SU1410212A2

SU1410212A2 - Управл емый вентильный электродвигатель

Info

Publication number: SU1410212A2
Application number: SU864164945A
Authority: SU
Inventors: Виктор Михайлович Пименов; Константин Григорьевич Лакирович
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский,Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Релестроения
Priority date: 1986-12-19
Filing date: 1986-12-19
Publication date: 1988-07-15

Abstract

Изобретение относитс к электро- технике и может быть использовано в системах автоматизированного привод да. Целью изобретени вл етс повышение .коэффициента использовани двигател и равномерности частоты вращени путем уменьшени пульсаций мгновенного значени электромагнитного момента в режиме ограничени тока. С этой целью в управл емый вентильный электродвигатель введены диффе53 ренциаторы 27, 28, 29, входами соединенные с вторьп выходами реверсоров 11, 12, 13 формировател 10 сигналов управлени ,, а выходами - с входами логического элемента (ЛЭ) 3 ИЛИ-НЕ 30. Выход последнего подключен к одному Ъхрду ЛЭ 2 ИЛИ-НЕ 31, второй вход которого соединен с выходом элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 33, включенного на выходе регул тора тока 24. Выход ЛЭ 2 ИЛИ-НЕ 31 соединен с базой транзистора 36, шунтирующего, конденсатор 38 RC-цепи 37. Средний вывод КС-цепи 37 св зан с инверсным входом компаратора 35, пр мой вход которого соединен с выходом дешифратора 26 через усилитель 34. Выход компаратора соединен с ЛЭ 2 ИЛИ 32, включенным между выходом регул тора тока 24 и , управл ющим входом формировател 10. В результате устран етс полностью вли ние режима динамического торможени на процессы переключени транзисторов верхней группы коммутаторов. 10 ип. а $ W 1 о ь&amp; tmA tsd IM

Description

Изобретение относитс к электротехнике , а именно к специальным элёк- грическим машинам и может быть испо- Льзовано в составе высококачественных

ристем автоматизированного электро- |1ривода .

; Целью изобретени вл етс повы- ение коэффициента использовани двигател и равномерности частоты враще- 1ИЯ, уменьшени пульсдций мгновеннот о значени электромагнитного момента в режиме импульсного ограничени тока. .

На фиг. 1 изображена блок-схема .(предлагаемого управл емого вент ильно- электродвигател ; на, фиг, 2 - электрическа схема одного канала реверса; на фиг, 3- конструкци датчика положени ; на фиг,- 4 - угловые диаг- аммы датчика положени ротора; на (1)иг. 5 - электрическа схема дешифри- 1 ующвго устройства; на фиг, 6 - электрическа схема релейного регул тора фока; на фиг,. 7 - временные диаграммы Изменений токов, и ЭДС секци х корной фбмотки; на фиг, 8 - 10 - эквивалент-- Аые схемы силовой части электродвигател дл режима динамического тор- гюжени , дл процесса коммутации, ЛЭТЯ двигательного режима,

Управл емый вентильный электродвигатель содержит трехфазную синхронную ; лектрическую машину 1, датчик 2 положени ротора, транзисторньй 1 атор 3, состо щий из трех в.етвей, (|)бразованных кажда двум последовательно соединенными транзисторами 4- , шунтированными обратными диодами., li подключенных параллельно между лер- «ой и второй шинами цепи питани пос- li oHHHoro напр жени , а общей точкой транзисторов кажда ветвь подключена к одной из секций корной обмотки. Датчик 2 положени ротора соединен йвоими .выходами с управл ющими входа- iш транзистор ов коммутатора 3 через формирователь 10 сигналов управлени , содержащий трехканальный реверсор 11- 13 с каналами и инвертором 14 и шесть тгогических элементов 2 И 15-20, первые входы которэгк соединены с .выхода- (и реверсора, а вторые входы объедине- р1ы в две управл ющие цепи транзисторный коммутатор 3 через три резис.тивньгх датчика 21-23 тока подключен к соответствующей шине источника питани . Вентильный электродвигатель сод.ер- jtOiT релейный регул тор 24 тока, под

.

ключенный одним выходом к управл нчце- му входу формировател 10 сигналов утфавлени , а первым из двух входов - ,к задающему блоку 25. Дешифратор 26, информационными входа1чи подключенный к выходу формирователю 10, образованному выходами логических элементов 2 И 15-20. Сигнальные входы дешифратора подключены к датчикам 21-23 тока , а выходом дешифратор 26 подключен к второму входу регул тора 24 тока. Дополнительно управл емый вентильный электродвигатель содержит три дифференциатора 27-29 логические элементы 3 ИЛИ-НЕ 30, 2 ИЛИ-НЕ 31, 2 ИЛИ 32,. ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 33, мн- §ертирующий усилитель 34, компаратор 35, транзисторный ключ 36, и RC-цепь 37 с конденсатором 38 и резистором 39,- соединенных между собой по.следовательно. .Входы дифференциаторов 27-29 подключены к вторым вхо- |дам реверсоров 11-13 соответствующих каналов формировател .10 сигналов управ.дени ,, а выходы дифференциаторов 27-29 прдклк5чены к входам логического элемента 3 ИЛИ-НЕ 30. Выход логического элемента 30 подключен к одному из .входов -логического элемента 2 ИЛИ-НЕ 31, второй которого 7 подключен к выходу логического эле- мента ЭКВ.ИВАЛЕНТНОСТЬ 33, -входы которого подключены к выходам релейного регул тора 24 тока. Последовательна RC-цепь, 37 включена между источ- НИКОМ положительного напр жени и общей шиной, при этом средн точка КС-цепи 37 подключена к инверсному входу компаратора 35, Пр мой вход компаратор а, 35 подключен к вькоду дешифратора 26 черезинвертирующий усилитель 34, а выход-компаратора 35 подключен к одному из входов логического элемента 2 ИЛИ 32, ,включенного по второму входу и выходу между одним из выходов релейного регул тора 24 тока, и ..одним из управл ющих входов формировател 10 сигналов управлени . Транзисторный ключ 36 комт утационньг- ми выводами подключен параллельно конденсатору 38 RC-цепи 37, а управл ющим выводом - к выходу логического элемента 2 ИЛИ-НЕ 31.

Дешифратор 26 (фиг, 5) служит дл выделени модул тока синхронной машины 1 и включает в себ первьш 40 и второй 41 суммирующие усилители соответственно с трем и четырьм

входами, четыре быстродействующих ключа 42-45 и логический элемент 3 ИЛИ-НЕ 46, выход каждого из датчиков 21-23-тока подключен.к одному из входов суммирующих усилителей 40 и 41 к второму - через ключ, а к первому- непосредственно, выход первого уси- Яител 40 соединен с четвертым входом второго усилител 41 через четвертый ключ 45, управл ющий вход каждого из трех первьтх ключей 42-44 соединен с управл ющим входом одного из транзисторов коммутатора 3, соединенного с датчиком тока, а управл ющий вход четвертого ключа 45 св зан с управл ющими входами транзисторов 5, 7 и 9 через логический элемент 3 ИЛИ-НЕ 46,

Формирователь 10 сигналов управлени предназначен дл обработки выходных сигналов датчика 2, Противофазные сигналы а и а датчика 2 через реверсор 11 (фиг, 2) поступают на первые входы логических элементов

цесса коммутации; ut - врем тации,

Управл емый вентильный электродви- гатель работает следующим образом.

Исходное положение yp сигнального сектора относительно обоймы с чувствительными элементами показано на фиг. 3. Рассмотрим случай подачи

на вход управлени формировател 10 сигналов управлени нулевого сигнала и задани положительного напр жени на втором входе регул тора 24 тока посредством задающего устройства 25.

При указанном положении сигнального сектора на выходах чувствительных элементов датчика 2 по вл ютс единичные сигналы а и с (фиг, 3). Единичные сигналы возбужденных элементов а с по цеп м св зи проход т t. без изменени через реверсоры 11 и 13 формировател 10 и поступают на первые входы логических элементов 15 и 20. Одновременно под воздействием

2И 15 и 16, а выходы последних непос-25 положительного напр жени U задающего устройства 25, операционные усилители 47 и 48 регул тора 24 тока перевод тс в единичное состо ние по их выходам. Единичные сигналы с

редственно или через промежуточнью : усилители .соединены с управл ющими | цеп ми транзисторов 8 и 9 соответственно . Вторые входы логических схем 2И 15-20 объединены в две управл ющиезо выхода усилител 47 через логический цепи, перва из которых подключена элемент 2ИЛИ 32 поступают по первой

управл ющей цепи на вторые вх;оды логических элементов 2И 16, 18 и 20, а с выхода усилител 48 непосредственк второму выходу регул тора 24 тока, а втора - к логическому элементу 32, Регул тор 24 тока (фиг,6) выпол- 1йен по схеме типа ДВОЙНОЙ ТОКОВЬЙ КОРИДОР и состоит из двух операционных усилителей 47 и 48 охваченных положительной обратной св з ью и выпол- ненньпс на резисторах 49 и 50.

На фиг. 4 прин ты следующие услови обозначени : .к t характер- ные угловые положени сигнального .сектора; и - направление вращени сигнального сектора датчика 2,

На фиг. 7 прин ты обозначени :

35

40

45

но по второй управл ющей цепи поступают на вторые входы логических элементов 2И 15, 17 и 18 формировател 10 сигналов управлени и разрешают , |прехождение сигналов с первых входов логических элементов 15-20 на выходы без изменений, В данном случае единичные сигналы а и с по вл ют с на выходах логических элементов 15 и 20 и поступают на управл ющие входы транзисторов 9 и 4, коммутатора 3 и подаютс на вход дешифратора 26, в котором под действием единичного сигнала а и нулевых сигналов Ь и с (фиг. 3) замыкаетс быст- родейств ющий ключ 42, подключа выход резистивного датчика 23 тока к первому входу суммирующего усилител 41. Остальные входы усилител обесточены .

li, ig, IP - мгновенные значени то-А

ков в секци х синхронной машины 1; ед, е, е - мгновенные значени ЭДС в секци х; fii амплитуда пульсаций тока в процессе регулировани ; Ujg - напр жение .на конденсаторе 38 КС-цепи 37; Uj - напр жение.на выходе инвертирующего усилител 34; УЗО напр жение на выходе логического.элемента 3 ИЛИ-НЕ 30; 1)35 напр жение на выходе компаратора 35; t,-момент времени начала процесса коммутации; tg - момент времени окончани про5

0

5

0

5

При открытых транзисторах 9 и 4 коммутатора напр жение источника питани } прикладываетс к фазам С и А корной обмотки электрической машины 1. Коммутатор 3 переходит в состо ние , определ емое как двигатель- н|ьй режим (Д) „ Под действием напр - ж|ени источника питани Up ток- про- т1 екает по цепи: пе рва шина источника питани , открытый транзистор 4, фаза С, фаза А, открытый транзистор 9, резистивньШ датчик 23 тока, втора шина источника питани , и начинает линейно возрастать. Напр жение Ua „ пропорциональное току в этих фазах. Снимаетс с резистивного датчика 23 тока и через замкнутый ключ А2 подаетс на первый вход суммирук цего усилител 41. Усиленный сигнал U. с выхода-усилител 41 поступает на пер- В1ЫЙ вход регул тора 24 тока. При превышении напр жени U, заданной величины усилитель 47 переключитс .

На его выходе единичный сигнал Смен етс .нулевым. При этом усилитель 48 сохран ет свое состо ние по выходу неизменным, ввиду наличи смещени через резистор 49. Состо ние усилител 47 вл етс устойчивьш благодар наличию положительной обратной з и, через резистор 50 „i.

Нулевой сигнал с выхода усилител 4|7 поступает на один из входов логического элемента 2 ИЛИ 32.Так как в данный момент времени не происходит изменени уровн выходных сигналов датчика и соотв ет- ственно выходных сигнал-ов реверсоров 11-13, то на выходах дифференциаторов 27-29 присутствуют нулевые сигна- л(ы. Нулевые сигналы поступают на входы логического элемента 3 ИПИ-НЕ 30 в| удерживают его в единичном состо - Е|ИИ по выходу. Единичным сигналом с Ei-ыхода последнего логическш элемент 2|ИЛИ-НЕ 31 удерживаетс -в нулевом со- Ото нии по- выходу. В результате тран V

50

3 исторный ключ 36 закрыт, а конденсаI op 38 зар жен до напр жени источни- 45 Ка дртани . Напр жение положительной Но л рности с конденсатора подаетс На инвертирующий вход компаратора 35. На второй вход компаратора 35 подайтс инвертированное напр жение +Ц Выбором величины.источника питани

U обеспечиваетс более высокий уро- йень сигнала на инвертирующем входе itoMnap aTopa 35, чем на пр мом. Поэто- ty С выхода компаратора 35 поступает Нулевой сигнал на второй вход логиЧеского элемента 2ИЛИ 32.

В результате нулевой сигнал с вы- ода усилител 47 регул тора 24 тока

55 -

без изменений проходит через логический элемент 2ИЛИ 32 на вторую управл ющую цепь. Этим сигналом запрещает- с прохождение единичного сигнала С через логический элемент 20 формировател 10 сигналов управлени на управл ющий вход транзистора 4 коммутатора . Транзистор 4 закрываетс . Силова схема измен етс , принима состо ние , называемого режима динамического торможени (ДТ). Ток фаз С, А замыкаетс по цепи: силовой ключ 9, два резистивных датчика 21 и 23 тока

диод, шунтирующий транзистор 5 в обратном направлении и начинает уменьшатьс по величине дл случа двигательного режима. Переключение усилител 47 не приводит к изменению состо ни дешифратора 26. Поэтому на вход регул тора 24 тока подаетс только сигнал Utj.fM с резистивного датчика 23 тока. Через некоторый промежуток времени ток снижаетс до такого уровн при котором усилитель 47. переходит в состо ние с единичным уровнем напр жени на выходе. Силова схема оп ть принимает состо ние Д. Далее процессы повтор ютс в .описанной выше последовательности. Б результате ток в фазах А и С корной обмотки ограничиваетс на уровне заданного с пульсацией, пропорциональной глубине положительной обратной

св зи усилител 47, При взаимодействии тока в фазах А и С корной обмотки с полем индуктора возникает вращающий момент и ротор синхронной ма- шины 1 начинает поворачиватьс в заданном направлении В.

При вращении ротора по сигналам с выхода датчика 2 происходит переключение транзисторов коммутатора. При по влении единичных сигналов на- выходах каналов «, Ь или е датчика 2 происходит включение транзисторов крммутатора 3 соответственно 9, 7 или 5, этими же сигналами, воздействующими на управл ющие входы быстродействующих ключей 42-44, подключаютс к входам суммирующего усилител 41 дешифратора 26 резистивные дат™ чики тока, соответственно 23, 22 или

21. Сигналы, пропорциональные току в коммутируемых секци х в режимах Д и ДТ, снимаютс поочередно с соответст- вующего датчика тока и подаютс на входы суммирующего усилител 41, ас.

71

его выхода - на вход регул тора 2А тока,

В процессе коммутации секций корной обмотки (при переключени х транзисторов 5, 7 и 9 ток в подключаемой секции возрастает с нулевого зна чени . В момент коммутации сигнал на выходе вновь подключаемого датчика тока равен-нулю. Поэтому- оба усилител 47 и 48 переключаютс в единичное состо ние по выходу и перевод т силовую , схему в режим Д независимо от предьщущего ее состо ни . Данное обсто тельство обеспе чивает минимальное врем коммутации тока в секци х.

Переключени транзисторов 4, 6 и 8. коммутатора происход т в интервале между переключени ми транзисторов 5, 7 и 9. Если эти моменты переключени приход тс на режим Д, то коммутаци фаз двигател происходит аналогично коммутации при переключении транзисторов 5, 7 и 9,

Рассмотрим работу вентильного электродвигател когда момент коммутации секций (переключени по сигналам датчика 2 верхней группы транзисторов 4, 6 и 8 коммутатора) совпадает с переходом схемы в режим ДТ, В этот момент времени на выходе усилител 47 присутствует нулевой, а на выходе : усилител 48 - единичный сигнал. Данна комбинаци сигналов подаетс на входы элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 33 и на выходе последнего по вл етс нулевой сигнал.

Пусть в предыдущем состо нии схемы сигналы с датчика 2 подавались на управл ющие входы транзисторов 4 и 7 (единичные сигналы с и Ь) в работе находились секции С и В корной обмотки. При повороте ротора двигател до углового положени , равного Ч (фиг, 4), происходит сн тие возбуждени с чувствительного элемента с и подача возбуждени на чувствитель- ньй элемент а , Чувствительный элемент t при этом остаетс возбужденным , В соответствии с нулевым сигналом на управл ющем входе формировател 10 сигналов на втором выходе канала реверсора 13 единичный сигнал сменитс на. нулевой, а нулевой сигнал на втором выходе канала реверсора 1 1 сменитс на единичный. На остальных выходах реверсора состо ние выходных сигналов остаетс без изменений . Так как на выходе, усилител 47

128

регул тора 24 тока присутствует нулевой сигнал, то этим сигналом логические элементы 16, 18 и 20 оказываютс заблокированными по второму вхо ду. Поэтому переключени .сигналов на первых входах элементов 16, 18 и 20 не привод т к изменению их выходных сигналов и на первые входы подаютс сигналы с вторых выходов реверсоров 11-13, Соответс твенно будет задерживатьс коммутаци транзисторов 4 и 8 кo fмyтaтopa, Одновременно с переключением сигналов на вторых выходах каналов реверсоров,а именно канала реверса 11 на выходе дифференци - атора 27 по вл етс импульс единично- го уровн , который подаетс на один из входов логического элемента 3 ИЛИ-НЕ 30, на выходе последнего по вл етс импульс нулевого уровн (на ( фиг, 7 момент времени t , выход U 30) , Этот импульс поступает на .второй вход логического элемента 2 ИЛИ-НЕ

31, Так как на первый вход последнего подаетс нулевой сигнал с вькода элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 33, то на его выходе формируетс единичный импульс. Этим импульсом открываетс на короткое врем транзисторньй ключ 36, разр жа до нул конденсатор 38 RC-цепи 37 (фиг, 6, момент. t,.,U,j ),-.При этом Компаратор 35 измен ет состо ние своего выхода с нулевого на единичное , так как потенциал на его пр мом входе становитс вьше потенциала на инверсном входе. Этот единичный сигнал приходит на второй вход логического элемента 2 ИЛИ 32 и на вькоде

последнего соответственно на второй управл ющей цепи по вл етс единичный сигнал. На первой управл ющей цепи присутствует единичный сигнал с

выхода усилител 48, как было указано выше. Единичные сигналы по цеп м управлени формировател 10 разреша- ют прохождение сигналов а и Ь датчика 2 на управл ющие входы транзисторов 8 и 7 коммутатора 3 (транзистор 7 был открыт ранее), В результате силова схема принудительно переходит в режим Д (фиг, 10)и практически без задержки начинаетс ком- мутаци тока в секци х & иА . При этом

как в секции С интенсивно уменьшаетс , а секции Д нарастает, В секции 6 ток практически не измен ет своего значени за врем коммутации (фиг,7 интервал tj-t). При этом в коммутатфре образуютс два контура протека- HijiH тока (фиг. 9). Первый контур об- ток- i. j протекающий по цепи: С(кции С , секци В , транзистор 7, дфтчики 22 и 21 тока, обратный диод )анзистора 5. Этот контур тока (ре- ) существовал в коммутаторе до начала коммутации секций (фиг. 8). В Момент начала коммутации секций (при открытии транзистора 8) образуетс дополнительньй контур протекани тока i. по цепи: перва шина источника питани +Un, транзистор 8, секци Л, секци С , обратный диод ;Транзистора 5, датчик 21 тока, вто- ,ра шина источника питани , В момент коммутации ЭДС коммутируемых секций Л и С имеют одинаковую :вег1ичину, направлены встречно и по- . :этому дл . протекающего тока i взаимно скомпенсированы, Таким обра- зом ток i интенсивно нарастает поч действием напр жени источника пиЬгани 4-и, темп его роста линеен и практически не зависит от скорости вращени poTf opa. Он определ етс только индзп тивностью секций А и С (фиг, 7, интервал времени лt , диаграмму 1д ) . Рост тока .„ продол А ,С

жавтс до того момента, когда его величина сравн етс с величиной спадающе го тока i

C,D

(закрьшаетс обратный диэд транзистора 5),(на фиг, 7, мо- ме т времени tg.). В этот момент вре- ме и ток ig в секции С спадает до нул а ток 1д в Секции Л сравниваетс по величине с током i секции В, Про- коммутации секций закончен. Та- образом, врем коммутации ut за- вирит в основном от параметров элект- ро ашины (индуктивности секций корной обмотки) и от величины тока, с Kojroporo начинаетс коммутаци ,

В управл ющей части двигател за коммутации происход т следующие процессы

В момент времени t, (фиг, 7) дейсатор 38 RC-цепи 37 был разр жен до нул открывшимс на короткое врем транзисторным ключом 36, а компаратор 35 переключилс в единичное состо ние по выходу. После запирани тр.нзисторного ключа 36 конденсатор наШнает зар жатьс через резистор 39 под действием напр жени +U.

Параметры RC-цепи 37 выбираютс таким образом, чтобы момент достижение напр жени на конденсаторе 38

величины напр жени на выходе инвер- тирукнцего усилител 34 и последующего переключени компаратора 35 совпал с с моментом окончани коммутации тока в секци х О и А, Далее компаратор 35 переключаетс в нулевое состо ние по выходу. Нулевой сигнал с выхода компаратора 35 поступает на второй

10 вход логического элемента 2 ИЛИ 32, а выход последнего начинает повтор ть сигнал на его первом входе и выходе усилител 47 релейного регул тора 24 тока. Дальнейшее регулирование то15 ка в секци х осуществл етс с помощью релейного регул тора 24 тока по управл ющим цеп м формировател 10, В частности, так как процесс коммутации происходит при некотором сниже20 НИИ тока двигател , то по окончании коммутации силова часть сохран ет . режим Д до увеличени тока, соответ- ствующего переключению схемы из ре- , жима Д в режим ДТ, Далее процессы

25 повтор ютс путем чередовани режимов Д и ДТ до очередного переключени транзисторов верхней группы коммутатора 6 и 8, Коммутаци А и Б происходит аналогично описанному с той

30 лишь разницей, что сигнал на перевод силовой части из режима ДТ в режим Д формируетс дифференциатором 28,

Таким образом осуществл етс коммутаци тока в секци х двигател при

35 переключении транзисторов верхней -г группы коммутатора непосредственно - по сигналам датчика 2,

Устран ютс коммутационные прева- лы тока, имеющие место при совпаде40 НИИ момента коммутации секций двига- тел с моментом.отключени секций от источника питани При этом улучшаетс коэффициент использовани двигател по моменту, снижаютс .допол45 ннтель ные потери. Полностью исключаютс низкочастотные колебани момента на частотах, близких к кратным частотам работы релейного регул тора тока, В результате повышаетс равноgQ мерность вращени двигател , что способствует улз чшению качества работы промыитенных роботов, манипул торов, в составе которых наход т наибольшее :применение управл емые вентильные ;

gg двигатели.

Claims

Формула изобретени

Управл емый вентильный электродвигатель по авт, ев, № 1259463,

/

фиг.З

««

фигЛ

J5

J7

Г . Г

фиг б

/W

фиг.7

Pe)ffu/ ДТ

Фиг.в

t/e.9

фиг. W