SU1144201A1 - Управл емый электропривод - Google Patents

Abstract

УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий синхронный двигатель, обмотки которого подключены к выходу многофазного регулируемого преобразовател , фазовращатель, сочлененный с валом двигател , а многофазной обмоткой соедененный с многофазным источником синусоидального напр жени , фазосдвигающий блок, блок измерени  разности фаз, о т л и ч а ющ и и с   тем, что, с целью повыше- . ни  точности поддержани  мгновенной частоты вращени , в него дополнительно введены управл емый генератор импульсов , два формирователи импульсов, цифровые компараторы и посто нные запоминающие блоки по числу фаз регулируемого преобразовател , а фазосдвигающий блок составлен из сумматора , блока алгебраического суммировани , формировател  входных команд посто нных запоминающих блоков , трех делителей частоты, двух логических элементов И, форт ировател  опорного входного кода блока алгебраического суммировани , счетчика и блока логических элементов И, при этом управл емый генератор импульсов выходом подключен к входу многофазного источника синусоидального напр жени , два формировател  импульсов подключены входами соответственно к одной из фаз многофазного источника синусоидального напр жени  и к выходной обмотке фазовращател , выходы цифровых компараторов подключены к многофазному регулируемому преобразователю , первые входы цифровых компараторов соединены с выходами посто нных запоминающих блоков, входами соединенных с выходами формировател  входных команд посто нных запоминаюсдих блоков, тактирующий вход по (Л следнего через первый делитель частоты и первый логический элемент И соединен с выходом управл емого генератора , синхронизирующий вход формировател  входных команд посто нных запоминающих блоков соединен с выходом второго формировател -импульсов, а выходы предварительной установки формировател  входных команд посто нных запоминакицих блоков соедин ны с выходами сумматора, одна входна  шина которого соединена с выходами блока алгебраического суммировани , входами подключенного к вых1 дам счетчика и формировател  опорного входного кода блока алгебраического суммировани , тактирующие входы которых через второй и третий делители частоты соединены с выходом управл емого генератора импульсов , причем синхронизирующий вход формировател  опорного входного кода блока алгебраического суммирова

Description

ни  соединен через второй логический элемент И с выходом второго формировател  импульсов, а входы предварительной установки его соединены с выходами счетчика, с вторыми входами цифровых компараторов и одними из входор измерител  разности фаз, вторые входы которого соединены с входами посто нных запоминающих блоков и входами блока логических элементов И, выходы которого

01

соединены с второй . входной шиной сумматора, синхронизирующий вход измерител  разности фаз соединен с выходом второго формировател  импульсов , а выходы измерител  - с управл юдими входами блока алгебраического суммировани , первого и второго логических элементов И и блока логических элементов И, выход первого формировател  импульсов соединен с входом установки в Осчетчика.

Изобретение относитс  к электротехнике , а точнее к устройствам дл регулировани  числа оборотов и крут щего момента электродвигателей переменного тока путем регулировани  тока статора, и может быть использовано дл  )егулировани  и стабилизаци мгновенной скорости двигателей в прецезионных системах синхронных электроприводов приборов автоматического управлени , телемеханики, измерительных преобразователей дп  исследовани  физико-механических свойств веществ.

Известен управл емый электропривод , содержащий управл емый источник питани , выходом подключенный к синхронному электродвигателю, послдовательно соединенные датчик, механически св занный с электродвигателем , фильтр первой гармоники, фазовьй детектор, фазовращатель, вход которого соединен с выходом управл емого источника питани , а выход - с вторым входом фазового детектора , причем выход последнего подключен к управл ющему входу источника питани  РЗ . I

Однако в схеме этого устройства

отсутствует опорный сигнал, относительно которого должна происходить стабилизаци  скорости, т.е. углового положени  ротора, измен ющегос  во времени. Управление происходит по углу нагрузки - углу мевду вектором пол  статора (напр жением на статоре двигател ) и вектором пол  рото ра. Таким образом, речь может идти не о стабилизации скорости ротора , а лишь о сглаживании его колебаний . Статическа  система регулировани  по нагрузке не обеспечивает стабилизации скорости при периодических изменени х момента нагрузки от нул  до номинального, что необходимо влечет за собой соответствующее изменение угла нагрузки от нул  до , а следовательно и мгновенной скорости ротора.

Кроме того, указанное устройство не обеспечивает регулировани  положени  вектора пол  статора относительно положени  ротора, т.е. максимального момента при пуске и торможении .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению-  вл етс  управл емый электропривод, содержащий синхронный двигатель, обмотки которого подключены к выходу многофазного регулируемого преобразовател , фазовращатель, сочлененный с валом двигател , а многофазной обмоткой соединенный с многофазным источником синусоидального напр жени , фазосдвигаийдий блок, вход которого с динен с выходом блока измерени  разности фаз, входы которого св заны с фазовращателем и задающим генератором , при этом фазосдвигающий блок соединен с управл ющим входом преоб .разовател .

Электропривод обеспечивает работу двигател  в режиме бесколлекторного двигател  посто нного тока и аналогичные механические характеристики 2J .

Однако данный электропривод дл  повьшени  точности поддержани  мгновенной скорости требует замкнутой системы с обратной св зью по скорос двигател , при реализации которой в никает проблема обеспечени  устойч вости. К тому же, этот электропривод имеет в своей структуре такие аналоговые блоки, как блок умножени , измери- ель разности фаз регулирующи фазосдвигающие элементы, фазовые выпр мители, которые как правило, не могут обеспечить точности большей 1.2%, что обусловливает общую погрешность устройства управлени  .4-8%. Цель изобретени  - повьппение точности поддержани  мгновенной частоты вращени . Поставленна  цель достигаетс  тем что в управл емый электропривод, содержащий синхронный двигатель,обмотки которого подключены к выходу многофазного регулируемого преобразовател , фазовращатель, сочлененный с валом-двигател , а многофазной обмоткой соединенный с многофазным источником синусоидального напр жени  фазосдвигающий блок, блок измерени  разности фаз, дополнительно введены управл емьй генератор импульсов, два формировател  импульсов, цифровые компараторы и посто нные запоминающие блоки по числу фаз регулируемого пре образовател , а фазосдвигающий блок составлен из сумматора, блока алгебраического суммировани , формиро- вател  входных команд посто нных запоминающих блоков, трех делителей частоты, двух логических элементов И формировател  опорного входного кода блока алгебраического суммировани , счетчика и блока логических элементов И, при этом управл емый генератор импульсов выходом подключен к входу многофазного источника синусоидального напр жени , два формировател  импульсов подключены входами соответственно к одной из фаз многофазного источника синусоидального напр жени  и к выходной обмотке фазовращател , выходы цифревых компараторов подключены к многофазному регулируемому преобразователю , первые входы цифровых компараторов соединены с выходами посто нных запоминающих блоков, входами соединенных с выходами формировател  входных комалд посто нных запом нающих блоков, тактирующий вход последнего через первый делитель частоты и первьй логический элемент И соединен с.выходом управл емого генератора , синхронизирующий вход формировател  входных команд посто нных запоминающих блоков соединен с выходом второго формировател  импульсов , а входы предварительной установки формировател  входных команд посто нных запоминакмдих блоков соединены с выходами сумматора, одна входна  шина которого соединена с выходами блока алгебраического суммировани , входами подключенного к выходам счетчика и формировател  опорного входного кода блока алгебраического суммировани , тактирующие входы которых через второй и третий делители частоты соединены с выходом управл емого генератора импульсов причем синхронизирующий вход формиро- вател  опорного входного кода блока алгебраического суммировани  соединен через второй логический элемент И с выходом второго формировател  импульсов, а входы предварительной установки его соединены с выходами счетчика, с вторыми входами цифровых компараторов и одними из входов измерител  разности фаз, вторые входы которого соединены с входами посто нных запоминани х блоков и входами блока логических элемейтов И, выходы которого соединены с второй входной шиной сумматора, синхронизирующий вход измерител  разности фаз соединен с выходом вто- . рого формировател  импульсов, а измерител  - с управл ющими входами блока алгебраического суммирозани , первого и второго логических элементов И и блока логических элементов И, выход первого формировател  импульсов соединен с входсж установки в О счетчика. На фиг.1 дана структурна  схема управл емого электропривода} на фиг.2 - диаграммы работы устройства . Управл емый электропривод содержит синхроннь двигатель 1., обмотки которого подключены к выходу многофазного регулируемого преобразовател  2, фазовращатель 3, сочлененный с валом двигател , -а многофазной обмоткой соединенный с многофазным источником 4 синусоидального напр жени , фазосдвигающий блок 5,

блок 6 измерени  разности фаз. Дополнительно имеетсй управл емый генератор 7 импульсов, два формировател  8 и 9 импульсов, цифровые компараторы 10 и посто нные запоминаю цие бло- 5 ки 11 по числу фаз регулируемого преобразовател . Фазосдвигающий блок составлен из сумматора 12 блока 13 алгебраического суммировани , формировател  14 входных команд посто н-О ных запоминаюпр х блоков, трех делителей 15-17 частоты, двух логических элементов И 18 и 19, формировател  20 опорного входного кода блока алгебраического суммировани , счетчи- 5 ка 21 и блока 22 логических элементов И.

Управл емый генератор 7 импульсов выходом подключен к входу многофазного источника 4 синусоидального напр жени , два формировател  В И 9 импульсов подключены входами соответственно к одной из фаз многофазного источника 4 синусоидального напр жени  и к выходной обмотке фазовращател  3, выходы цифровых компаратором 10 подключены к многофазному регулируемому преобразователю 2, первые входы цифровых компараторов 10 св заны с выходаю посто нных запоминающих блоков 11, входами соедин ющих с выходами формировател  14 входных команд посто нных запоминающих блоков, тактирун ций вход формиро вател  14 входных команд посто нных 35 запоминающих блоков через первый делитель 15 частоты и первьй логический злемент И 18 св зан с выходом управл емого генератора 7, синхронизирующий вход формировател  14 входных команд посто нных запоминающих блоков соединен с выходом второго формировател  9 импульсов, а входы предварительной установки форюгровател  44 входных команд посто нных 45 зaпo шнaющиx блоков соединены с выходами сумматора 12, одна входна  соина которого св зана с выходами блока 13 алгебраического суммировани , входами подключенного к выходам счетчика 21 50 и фop alpoвaтeл  20 опорного входного кода блока алгебраического суммировани , тактирукщие входы счетчика 21 и формировател  20 опо|)ного входного кода блока алгебраического суммиро- 55 вани  через второй 1.6 и третий 17 делител  частоты св заны с выходом управл емого генератора 7 импульсов.

причем, синхронизирующий вход формировател  20 соединен через второй логический элемент И 19 с выходом второго формировател  9 импульсов, а входы предварительной установки формировател  20 опорного входного кода блока алгебраического суммировани  соединены с выходами счетчика 21, с вторыми входами цифровых компараторов 10 и одними из входов измерител  6, разности фаз вторые входы которого соединены с входами посто нных запоминающих блоков 11 и входами блока 22 логических элементов И, вьжоды которого св заны с второй входной шиной сумматора 1 синхронизирующий вход измерител  разности фаз 6 соединен с выходом второго формировател  9 импульсов, а выходы измерител  6 - с управл ющими входами блока 13 алгебраического суммировани , первого 18 и второго 19 логических элементов И И блока 22 логических элементов И, выход первого формировател  8 импульсов соединен с входом установки счетчика 21.

Устройство работает следующим образом.

Управл к ций генератор 7 вырабатывает импульсы, имеющие частоту, пропорциональную коду Ко на управл ющих входах 23 генератора 7. Импульсы поступают на вход многофазного источника 4 синусоидального напр жени , питающего многофазный фазовращатель З, и 6а вход фазосдвигающего блока 5, синхронизированного импульсами 24 и 25 (фиг,2) соответственно с формирователей 8 и 9 коротких импульсов, генерирующих сигналы в моменты перехода входных напр жений формирователей 8 и 9 через нулевые значени . Фазосдвигающий блок 5 производит интегрирование заданной частоты посредством последовательного счета импульсов с выхода управл емого генератора 7, последующую обработку результатов интегрировани  .и выходных кодов с измерител  6 разности фаз, определ ющего угол нагрузки синхронного двигател  за период между импульсами 25, в итге чего на выходе фазосдвигающего блка 5 формируетс  эквивалент фазы вектора -магнитного пол  статора двигател  - код 26 (фиг.2), измен ющийс  во времени и формирующий входные команды посто нных запоминающи блоков 11, а следовательно, средние за период коммутации ключей пр образовател  2 значени  напр жений на выходах этого многофазного прео разовател , определ нщие угловое п жение Cfp вектора статорного пол  двигател  1. Выполнение заданных функций обе печиваетс  структурой фазосдвигающего блока 5 и св з ми между его элементами. Импульсы с выхода генератора 7 имеют частоту, завис щую от управ N л гощего кода ш io i°Nco : K(H,, где )(з коэффициент, учитывак ди соотношение частот на в де и выходе многофазног источника 4 синусоидаль ного напр жени , число коммутаций ключей силового преобразовател  с широтно-им- пульсной модул цией за период его выходной час ты, максимально возможное з чение кода на выходах разр дного счетчика 21 и разр дных счетчиков, на которых реализованы формирователь 14 входных команд посто нных запоминающих блоков и формирователь 20 опорного входного кода блока алгебраического суммировани , ip- Up|7H - заданна  частота вращени  ротора, число пар полюсов двигател , i - шаг дискретного изменени  частоты генератора 7. Эти импульсы через делитель 17 частоты с коэффициентом делени  по ступают на тактирующий вход счетчи ка 21, обнул емого импульсами 24 с выхода формировател  8. Частота напр жени  многофазного источника 4 синусоидального напр жени  в К раз выше заданной выходной час тоты преобразовател  2i Р и следовательно, совпадает с часто той формировани  кода 27 счетчика которьй,  вл  сь кодом развертки дл  комйараторов 10, одновременно несет инфор 1ацию об угловом положении импульсов 25 как разность фаз ме зду импульсами 24 и 25, пропорциональна  угловому отклонению ротора фазовращател  3, жестко св занного с ротором двигател  1, В режиме стабилизации мгновенной скорости привода (фиг.2 а) формирователь 20 опорного входного кода образует на своей выходной шине периодически возрастающий код 28, частота изменени  которого в К раз мень- . ше частоты изменени  кода 27, и следовательно, совпадает с частотой выходного напр жени  преобразовател  2, а двухполюсной - и с частотой изменени  углового положени  ротора 29 ( Cf р ) при синхронной скорости последнего. Соответствующие пазы 27 с выхода счетчика 21 и сигналы, соответствующие коду 28 с выхода формировател  20 опорного входного кода блока алгебраического суммировани  поступают на входы блока 13 алгебраического суммировани . Последний под действием управл ющих сигналов 30, поступающих с выходов измерител  6 разности фаз, осуществл ет операцию вычитани  кода 27 из кода 28, в результате чего на выходе блока 13 алгебраического суммировани  формируетс  код 31,, который в момент по влени  кмпульса 25 пропорционален угловому отклонению ротора от заданного положени . е-н,8-н Сигналы, соответствующие коду 31, поступают на входные шины сумматора 12, на вторые входныешины которого через блок 22 логических элементов И поступают cйгнaJп I, соответствующие коду 26, с выхода формировател  14 входных команд посто нных запоми аюищх блоков, т.е. с выхода фазосдвигающего блока 5. Таким образом , на входах предварительной установки 14, формировател , присоединенных к выходной вине 32 сумматора 12, к моменту прихода импульса 25 имеютс  сигналы, соответствующие Ц . t , что обеспечивает установку формировател  14 входных команд посто нных запоминающих блоков в состо ние , « М и дальнейшее изменение кода N уже из этого исходного положени  за счет последо ательного счета импульсов с генератора 7, проход щих через логический элемент И 18 и делитель 15 частоты, с коэффициентом делени  X . К Следовательно, при отставании ротора двигател , всилу каких-либо причин, от заданного положени , определ емого сигналами, соответствующими коду 28, в момент по вле-ни  импульса 25 скачком измен етс  (увеличен) код 26 на входах устройст 11 пам ти, а значит и на управл ющих входах цифровых компараторов 11, что означает изменение фазы выходных напр жений преобразовател  2, т.е. углового положени  вектора магнитного пол  статора двигател . При увеличении cfp возрастет угол нагрузки двигател , и при условии нахождени  его в диапазоне синхронизации /6/S/(-Cfy/6 (5 ц, увеличиваетс  момент на валу двигател , вызывающий ускорение ротора, что и обеспечивает стабилизацию мгновенной скорости двигател . Многоразр дный сигнал 30 с блока измерени  разности принимает условное значение 1 при условии равенства средней скорости ротора за данной синхронной скорости, что обес печиваетс  измерением приращени  угла нагрузки двигател  и & А и 27 за период между импульсами 25, где &(,,&27 изменение сигналов, соответствующих кодам N и соответственно . Если величина & 9 , измеренна  за период импульсов 25, превышает значение (дл  синхронно-реактивной машины IT/J ), т.е. угол нагрузки превьшает максимально допусти мое значение по услови м синхронизации , сигналы 30 на выходе блока изме рени  фазы 6 измен ют свои значени  дoпyctим, принимают условное значе , ние О, в структуре схемы происход т следующие изменени  (фиг.2 б).. Логический элемент И 19 открываетс  и в момент прихода импульса 25 значени  сигналов, соответствующих коду 27, переписываютс  на. выходы формировател  20 опорного входного кода блока 13 алгебраического суммировани , т.е. в эти моменты N, Под действием управл ющих сигналов 30 блок 13 алгебраического сумми0110 ровани  производит сложение кодов 28 с посто  нным кодом Ищ Qfn 12п , в результате чего коды 31 имеют значение M,g +NrnQm /2i , что соответствует сдвигу кода 31 относительно кода 27 на эквивалентньш угол-Q При этом также запираютс  логические элементы И 22 и 18, а значит с входом сумматора 12 снимаютс  сигналы , соответствующие коду 26, и тактовые импульсы не поступают на тактирующий вход формировател  14 входных команд посто нных запоминающих блоков. На выходах сумматора формируютс  сигналы, эквивалентные коду 31 с выходов блока 13 алгебраического суммировани  ( N - N ). В моменты по влени  импульсов 25 эти сигналы переписываютс  на выходы фазосдвигающего блока 26. Это вызывает формирование вектора магнитного пол  статора двигател , сдвинутого на угол if/2 по отношению к вектору магнитного пол  ротора. Под воздействием максимального момента, посто нно действующего на ротор, происходит разгон электропривода до синхронной скорости W(. 2iiip-27 , при которой I 9 «5cf26()|(-l)(, где Tjy - период по влени  импульсов 25. При этом схема привода принимает структуру, соответствующую описанному выше режиму стабилизации мгновенной скорости. Избежать релейных переходных процессов в электроприводе при переходе к режиму стабилизации скорости удаетс  за счет того, что цифровые сигналы, соответствукнцие коду 27, соответствующие в.момент по влени  импульсов 25 угловому положению ротора 29, через входы предварительной установки переписываютс  на выходе формировател  20 опорного входного кода блока алгебраического сз ммировани , задающего положение ротора, т.е. N37 , чем достигаетс  в этот момент равенство ошибки нулю. При торможении электропривода схема работает аналогично, но блок 13 алгебраического суммировани  формирует код 31, вызываюпрй отставание вектора магнитного пол  статора от вектора роторногй пол  на угол 14 . 11 Очевидно, что переходные процесс в электроприводе под воздействием максимального пускового или тормозного моментов будут оптимальными по быстродействию. Устойчивость системы в свою очередь ; обеспечиваетс  тем, что угол между векторами магнитных полей ротора и статора не превьшает допус

23 0 тимого диапазона синхронизации Q Таким образом, предлагаемое устройство позвол ет повысить точность поддержани  скорости электропривода, обеспечить его устойчивость, оптимальные по быстродействию пускотормозные режимы и представить в циф ревом виде угол нагрузки синхронного двигател .

Claims (1)

1. УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий синхронный двигатель, обмотки которого подключены к выходу многофазного регулируемого преобразователя, фазовращатель, сочлененный с валом двигателя, а многофазной обмоткой соедененный с многофазным источником синусоидального напряжения, фазосдвигающий блок, блок измерения разности фаз, отличающийся тем, что, с целью повыше- . ния точности поддержания мгновенной частоты вращения, в него дополнительно введены управляемый генератор импульсов, два формирователе импульсов, цифровые компараторы и постоянные запоминающие блоки по числу фаз регулируемого преобразователя, а фазосдвигающий блок составлен из сумматора, блока алгебраического суммирования, формирователя входных команд постоянных запоминающих блоков, трех делителей частоты, двух логических элементов И, формирователя опорного входного кода блока алгебраического суммирования, счетчика и блока логических элементов И, при этом управляемый генератор импульсов выходом подключен к входу многофазного источника синусоидального напряжения, два формирователя импульсов подключены входами соответственно к одной из фаз многофазного источника синусоидального напряжения и к выходной обмотке фазовращателя, выходы цифровых компараторов подключены к многофазному регулируемому преобразователю, первые входы цифровых компараторов соединены с выходами постоянных запоминающих блоков, входами соединенных с выходами формирова- ~ теля входных команд постоянных запоминающих блоков, тактирующий вход последнего через первый делитель частоты и первый логический элемент И соединен с выходом управляемого генератора, синхронизирующий вход формирователя входных команд постоянных запоминающих блоков соединен с выходом второго формирователя-импульсов, а выходы предварительной установки формирователя входных команд постоянных запоминающих блоков соединены с выходами сумматора, одна входная шина которого соединена с выходами блока алгебраического сумми- ·: рования, входами подключенного к вых о. дам счетчика и формирователя опорного входного кода блока алгебраического суммирования, тактирующие , входы которых через второй и третий делители частоты соединены с выходом управляемого генератора импульсов, причем синхронизирующий вход формирователя опорного входного кода блока алгебраического суммирова

   SU,.., 1144201 ния соединен через второй логический элемент И с выходом второго формирователя импульсов, а входы предварительной установки его соединены с выходами счетчика, с вторыми входами цифровых компараторов и одними из входор измерителя разности фаз, вторые входы которого соединены с входами постоянных запоминающих блоков и входами блока логических элементов И, выходы которого соединены с второй · входной шиной сумматора, синхронизирующий вход измерителя разности фаз соединен с выходом второго формирователя импульсов, а выходы измерителя - с управляющими входами блока алгебраичес кого суммирования, первого и второго логических элементов И и блока логических элементов И, выход первого формирователя импульсов соединен с входом установки в‘*0 ^счетчика