известного электопривода  вл етс  низка  точность, з равлени  моментом, обусловленна  наличием модул торов и демодул торов в це.п х задани  фазных токов. Кроме того, в известном электроприводе ограничен выбор типа датчика углового положени : фазность датчика углового положени  должна быть равна фазности обмоток двигател  переменного тока, а также затруднена реализаци  большого диапазона регулировани  частоты вращени , так как при увеличении скорости вращени  требуетс  пропоризнональное увеличе™ частоты тока в обмотке двигател . Так, например, дл  синхронной двухполюсной редукторной машины с коэффициентом электромагнитной редукции при частоте вращени  500 об/мин требуетс  частота тока пор дка 400 Гц, При отсутствии ограничений на полосу пропускани  усилител  мощности уменьшение соотношений частот модул ции и тока в обмотке двигател  приводит к увеличению ошибки в канале задани  момента и к снижению точности зтхравлени . Цель изобретени  - повьш1ение точности управлени . Указанна  цель достигаетс  тем, что в электропривод с частотно-токовым управлением, содержащий двигатель переменного тока, к фазным обмоткам которого подключены выходы усилител  тока, датчик углового положени , установленный на валу двигател  пе- ,. ременного тока, и блок задани  момента , св занный с фазными управл ющими входами усилител  тока, введены функ3 циональньш преобразователь с арккос нусной характеристикой, инвертор, два сумматора, блок синхронизации и блок фазкГых преобразований, снабженный в каждой фазе функциональными преобразовател 1 ш с синусн ми характеристиками и фазным сумматором , выход которого подключен к соответствующему фазному уп завл ющему входу усилител  тока, а входы соединены с выходами функциональных преобразователей с синусными характеристиками , входы которых подключе ны соответственно к выходам первого и второго сумматоров, при этом вход функционального преобразовател  с арккосинусной характеристикой подкл чен к выходу блока задани  момента, а выход соединен с первым входом пе вого сумматора и входом инвертора, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выход датчика углового положени  подключен к входу блока синхронизации, выходо соединенного с объединенными между собой вторыми входами cyMMaiTopoB. Датчик углового положени  вьтолнен в виде электромашинного фазовра щател  с коэффициентом электрическо редукции, равным отношению частоты вращени  пол  статора к частоте вра щени  ротора двигател  переменного тока, а блок синхронизации вьтолнен в виде преобразовател  временного интервала в цифровой код. На чертеже представлена функциональна  схема электроприВ(Зда с частотно-токовым з равлением. Электропривод с частотно-токовым управлением содержит двигатель 1 пере менного тока,к фазньц обмоткам кото рого подключены выходы усилител  2 тока, датчик 3 углового положени  установленный на валу двигател  1 переменного тока, и блок 4 задани  момента, св занный с фазными управл ющими входами усилител  2 тока. I .1 . - В электропривод с частотно-токовым управлением введены функциональ ный преобразователь 5 с арккосинусной характеристикой, инвертор 6, дв сумматора 7 и 8, блок 9 синхронизации и блок 10 фазных преобразований снабженньй в каждой фазе двум функ циональными преобразовател ми 11 и 12 с синусйыми характеристиками и фазным сумматором 13, выход которого подключен к соответствующему 34 фазному управл ющему входу усилител  2 тока, а входы соединены с выходами функциональньЬс преобразователей 11 и 12 с синусными характеристиками, входы которых подключены соответственно к выходам первого 7 и второго 8 сумматоров, при этом вход функционального преобразовател  5 с арккосинусной характеристикой подключен к выходу блока 4 задани  момента, а выход соединен с первым входом первого сумматора 7 и входом инвертора 6, выход которого подключен к первому входу второго сумматора 8, выход датчика 3 углового положени  подключен к входу блока 9 син- хронизации , выходом соединенного с объединенными между собой вторыми . входами сумматоров 7 и 8. Датчик 3 углового положени  выполнен в виде электромашинного фазовращател  с коэффициентом электрической редукции, равным отношению частоты вращени  пол  статора к частоте вращени  ротора двигател  1 переменного тока, а блок 9 синхрони.зации вьтолнен в виде преобразовател  временного интервала в цифровой код. Электроприво)д с частотно-токовым управлением работает следукицим образом . Согласно принципу частотно-токового управлени  ток 3 в Ti-й- фазе обмотки двигател  1 переменного тока св зан с сигналом задани  момента UH и угловым положением вала «С дп  соответствующего начала отсчета след5тощим соотношением . j Jk-U,.5..riH) (2) где К - коэффициент пропорциональности , определ емый кон . структивнь&ш параметрами двигател } а- коэффициент электромагнит-; ;ной редукции двигател . Дл  i 1 имеем J-kUMuk Ca i . Соотношение (3) дл  одной фазы вигател  1 переменного тока реалиуетс  в электроприводе следуюим образом. На выходе блока 4 задани  момента U,.k.u«. , ( где К - коэффициент пропорциональнос ти. Сигнал поступает на вход функционального преобразовател  5 с арккосинусной характеристикой, причем надо учитывать диапазон изменени  сигнала и нормировать его, чтобы привести в соответствие с диапазоном изменени  входного сигнала функционального преобразовател  5. На выходе функционального преоб , разовател  5 с арккосинусной характ ристикой в соответствии с (4) Us ciirccos(iUM) . На входы сумматора 7 поступают сигналили сигналiJq с выхода блока 9 синхронизации, а на входы сумматор 8 поступают сигнал и , полученный в результате инвертировани  сигнала (( }, и сигнал Ug с выхода блока 9 син хронизации. С у 1етом того, что Ug -05 , а также с учетом (5) на выходах сумматоров 7 и 8 U,ai.ccos( 8 сч:ссоз(ки„-|)-и9/ (6) На выходах функциональных преобра зователей 1 1 и 12 с синусными характ ристиками с учетом (6) ; (Ji, Sin IbtHJCDS (kU) Uii sin C-oi«:cos (ки„-| - и, j На выходе сумматора 13 с учетом (7) U,5 kU«SittUq i S Аналогично фазному управл ющему сигналу в блоке фазных преобразований формируютс  управл ющие сиг налы и дл  других фаз. При этом функциональные преобразователи с си нусными характеристиками дл  каждой фазы имеют свой посто нньй фазовый Сдвиг, завис пщй от фазности обмотк двигател  1 переменного тока. Сигнал Uij поступает на соответст вующий управл ющий вход усилител  2 тока, которьй обеспечивает питани фазы двигател  1 переменного тока током JJ, определ емым по (8), т.е. На выходе датчика 3 углового пол kemiH формируетс  сигнал vUj , пропор АЗ .. циональный. угловому положению вала С двигател  1 переменного тока,т.е. и, 0) и измен ющийс  в пределах одного оборота от О до 2л. Блок 9 синхронизации служит дл  согласовани  диапазона изменени  входных сигналов функциональньпс преобразователей 11 и 12 с синусными характеристиками и углового положени  вала f . При этом выходной сигнал Ug жестко св зан с угловым положением вала (( по вьфажению Uoj Q « И измен етс  от О до 2jr. Количество циклов изменени  Uq от О, до 2jf на одном обороте равно величине а (отношению частоты вращени  пол  к частоте вращени  ротора). Дл  синхронных редукторных двигателей указанное отношение равно коэффициенту электромагнитной редукции Из (9) с учетом (11) получают: J kUMSiM cjc, что соответствует требуемому соотнощению (3) дл  частотно-токового управлени . В качестве датчика 3 углового положени  в предлагаемом электроприводе с частотно-токовым управлением целесообразно использование электромашиннйго фазовращател  с преобразованием его входного сигнала в цифровой код. При этом изменение фазы вькодного сигнала датчика углового положени  относительно входного на 360 эл.град. должно соответствовать геометрическим градусам положени  вала, т.е. отношение частоты вращени  пол  статора к частоте вращени  ротора двигател  1 переменного тока и коэффициент электрической редукции датчика 3 углового положени  должны быть одинаковыми. Например при использовании в качестве датчика углового положени  вращающегос  трансформатора ив качестве двигател  переменного тока синхронной редукторной машины число пар полюсов датчика углового.положени  должно равн тьс  коэффициенту электромагнитной редукции двигател  переменного тока. Блок 9 синхронизации в данном случае  вл етс  преобразователем

711

рассогласовани  фаз (временного интер вала) между опорным и выходным напр жением в цифровой код.

Функцио1 альные преобразователи 5,11 и 12 также оперируют сигналами в цифровом виде, что увеличивает точность управлени  фазными точками и моментом в электроприводе,

Существующа ,в насто щее врем  элементна  база позвол ет строить функциональные преобразователи с высокой точностью (ошибка составл ет

112438

доли процента) например, на основе цифровых микросхем типа 505 РЕЗ, 155 РЕЗ и т.п.

Таким образом, применение предла5 гаемого устройства позвол ет построит систему задани  фазных токов двигател  переменного тока в цифровом виде без выполнени  операции модул ции и демодул ции, что обеспечивает боtO лее высокую точность управлени  моментом в сравнении с известным техническим решением.

MZP

Claims (2)

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД С ЧАСТОТНОТОКОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ, содержащий двигатель переменного тока$ к фазным обмоткам которого подключены выходы усилителя тока, датчик углового положения, установленный на валу двигателя переменного тока, и блок задания момента, связанный с фазными управляющими входами усилителя тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности управления, введены функциональный преобразователь с арккосинусной характеристикой, инвертор, два сумматора, блок синхронизации и блок фазных преобразований, снабженный в каждой фазе двумя функциональными преобразователями с синусными характеристиками, и фазным сумматором, выход которого подключен к соответствующему фазному управляющему входу усилителя тока, а входы соединены с выходами функциональных преобразователей с синусными характеристиками, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, при этом вход функционального преобразователя с арккосинусной характеристикой подключен к выходу блока задания момента, а выход соединен с первым входом пер вого сумматора и входом инвертора, выход- которого подключен к первому входу второго сумматора, выход датчика углового положения подключен к входу блока синхронизации, выходом соединенного с объединенными между собой вторыми входами сумматоров.

2. Электропривод с частотно-токовым управлением по п.1, отличающийся тем, что, датчик угловот· го положения выполнен в виде электромашинного фазовращателя с коэффициентом электрической редукции, равным отношению частоты вращения Поля статора к частоте вращения ротора двигателя переменного тока, а блок синхронизации выполнен в виде преобразователя временного интервала в цифровой код