SU1510060A1

SU1510060A1 - Thyratron electric drive

Info

Publication number: SU1510060A1
Application number: SU884362849A
Authority: SU
Inventors: Николай Семенович Благодарный; Юрий Анатольевич Борцов; Виктор Борисович Второв; Анатолий Васильевич Низовой; Николай Дмитриевич Поляхов; Виктор Владимирович Путов
Original assignee: Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина); Предприятие П/Я А-7162
Priority date: 1988-01-12
Filing date: 1988-01-12
Publication date: 1989-09-23

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в вентильных электроприводах с низкой частотой вращени . Целью изобретени вл етс повышение точности регулировани частоты вращени . Дл этого вентильный электропривод содержит датчик частоты вращени , выполненный на базе модели двигател посто нного тока. Задающее напр жение поступает одновременно на вентильный электродвигатель и на датчик частоты вращени , где формируетс поперечна составл юща фазного тока вентильного электродвигател . Путем моделировани получаетс сигнал, пропорциональный частоте вращени , который сравниваетс с задающим сигналом, что обеспечиваетс повышением точности регулировани частоты вращени . 1 з.п. ф-лы, 1 ил.The invention relates to electrical engineering and can be used in low-rotational valve drives. The aim of the invention is to improve the accuracy of speed control. For this, the valve motor contains a rotational speed sensor based on a DC motor model. The driving voltage is applied simultaneously to the valve motor and to the rotational speed sensor, where the transverse component of the phase current of the valve motor is formed. By modeling, a signal is obtained that is proportional to the rotational frequency, which is compared with the reference signal, which is ensured by an increase in the accuracy of the rotational frequency control. 1 hp f-ly, 1 ill.

Description

315315

Изобретение относитс к электротехнике , в частности к электроприводу j и может быть использовано в вентильных электроприводах с низкой частотой вращени .The invention relates to electrical engineering, in particular to electric drive j, and can be used in valve drives with a low rotational speed.

Целью изобретени вл етс повьше- ние точности регулировани частоты вращени вентильного электропривода.The aim of the invention is to increase the accuracy of controlling the frequency of rotation of the valve motor drive.

На чертеже изображена функциональна схема вентильного электроприводаThe drawing shows a functional diagram of the valve actuator

Вентильный электропривод содержит электродйигатель 1, включающий двухфазную синхронную машину 2, первый 3 и второй 4 блоки умножени , первые входы которых объединены и образуют вход вентильного электродвигател 1, а выходы через усилители 5 и 6 мощности подключены соответственно к синусной 7 и косинусной 8 фазам обмотки кор синхронной машины 2. Последн механически св зана с датчиком 9 положени ротора, синусна 10 и косинусна .11 обмотки которого подключены через фазочувст- вительные выпр мители 12 и 13 к вторым входам соответственно первого 3 и второго 4 блоков умножени . Вентильный электродвигатель 1 включает также источник 14. напр жени возбуждени , выход которого соединен с обмоткой возбуждени датчика 9 положени и через формирователь 15 опорного напр жени с опорными входами фазочувствитель- ных выпр мителей 12 и 13.The valve drive contains an electric motor 1, which includes a two-phase synchronous machine 2, the first 3 and second 4 multiplication blocks, the first inputs of which are combined and form the input of the valve electric motor 1, and the outputs through power amplifiers 5 and 6 are connected respectively to the sinus 7 and cosine 8 phases of the winding core synchronous machine 2. Last mechanically connected to the rotor position sensor 9, sine 10 and cosine .11 whose windings are connected via phase-sensing rectifiers 12 and 13 to the second inputs of the first 3 and 2 second multiplication blocks. The valve motor 1 also includes an excitation voltage source 14. The output of which is connected to the excitation winding of the sensor 9 and through the driver 15 of the reference voltage with the reference inputs of the phase-sensitive rectifiers 12 and 13.

Кроме того,. вентильный электропривод содержит задатчик 16 частоты вращени , подключенный через последовательно включенные блок 17 сравнени и предварительный усилитель 18 к входу вентильного электродвигател 1, датчик 19 частоты вращени , выход которого подключен к второму входу блока 17 сравнени , а первый 20, второй 21 и третий 22 входы подключены соответственно к входу вентильного электродвигател 1, выходу 23 первого фазочувствительного выпр мител 12 и выходу второго фазочувствительного выпр мител 13. Датчик 19 частоты вращени содержит первый сумматора 24 и устройство 25 формировани сигнала частоты вращени с двум входами, первый из которых образует первый вход 20 датчика 19 частоты вращени , а выход - выход датчика 19 частоты вращени .Besides,. The valve drive contains a rotational speed setting device 16 connected via a sequentially connected comparison unit 17 and a preamplifier 18 to the input of a valve electric motor 1, a rotational frequency sensor 19, the output of which is connected to the second input of the comparison unit 17, and the first 20, second 21 and third 22 inputs connected respectively to the input of the valve motor 1, the output 23 of the first phase-sensitive rectifier 12 and the output of the second phase-sensitive rectifier 13. The rotation speed sensor 19 contains the first sum torus 24 and a rotational frequency signal generating device 25 with two inputs, the first of which forms the first input 20 of the rotational speed sensor 19, and the output the output of the rotational speed sensor 19.

Дополнительно вентильный электропривод содержит первьй 26 и второй 27Additionally, the valve actuator contains the first 26 and second 27

0404

датчики тока, входы которых соединены соответственно с синусной 7 и косинусной 8 фазами обмотки синхронной машины 2. Датчик 19 частоты вращени дополнительно содержит третий 28 и четвертый 29 блоки умножени , первые входы которых образуют соответственно второй и третий, а вторые входы - соответственно четвертый и п тый входы датчика 19 частоты вращени , а выходы подключены соответственно к первому и второму входам первого сумматора 24. Выход сумматора 24 подклю- чен к второму входу устройства 25 формировани сигнала частоты вращени . Четвертый и п тый входы датчика 19 частоты вращени подключены соответственно к вьпсодам первого 26 и второго 27 датчиков тока.current sensors whose inputs are connected respectively to the sinus 7 and cosine 8 phases of the winding of the synchronous machine 2. The rotation speed sensor 19 further comprises a third 28 and a fourth 29 multiplication units, the first inputs of which form the second and third respectively, and the second inputs are respectively the fourth and n The inputs of the rotational speed sensor 19 and the outputs are connected respectively to the first and second inputs of the first adder 24. The output of the adder 24 is connected to the second input of the device 25 to generate the rotational speed signal. The fourth and fifth inputs of the rotational speed sensor 19 are respectively connected to the upper 26 and second 27 current sensors.

Кроме того, в вентильном электроприводе устройство 25 формировани сигнала частоты вращени содержит первый 30 и второй 31 фильтры, вто- рой 32, третий 33 и четвертый 34 сумматоры и интегратор 35, выход которого вл етс выходом устройства 25 формировани сигнала частоты вращени и подключен к первому входу вто- рого сумматора 32, второй вход которого подключен к выходу первого фильтра 30, вход которого образует первый вход устройства 25. Третий вход сумматора 32 подключен к объединенным первому входу третьего сумматора 33 и выходу четвертого сумматора 34, первый вход которого образует второй вход устройства 25 формировани сигнала частоты вращени . Второй вход четвертого сумматора 34 подключен к выходу второго фильтра 31 и второму входу третьего сумматора 33, выход которого подключен к входу интегратора 35. Выход второго сумматора 32 подключен к входу второго фильтра 31.In addition, in the valve-driven drive, the rotational speed signaling device 25 comprises the first 30 and second 31 filters, the second 32, the third 33 and fourth 34 adders and the integrator 35, the output of which is the output of the rotational speed signaling device 25 and connected to the first the input of the second adder 32, the second input of which is connected to the output of the first filter 30, the input of which forms the first input of the device 25. The third input of the adder 32 is connected to the combined first input of the third adder 33 and the output of the fourth sum ora 34, a first input of which forms the second input device 25 forming the rotational frequency signal. The second input of the fourth adder 34 is connected to the output of the second filter 31 and the second input of the third adder 33, the output of which is connected to the input of the integrator 35. The output of the second adder 32 is connected to the input of the second filter 31.

Датчики 26 и 27 тока, блоки 28 и 29 умножени и сумматор 24 предназначены дл воспроизведени (в виде выходного напр жени сумматора 24) тока i а J т.е. суммы проекций фазных токов синхронной машины 2 на ось q, на основании информации о фазных токах и снимаемой с выходов фазочувст- вительных вьтр мителей 12 и 13 информации о синусе и косинусе электрического угла поворота ротора электродвигател 1. В .устройстве 25 формировани сигнала частоты вращени Current sensors 26 and 27, multipliers 28 and 29, and adder 24 are designed to reproduce (in the form of the output voltage of the adder 24) the current i and J, i.e. the sum of the projections of the phase currents of the synchronous machine 2 on the q axis, based on the information on the phase currents and the information about the sine and cosine of the electric rotor angle of the rotor of the electric motor 1, outputted from the phase-sensing devices 12 and 13.

00

5five

5блоки 30 - 35 вместе с соответствующими св з ми образуют модель вентильного электродвигател . Фильтр 30 учитывает запаздывание, вносимое датчиком 9 положени , фазочувстви- тельными выпр мител ми 12 и 13 и усилител ми 5 и 6 мощности. Оценкой частоты вращени двигател служит выходной сигнал интегратора 35. Дл более точной и быстрой сходимости этой оценки к истинному значению частоты вращени двигател в сз ммато- ре 34 осуществл етс сравнение вырабатываемой на выходе фильтра 31 оценки тока iл с выходным сигналом5 blocks 30 to 35 together with the corresponding connections form a model of a valve motor. The filter 30 takes into account the delay introduced by the position sensor 9 by phase-sensitive rectifiers 12 and 13 and power amplifiers 5 and 6. The engine rotational speed is estimated by the output signal of the integrator 35. For a more accurate and fast convergence of this estimate to the true value of the engine rotational speed in the north-ground motor 34, the current estimate 31 generated at the output of the filter 31 is compared with the output signal

СWITH

блока 24, и полученный таким образом на выходе блока 34 сигнал ошибки подаетс с соответствующими весами на входы модели.block 24, and the error signal thus obtained at the output of block 34 is fed with appropriate weights to the model inputs.

Вентильный электропривод работает следующим образом.The valve actuator operates as follows.

Задатчик 16 вырабатывает сигнал задани частоты вращени вентильного электродвигател 1, который в блоке 17 сравнени сравниваетс с выходным сигналом датчика 19. Сигнал ошибки с выхода блока 17 сравнени , усиленный в предварительном усилителе 18, поступает в виде напр жени посто нного тока на вход вентршьного электродвигател 1. На обмотку возбуждени датчика 9 положени с выхода источника 14 напр жени возбуждени подаетс напр жение возбуждени синусоидальной формь, в результате чего на синусной и косинусной выходных обмотках датчика 9 положени по вл ютс также синусоидальные напр жени той же частоты, но модулйрова- лные соответственно синусом и косинусом электрического угла поворота ротора 9 положени , или, что то же са- ,мое, электрргческого угла поворота i ротора синхронной машины 2, отсчитываемого от некоторой неподвижной оси св занной со статором синхронной машины . Эти напр жени поступают на входы фазочувствительных выпр мителей 12 и 13. Формирователь 15 опорного напр жени преобразует синусоидальное напр жение подаваемое с выхода источника 14 напр жени возбуждени , в напр жение пр моугольной формы, которое подаетс на опорные ходы фазочувствительных выпр мите- лей 12 и 13. В результате на выходах этих выпр мителей формируютс напр - жени посто нного тока, пропорцио00606The setting unit 16 generates a reference signal for the rotational speed of the valve electric motor 1, which is compared in the comparison unit 17 with the output signal of the sensor 19. The error signal from the output of the comparison unit 17, amplified in the preamplifier 18, is supplied as a DC voltage to the input of the ventilation motor 1 The excitation winding of the sensor 9 of the position from the output of the source 14 of the excitation voltage is applied to the excitation voltage of a sinusoidal form, resulting in a sinus and cosine output windings of the sensor and 9 positions also appear sinusoidal voltages of the same frequency, but modulated respectively by sine and cosine of the electric angle of rotation of the rotor 9, position or, which is the same samara, of the electric rotation angle i of the rotor of the synchronous machine 2, measured from some fixed axis associated with the stator of the synchronous machine. These voltages are fed to the inputs of phase-sensitive rectifiers 12 and 13. The shaper 15 of the reference voltage converts the sinusoidal voltage supplied from the output of the source 14 of the excitation voltage to a rectangular voltage that is applied to the reference turns of the phase-sensitive rectifiers 12 and 13. As a result, DC voltages are formed at the outputs of these rectifiers, which are proportional to

нальные соответственно синусу и косинусу электрического угла поворота двигател . Эти напр жени , будучи умножены в блоках 3 и 4 умножени на входное напр жение двигател и уси- ,ленные в усилител х 5 и 6 мощности, преобразуютс в напр жени , приложенные к сдвинутым друг относительноcorresponding to the sine and cosine of the electric angle of rotation of the engine. These voltages, being multiplied in blocks 3 and 4 multiplied by the input voltage of the motor and amplified in amplifiers 5 and 6 of power, are converted to voltages applied to the shifted relative to each other.

o ДРУа на 90 эл.град. фазам 7 и 8o DRUA for 90 el. phases 7 and 8

корной обмотки синхронной машины 2. При этом в расточке статора машины возникает результирующа МДС, вектор которой, представл ющий собой суммуthe root winding of a synchronous machine 2. In this case, a resultant MDS arises in the bore of the machine stator, the vector of which is the sum of

5 векторов МДС синусной 7 и косинусной 8 фаз, направлен под углом ц к оси отсчета углов и, таким образом, оказываетс жестко св зан с ротором синхронной машины 2. Установленные на5 vectors of MDS sine 7 and cosine 8 phases, directed at an angle t to the axis of reference of the angles and, thus, turns out to be rigidly connected with the rotor of the synchronous machine 2. Mounted on

0. роторе посто нные магниты (либо полюсы с обмоткой возбуждени ) ориентированы так, что вектор их МДС перпендикул рен вектору ВДС корной обмотки . При такой ориентации полей0. The rotor of the permanent magnets (or the poles with the excitation winding) is oriented so that the vector of their MDS is perpendicular to the GDS vector of the core winding. With this field orientation

5 электромагнитный момент, приложенный к ротору двигател , максимален. Под действием этого момента ротор вращаетс , а вместе с ним вращаетс и вектор МДС корной обмотки, а также век-5 The electromagnetic moment applied to the rotor of the engine is maximum. Under the action of this moment, the rotor rotates, and with it the vector MDS of the root winding rotates as well as the vector

0 тор МДС возбуждени синхронной маши- ны. Поскольку при этом взаимна ориентаци названных векторов не мен етс , значение момента двигател , как и в обычном коллекторном двигателе посто нного тока, не зависит от углового положени ротора и определ етс фазными токами обмотки кор , а последние, в свою очередь, разностью между фазными напр жени ми, проQ порциональными входному напр жению вентильного электродвигател 1, и про- тиво-ЭДС, пропорциональной частоте вращени . Благодар действию отрицательной св зи по частоте вращени ,0 torus MDS excitation of a synchronous machine. Since the relative orientation of the named vectors does not change, the motor torque value, as in a conventional DC collector motor, does not depend on the angular position of the rotor and is determined by the phase currents of the winding core, and the latter, in turn, are the difference between the phase voltages by voltage proportional to the input voltage of the valve motor 1, and opposite to the emf proportional to the rotation frequency. Due to the effect of negative frequency coupling,

с реализуемой с помощью датчика 19 скорости , значение частоты вращени двигател поддерживаетс равным заданному путем воздействи на входное напр жение двигател .implemented by the sensor 19 of the speed, the value of the rotational speed of the engine is maintained equal to the predetermined value by acting on the input voltage of the engine.

Q Датчик 19 работает следующим образом .Q Sensor 19 operates as follows.

На первые входы блоков 28 и 29 умножени поступают с выходов блоков 12 и 13 напр жени , пропорциональные соответственно Sini/и Соз«/ а на втО рые входы с выходов блоков 26 и 27 - - напр жени , пропорциональные фазным токам синхронной машины 2 ij-.и i , которые могут быть записаны какThe first inputs of blocks 28 and 29 multiplications are received from the outputs of blocks 12 and 13 of the voltage, proportional to Sini / and Cs ", respectively, and to the second inputs from the outputs of blocks 26 and 27 - of the voltage proportional to the phase currents of the synchronous machine 2 ij- .i i, which can be written as

5five

i . If- i. If-

i i Sint/+ i coscp,i i Sint / + i coscp,

где 1j и 1 о суммарные проекции фазных токов ic и L на оси d и q соответственно .where 1j and 1 are the total projections of the phase currents ic and L on the d and q axes, respectively.

В сумматоре 24 выходные сигналы блоков 28 и 29 суммируютс с равными весами и с разными знаками, поэтому на его выходе формируетс напр жение пропорциональное величинеIn the adder 24, the output signals of blocks 28 and 29 are summed with equal weights and with different signs, therefore, at its output, a voltage is formed proportional to

i costf - ipSin / (i Sintf + i costf - ipSin / (i Sintf +

+ i cosi) costf- (i cos cc- Sinif) Sin4 IQ.+ i cosi) costf- (i cos cc- Sinif) Sin4 IQ.

Ток io и управл ющее напр жение и „ в вентильном двигателе играют такую же роль, что и ток и напр жение кор коллекторной машины посто нного тока, а сам вентильный двигатель относительно этих переменных и электрической частоты вращени ы математически описываетс аналогично коллекторной машине как динамическа система с посто нными параметрами. Ее моделью служат блоки 30 - 35 вместе с соответствующими св з ми. На вход этой модели (вход фильтра 30), как и на вход самого электродвигател 1, подаетс напр жение с выхода усилител 18, в результате чего на выходах блоков 30, 31 и 25 формируютс сигналы оценок соответственно переменных Uo (суммы проекций фазных напр жений синхронной мащины 2 на ось q ) , i и to. В сумматоре 34 сигнал оценки тока in и вычисленное значение этой переменной, поступающее с выхода сумматора 24, суммируютс с разными знаками. Предположим, что вследствие несовпадени начальных значений переменных, характеризующих поведение модели и реального двгател , выходной сигнал фильтра 31 превьщ1ает выходной сигнал сумматора 24. Тогда на выходе сумматора 34 по вл етс отрицательный сигнал ошибки который, будучи подан на вход сумматора 32, уменьшает выходной сигнал фильтра 31 до тех пор, пока он неCurrent io and control voltage and "in a valve engine play the same role as the current and voltage of a DC collector machine, and the valve engine itself is mathematically related to these variables and the electric frequency of rotation as a dynamic system with constant parameters. Its model is blocks 30–35, together with the corresponding connections. The input of this model (the input of the filter 30), as well as the input of the electric motor 1 itself, is supplied with voltage from the output of amplifier 18, as a result of which, at the outputs of blocks 30, 31 and 25, evaluation signals of variables Uo are generated (the sum of the projected phase voltages synchronous Maschiny 2 on the axis q), i and to. In the adder 34, the current estimate signal in and the calculated value of this variable, coming from the output of the adder 24, are summed with different signs. Suppose that, because the initial values of the variables characterizing the behavior of the model and the real engine are different, the output signal of the filter 31 exceeds the output signal of the adder 24. Then, at the output of the adder 34, a negative error signal appears which, when applied to the input of the adder 32, reduces the output signal of the filter 31 until he

сравн етс с выходным напр жением сумматора 24i Таким образом, оценка тока i а (выходной сигнал блока 31)стремитс к фактическому значению if. Ноcompared to the output voltage of the adder 24i. Thus, the evaluation of the current i a (the output signal of block 31) tends to the actual value of if. But

5five

00

5 30 Q . 505 30 Q. 50

5555

это неизбежно означает, что и оценка другой переменной - частоты вращени стремитс к действительному значению частоты вращени двигател . В самом деле, сигнал ошибки оценивани тока icj, с выхода сумматора 34 поступает не только на вход сумматора 32, но и .на вход сумматора 33. Если выходное напр жение интегратора 35 (оценка хт ) не соответствует действительной частоте вращени двигател , то., поскольку в модели двигател выход интегратора 35 св зан с входом сумматора 32, это неизбежно вызывает отличие оценки ia от действительного значени . Поэтому на выходе сумматора 34 существует сигнал ошибки, который, проход через блоки 33 и 35, измен ет выходной сигнал интегратора 35 до тех пор, пока он не станет точно соответствовать фактической частоте вращени двигател (желаема динамика описанного процесса может быть задана выбором весовых коэффициентов, с которыми выходной сигнал блока 34 подаетс на входы блоков 32 и 33). Таким образом, на выходе датчика 19 действительно вырабатываетс сигнал, пропорциональный частоте вращени вентильного электродвигател 1.this inevitably means that the evaluation of another variable, the rotational speed, tends to the actual value of the rotational speed of the engine. In fact, the error signal for estimating the current icj, from the output of the adder 34 is fed not only to the input of the adder 32, but also to the input of the adder 33. If the output voltage of the integrator 35 (estimated xm) does not correspond to the actual frequency of rotation of the engine, then. since in the engine model, the output of the integrator 35 is associated with the input of the adder 32, this inevitably causes the ia to differ from the actual value. Therefore, at the output of the adder 34, there is an error signal which, passing through blocks 33 and 35, changes the output signal of integrator 35 until it exactly corresponds to the actual engine speed (the desired dynamics of the described process can be set by choosing weights, with which the output of block 34 is fed to the inputs of blocks 32 and 33). Thus, the output of the sensor 19 actually produces a signal proportional to the frequency of rotation of the valve motor 1.

Таким образом, за счет использо вани при формировании сигнала частоты вращени модели электродвигател , входными сигналами дл которой служат поперечна составл юща фазного тока электродвигател и задающее напр жение, исключены провалы сигнала частоты вращени без использовани запоминающих элементов, что повьщ ает .точность регулировани .Thus, due to the use of the motor model for generating a rotational frequency signal, input signals for which are the transverse component of the phase current of the electric motor and the driving voltage, dips of the rotational frequency signal are eliminated without using storage elements, which increases the control accuracy.

Claims

Shadow Formula

1. A valve actuator containing a two-phase synchronous machine, the first and second multiplication units, the outputs of which are connected via power amplifiers to the sinus and cosine phases of the windings of the synchronous machine core, mechanically connected to the rotor position sensor, and the sinus and cosine output windings of which are connected through the phase winding - rectifier rectifiers to the second inputs of the first and second multiplication units, respectively, the source of the excitation voltage, the output of which is connected to the sensor excitation winding ka

position and through the reference voltage driver with the reference inputs of phase-sensitive rectifiers, a rotational speed sensor, connected through a series-connected comparison unit and a preamplifier to the combined first inputs of the multiplication units, a rotational speed sensor, the output of which is connected to the second input of the comparison unit, and the first, second and third inputs are connected respectively to the first inputs of the multiplication units, the outputs of the first and second phase-sensitive top-level meters, and the frequency sensor is rotated It is equipped with a first frequency generator and a frequency signal generating unit that is rotating with two inputs, the first of which forms the first input of the rotation frequency sensor, and the output is the output of the rotation frequency sensor, characterized in that, in order to improve the frequency control accuracy rotation, the first and second current sensors are additionally inputted, the inputs of which are connected respectively to the sinus and cosine phases of a synchronous machine, and the rotational speed sensor is additionally equipped with two multiplication units, the first inputs of which form third and third, respectively, the fourth and fifth inputs of the sensor

rotational speeds, and the outputs are connected respectively to the first and second inputs of the first adder, the output of which is connected to the second input of the rotational speed signaling unit, the fourth and fifth inputs of the rotational speed sensor are respectively connected to the outputs of the first and second current sensors.

2. The electric drive is about that the block of forming the rotational speed signal contains the first and second filters, the second third and fourth adders and the integrator, the output of which is the output of the unit forming the rotational speed signal and connected to the first the input of the second adder, the second 0 input of which is connected to the output of the first filter, the input of which forms the first input of the rotational speed shaping device, and the third input of the second accumulator is connected to the combined first input of the third adder and output a second accumulator, the first input of which forms the second input of the rotational speed signal generation device, and the second input 0 is connected to the output of the second filter and the second input of the third adder, the output of which is connected to the integrator input, and the output of the second adder is connected to the input of the second filter.