SU1330725A1 - Частотно-управл емый электропривод - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в станкостроении в т желых металлорежущих станках. Целью изобретени   вл етс  повышение точности управлени . Указанна  цель достигаетс  введением в частотно-управл емый электропривод двух переключателей 13, 14 пол рности сигнала, трех управл емых коммутаторов 15, 16, 17, блока 18 определени  направлени  вращени , дешифратора 19 кодов, формировател  20 импульсов , триггера 21 режима работы. Счетчик 8 выполнен реверсивньм, а датчик 3 углового положени  - с частотно-импульсными и кодовыми выходами . Введение указанных блоков и от (Л Фиг.1

Description

меченное Bbiiioiinefuie счетчика 8 и датчика 3 гюзиол ет организовать пусковой режим, при котором в качестве управл ю 1а1х сигналов источника 4 тока используетс  выходной сигнал регул тора 5 скорости определенной пол рности , выбранной сигналом соответствующего кодового канала датчика 3, Кроме того, при повороте вала синхронного двигател  (СД) 1 на угловую величину, не превьпиающую 1/8 оборота до первого изменени  пол рности заИзобретение относитс  к электротехнике , а именно к автоматизированному электроприводу, и может быть использовано в электроприводах подачи т желых металлорежущих станков и других механизмов, в которых предъ вл ютс  высокие требовани  к точности и диапазону регулировани  скорости и диидмическим качествам.

Цель изобретени  - повышение точности управлени  скоростью вращени .,

На фиг. I представлена функциональна  схема частотно-управл емого электропривода; на фиг. 2 и 3 - ди- arpaf tMbi, по сн ющие работу электропривода .

Частотно-управл емый электропривод содержит синхронный двигатель 1, тахогене 1атор 2 и датчик 3 углового положени , установленные на валу синхронного дгвигател  1 , управл емый источник 4 тока, выходы которого под- ключенк. к ста торным обмоткам синхронного двигател  I, регул тор 5 скорости , подключенный одним входом к выходу задатчика 6 скорости, а другим - к выходу Taxortигератора 2, формирователь 7 гармон гческих сигналов, выполненный со счетчиком 8 на входе, двум  блоками 9 и 10 посто нной пам ти и двум  цифроаналоговыми умножител ми 11 и 12, выходы которых образуют выходы формировател  7 гармонических сигналов, при этом цифровые входы цифроаналоговых умножителей 11 и 12 подключены к выходам соответствующих блоков 9 и 10 посто нной падающего сигнала дл  одной иг ilias СД 1, осуществл етс  параллельна  запись в счетчик информации о положении ротора СД, формиру  гармонические задающие сигнал), синхронизированные по положению, и плавный перевод СД 1 из nycKOBOi o режима в рабочий . В устройстве обеспечиваетс  требуемое направление вращающегос  момента на валу СД 1, т.е. обеспечиваетс  как двигательный, так и тормозной режим. 3 ил.

м ти, а аналоговые входы подключены к выходу регул тора 5 скорости, входы блоков 9 и 10 посто нной пам ти подключены к выходу счетчика 8.

В частотно-управл емый электропривод введены два переключател  13 и 14 пол рности сигнала, каждый из которых выполнен с сигнальным и кодовым входами, три управл емых коммутатора 15-17, каждый из которых выполнен с двум  переключаемыми и одним средним выводами, блок 18 определени  направлени  вращени  с двум 

входами, дешифратор 19 кодов с двум  кодовыми и одним управл юащм входами , формирователь 20 импульсов с двум  входами триггер 21 режима работы . Счетчик 8 в формирователе 7

гармонических сигналов выполнен реверсивным с суммирующим и вычитающим счетными входами, кодовым входом и управл ющим входом записи, а датчик 3 углового положени  выполнен с двум  частотно-импульсными и двум  кодовыми выходами. Кодовые выходы датчика углового положени  3 подключены к соответствующим входам дешифратора 19 кодов, формировател  20 импульсов и

кодовым входам соответствующих переключателей 13 и 14 пол рности сигналов . Первый частотно импульсный выход датчика 3 углового положени  подключен к первому входу блока 18 определени  направлени  вращени  и среднему вьшоду первого управл емого коммутатора 15. Второй частотно-импульсный выход датчика 3 углового по

31

ложени  подключен к второму входу блока определени  направлени  .вращени  18, выход которого соединен с управл ющими входами первого управл емого коммутатора 15 и дешифратора 19 кодов. Суммирующий и вычитающий счетные входы счетчика 8 подключе}1ы к соответствующим переключаемым вьшодам первого управл емого коммутатора 15 Кодовый вход счетчика 8 подключен к выходу дешифратора 19 кодов, а управл ющий вход счетчика 8 объединен с входом триггера 21 режима работы и подключен к выходу формировател  20 импульсов. Выход триггера 21 режима работы подключен к управл ющим входа второго 16 и третьего 17 управл емых коммутаторов. Переключаемые выводы второго управл емого коммутатора 16 подключены соответственно к выходу первого переключател  13 пол рности сигнала и выходу первого цифроанало- гового умножител  11. Переключаемые вьшоды третьего управл емого коммутатора 17 подключены соответственно к выходу второго переключател  14 пол рности сигнала и выходу второго цифроаналогового умножител  12. Входы переключателей 13 и 14 пол рности сигналов подключены к выходу регул тора 5 скорости, а средние выводы второго 16 и третьего 17 управл емых коммутаторов подключены к соответствующим управл кщим входам управл емого источника 4 тока.

В качестве синхронного двигател  1 применен двухфазный четырехполюс- ный бесколлекторный синхронный двигатель с возбуждением от посто нных магнитов.

В управл емом источнике тока 4 применены реверсивные шестиимпульс- ные тиристорные преобразователи 22 и 23, работающие как преобразователи частоты с непосредственной св зью.

Частотно-управл емый электропривод работает следующим образом.

На кодовых выходах датчика 3 углового положени  сигналы Q., Q, совпадают по фазе ЭДС, наводимыми вращающимс  полем ротора соответственно в первой и второй статорных обмотках синхронного двигател  1, и дают информацию о пол рности ЭДС в каждой из указанных обмоток в функции положени  ротора. На частотно-импульсньк выходах датчика 3 углового положени  формируютс  импульсные сигналы f и f

0

5

(фиг, 5

2) при каждом повороте ротора

2ТГ

синхронного двигател  1 на угол -

п

(где п - конструктивное число, равное количеству импульсов, сформированных датчиком за один оборот вала двигател  1), причем сигналы f и f датчика 3 угловогоположени  сдвинуты по фазе друг относительно друга на 90 эл.град. дл  обеспечени  возможности определени  направлени  вращени  ротора. При изменении направлени  вращени  мен етс  временна  последовательность сигналов ff и fi датчика 3, на что реагирует блок 18 определени  направлени  вращени , срабатьшающий по первому поступившему после изменени  направлени  вращени  фронту или срезу сигнала f, или

f, Выходной сигнал F блока 18 постуii

пает на управл ющий вход управл ющего коммутатора 15, который подключает частотно-импульсный сигнал с первого выхода датчика 3 углового положени  ротора либо на суммирующий, либо на вычитающий счетные входы реверсивного счетчика 8. Кодовый сигнал на выходах реверсивного счетчика 8, характеризую1ций текущее положени  ротора двигател , с приходом каждого очередного импульса с первого частотно-импульсного выхода датчика углового положени  3 ротора либо увеличиваетс , либо уменьшаетс  на единицу. Объем К реверсивного счетчика 8 выбип / раетс  равным - (где р - число пар

Р

полюсов синхронного двигател  1), Q при этом период изменени  информации в реверсивном счетчике 8 равен периоду изменени  ЭДС в обмотках синхронного двигател  1 и соответствует дл  выбранного 4-полюсного синхронного двигател  с угловому повороту ротора

a,t. f- . Период следовани  частотно-им0

5

5

50

пульсных сигналов f и f датчика 3 соответствует повороту ротора на угол

}t,

Z7/

55

где о) - скорость вращени ; t,t/ - врем  поворота ротора.

Дешифратор 19 кодов из комбинаций кодовых сигналов Qy и р Дешифрнрует положение ротора двигател  1 в каждой зоне, равной четверти периода следовани  сигналов Q, и QI, соответствующей повороту ротора н а и вьщает в зависимости от этого на своих выходах NK инфЬрмацию в виде одного из кодов , ...,N| о положении ротора двигател  (фиг. 3). Поскольку при различных- направлени х вращени  ротора двигател  1 подход ротора к одному и тому же своему положению, например точкам а , Ь, с, d диаграммы фиг. 3, осуществл етс с разных сторон, то и кодовые комбинации сигналов (2, nQj. на вход дешифратора кодов 19 при этом различны Блок 18 определени  направлени  вращени  своим выходным сигналом F измен ет в функции направлени  вращени  ротора логику работы дешифратора 19 кодов дл  получени  на его выходах однозначной информации N,,...,Ni при прохождении точек а, Ь, с, d ротором двигател  независимо от направлени  его вращени .

Формирователь 20 импульсов формирует по фронту и срезу каждого из кодовых сигналов Q и Q короткие импульсы f, (фиг. 3), которыми в точках а, Ь, с, d производитс  запись соот- bf гс гвующеи ка;к/г,ой из этих точек lu,- ХОДНО11 информации N/, . . ., К , дешифратора кодол 19 о пол жении ротора дви- гггтел  в реверсивный счетчик 8. Точ- а, I , с, Л угловой поворот ротора двигател , р.мвпы; за врем  которого часготно-импульсным сигналом f |, формируетс  количество мпульсов, равное К, дели 1 с  на четыре части. Следовательно, из последующих К(.)довых информации К / , . . ., Ni, должна

К

отличатьс  от ире;пиду1цеи

на - .

Таюш оГ разом, на выходах ревер- )1 о счетчика 8 содержитс  периодически повтор юп1а с  кодова  информаци  Ng о текущем угловом положении ротора .л  1 з пределах угловой зоиь, равно -Т, значение которой мен етс  дискретно ггри каждом поворо , 7Г те ротора двигател  1 на угол - с

К

приходом импульса с первого частотно импульсного выхода датчика 3 положени  ротора па счетный вход реверсивного счетчика 8. При этом в сторону увеличени  паи уменьшени  в з&виси- мости от направлени  вращени  рото

5

0

5

g

5

ра двигател  1 работы счетчик; 3 синхронизируетс  по реальному положению ротора четыре раза за период изменени  информации на выходах счетчика 8 или через каждый угол поворота ротора, равный ///Ч , путем параллельной записи в реверсивный счетчик 8 кодовой информации N с выхода дешифратора кодов 19 в определенных точках положени  ротора а, Ь, с, d, причем поворот ротора двигател  1 на соответствует периоду изменени  ЭДС в обмотках двигател  1.

Линейно измен ема  кодова  информаци  реверсивного счетчика 8 преобразуетс  запрограммированными по синусоидальному и коси.нусоидальному законам блоками 9 и 10 посто нной пам ти в два измен ющихс  по этим законам периодических кодовых сигнала, KOTopij C поступают на цифровые входы цифроаналоговых умножителей 11 и 12. На аналоговые входы указанных умножителей подаетс  выходной сигнал Up регул тора 5 скорости.

На выходах цифроаналоговых умножителей 11 и 12 формируютс  гармонические сигналы с амплитудой, равной модулю выходного сигнала Up регул тора 5 скорости, синхронизированные д;1 гчиком 3 углового положени  ротора с )L C, наводимыми, соответственно в первой и второй статорных обмотках двигател . Сигналы Up  вл етс  функ- разности сигнала задатчика 6 скорости и сигнала жесткой отрицательной обратной св зи по скоростр.

снимаемой с тахогенератора

Выход

ные сигналы формировател  га1)мони- ческих сигналов 7  вл ютс  задающими токовыми сигналами дл  двух реверсивных тиристорных преобразователей 22 и 23 управл емого источника 4 тока, на входы которых они поступают через управл емые коммутаторы 16 и 17,

На двух раздельных однофазных выходах управл емого источника тока 4, питающего статорные обмотки синхронного двигател  1, создаютс  токи гармонической формы с регулируемой амплитудой , синхронизированные с ЭДС, наводимыми в соответствующих обмотках статора вращающимс  полем ротора вигател .

Дл  обеспечени  запуска синхронного двигател  1 после подачи напр ени  питани  и до прихода первого им1г льса записи информации в ревер11

CHBHbit i г.четчик 8, формирус-Moi u (орми рователем импульсо 20, т.е. пока информаци  в реверсивном счетчике 8 имеет произвольный характер, предусмотрен пусковой режим работы электропривода . Выбор режима работы производитс  триггером 21 режима работ;, и управл емыми коммутаторами 16 и 17 Триггер 21 режима работы при подаче напр жени  питани  устанавливаетс  в состо ние, соответствующее пусковому режиму, при этом управл емые коммутаторы 16 и 17 подключают по входам управл емого источника А тока выходы переключателей 13 и 14 пол рности сигнала. Последние переключают пол рность выходного сигнала Up регул тора скорости 5 по командам, поступающим на первый из них с первого, на второй со второго кодовых выходов датчика углового положени  3 ротора, т.е. в пусковом режиме на входы управл емого источника 4 тока поступают вместо сформированных гармонических сигналов с амплитудой, равной модулю выходного сигнала Up регул тора 5 скорости ,сигналы,величина которых посто нно равна модулю сигнала Up, а пол рное ти синхронизированы с соответствующи- ми пол рност ми ЭДС, наводимыми полем ротора в статорных обмотках дни- гател  1 кодовыми сигналами датчика 3 углового положени .

При повороте ротора двигател  1 на угол до прихода первого фронта или среза сигнала Q, или Q.j на выходе формировател  20 импульсов формируетс  импульс записи, по которому в реверсивный счетчик 8 записываетс  кодовый сигнал о положении ротора двигател  1, синхронизиру  работу формировател  7 гармонических сигналов по положению ротора двигател  1. Одновременно с этим, импульс с выхода формировател  20 импульсов переключает триггер 21 режима работы из пускового в рабочий режимы, а управл емые коммутаторы 16 и 17 подключают к входам управл емого источника тока выходы формировател  7 гармонических сигналов.

В момент переключени  электропривода из пускового в рабочий режим не происходит скачкообразных изменений пол рности и задающих сигналов ид, U, (фиг. 3) на управл ющих входах источника 4 тока и соответствуюпц м им резких изменений направлени  протека

8

IQ д 2о 25

е

40

ЛЬ

0

;in;i Toicn в статорных обмотках двигател  1 , кот. : 1ые могли бы вызвать ди- н лмические Проск: вращающего момента и колебани  скорости синхронного двигател  1. В электроприводе сразу же г момента его пуска после включени  напр жени  питани  обеспечиваетс  требуодМое дл  станочных привоцов высокое значение коэффициента неравномерности вращени  при глубогсом (до 10000) диапазоне регулировани  скорости двигател .

Синхронный двигатель может быть выбран с jiwOfiiM числом пар полюсов, что обеспечиваетс  соотвстглвующей конструкцией кодовых каналов датчика положени  3 ротора.

Таким образом, при использовании предлагаемого электропривода обеспечиваетс  т акой пусковой режип, при котором задающими токовыми сигналами дл  управл емого источника тока  вл етс  выходной сигнал рег ул тора скорости , вз тый дл  каждой из фаз со своей строго определенной пол рностью , выбранной сигналом соответствую- цг Г о кодового канала датчик ; углового попоженич ротора, rijiH noij:)pore BaJK двигател  на угловую неличину, не превышающую 1/8 обор-ота до первого изменени  пол рности задающего сигнала дл  любой из фаз синхронного до гател , организуетс  параллельна  запись в счетчик кодовой и)1ф(фмации о положении ротора синхронного двигател , формиру  необходимые, синхронизированные по положению ротора гармонические задающие сигналы, и в этот же момент проводитс  перевод электропривода из пускового в рабочий режим с работой от гармонических задающих токовых сигналов, причем этот переход осуществл етс  плавно без возникновени  существенных динамических бросков тока и момента в двигателе.

Кроме того при изменении направлени  вращени  двигател  можно проводить соответствующее изменение гармонических сигналов, что создает требуемое направление вращающего мо-- менга на валу двигател , т.е. электропривод может работать в двигательном и тормозном режимах, благодар  чему повышаетс  точность управлени  скоростью вращени  и обеспечиваетс  реверсивность управлени .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Частотно-управл емый электропривод , содержащий синхронный двигатель, тахогенератор и датчик углового положени , установленные на валу синхронного двигател , управл емьй источник тока, выходы которого подключены к статорным обмоткам синхронного двигател , регул тор скорости, подключенный одним входом к выходу задатчика скорости, а другим - к выходу тахогенератора, формирователь гармонических сигналов, выполненный со счетчиком на входе, двум  блоками посто нной пам ти и двум  цифроана- поговымн умножител ми, выходы которых образуют выходы формировател  гармонических сигналов, при этом цифровые- входы цифроаналоговых умножите- 20 подключены к соответствующим пере

   лей подключены к выходам соответствующих блоков посто нной пам ти, а аналоговые входы подключены к выходу регул тора скорости, входы блоков посто нной пам ти подключены к выход счетчика, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  точности управлени , в него введены два переключател  пол рности сигнала, каждый из которых выполнен с сигнальным и кодовым входами, три управл емых коммутатора , каждый из которых выполнен с двум  переключаемыми и одним средним выводами, блок определени  направлени  вращени  с двум  входами, дешифратор кодов с двум  кодовыми и одним управл ющим входами, формирователь импульсов с двум  входами и триггер режима работы, счетчик в формирователе гармонических сигналов выполнен реверсивным с суммирующим и вычитающим счетными входами, кодовым входом и управл ющим входом записи, а датчик углового положени  выполнен с двум  частотно-импульсными и двум  кодовыми выходами, при этом кодовые

   , 330725

   выходы датчика углового положени  подключены к соответствующим входам дешифратора кодов, формировател  импульсов и к кодовым входам соответствующих переключателей пол рности сигналов, первый частотно-импульсный выход датчика углового положени  подключен к первому входу блока опреде- 10 лени  направлени  вращени  и среднему выводу первого управл емого коммутатора , второй частотно-импульсный выход датчика углового положени  подключен к второму входу блока опреде- 15 лени  направлени  вращени , выход которого соединен с управл ющими входами первого управл емого коммутатора и дешифратора кодов, суммирующий и вычитающий счетные входы счетчика

   0

   5

   5

   0

   5

   ключаемым выводам первого управл емого коммутатора, кодовый вход счетчика подключен к выходу дешифратора кодов, а управл ющий вход записи счетчика объединен с входом триггера режима работы и подключен к выходу формировател  импульсов, выход триггера режима работы подключен к управл ющим входам второго и третьего управл емых коммутаторов, переключаемые выводы второго управл емого коммутатора подключены соответственно к выходу первого переключател  пол рности сигнала и выходу первого цифро- аналогового умножител , переключаемые выводы третьего управл емого коммутатора подключены соответственно к выходу второго переключател  пол рности сигнала и выходу второго цифро- аналогового умножител , входы переключателей пол рности сигнала подключены к выходу регул тора скорости, а средние выводы второго и третьего управл емых коммутаторов подключены к соответствующим управл ющим входам управл емого источника тока.