Электропривод

 

СООЗ СООЕТСКИХ 034ЮЛ О

PECAVSЛИН

1ЪСУДАРСТМ .ННЫЙ КОМИТЕТ СССР

П0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ М ) Н 02 Р 5 34

01.1 (2i) 2715850/24-07 (22). 08.02.79 (46) 15.06.83. Бюл.Р22. (72) В.В. М(уловян, Г.A. Шаншуров, Б.К. Чемоданов, В.Н. Бродовский, Б.Н. Каржавов, Е.С. Иванов н Ю.п. РыбКНН (71) Новосибирский электротехнический институт (53) 62-83.621..313.3.07(088.8) (56) 1.Беспалов 8.57.,Электрические машины малой мощности, применяемые s схемах автоматики и управления. Обзор по каталожным данным .США, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР

9 671007, кл. Н 02 К 29/02, 1979. (54 ) (57 ) 1. ЭЛЕКТРОГРИВОД, содержащий синхронный электродвигатель, механически связанный с синхронным генератором, преобразователь энергии, выход которого подключен к синхронному

„.SU„„ 1023605 A электродвигателю, формирователь скорости, снабженный фазочувствительным выпрямителем, входом связанный с выходом синхронного генератора, а выходом - с одним входом формирователя сигналов управления, задатчик скорости, подключенный к другому входу формирователя сигналов управления, выход которого подключен к входу управления величиной напряжения или тока преобразователя энергии, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и плавности управления частотой вращения, задатчик скорости снабжен датчиком опорных сигналов, выход которого связан с входом управления частотой преобра- Pg зователя энергии и с входом опорных сигйалов фазочувствительного выпрямителя, причем синхронные электродвигатель и генератор .выполнены ре- С дукторными..

1023605

2. Электропривод по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что формирователь скорости снабжен преобразователем.числа фаз, датчик опорных сигналов снабжен формирователем мно.— гофазных опорных сигналов, а фазочувствительный выпрямитель выполнен многофаэным, реверсивным, один вход которого через преобразователь числа фаз связан с выходом синхронного редукторного генератора, а другой с формирователем многофазных опорных сигналов.

3. Электропривод по п.п. 1 и 2, о т л и.ч а ю шийся тем, что датчик опорных сигналов снабжен блоком интеграторов, вход которого подключен к выходу синхронного редукторного rенератора, а выход связан с входом формирователя многофазных опорных сигналов.

4. Электропривод по п.1, 0 т л и ч а ю шийся тем, что в него введен датчик угла поворота, ротор которого механически соединен с ротором синхронного редукторного электродвигателя, а его выход электрически связан с датчиком опорных

Изобретение относится к электротех нике и может быть использовано во все областях промышленности для регулирования скорости и положения нагрузки в электроприводе без механического редуктора при низких скоростях нагруз ки, например около одного оборота в сутки, и при высоких требованиях к точности и качеству регулирования, например единицы угловых секунд.

Известны электроприводы, предназначенные для регулирования скорости и положения нагрузки без механичес.— кого редуктора, содержащие коллекторные двигатель и газогенератор постоян ного тока 313. 15

Недостатками тихоходных коллекторных машин являются высокая стоимость, сложность иготовления, а также малая надежность, взрывоопасность, неудобство компоновки с объектом регулиро- 20 вания, обусловленные наличием коллек. тора.

Тихоходные моментные двигатели постоянного тока имеют большие потери в якорной цепи, существенной оказыва-25 ется и индуктивность якорной цепи, что в свою очередь приводит к необходимости применения преобразователя, энергии с большой установочной мощностью. 30 сигналов, причем датчик угла поворота выполнен редукторным.

5. Электропривод по п.п. 1-4, о тл и ч а ю шийся тем, что датчик опорных сигналов снабжен блоком фазочувствительных выпрямителей, вход которого связан с редукторным датчиком угла, а выход — с входом блока интеграторов, выполненных в виде апериодических звеньев. б. Электропривод по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что снабжен регулятором угла и цифровым датчиком угла поворота ротора синхронного редукторного электродвигателя, выход которого связан с входами датчика опорных сиг-. налов и регулятора угла, а выход последнего связан с формирователем сигналов управления.

7. Электропривод по п.п. 1-3 и б, о т л и ч а ю щ и и с .я тем, что датчик опорных сигналов снабжен преобразователем цифра-аналог, вход которого связан с цифровым датчиком угла пово, рота ротора синхронного редукторного электродвигателя, а выход — с входом блока интеграторов, выполненных в виде апериодических звеньев.

Тихоходные тахцгенераторы постоянного тока имеют достаточно большую индуктивность якорной цепи и вследствие этого большую постоянную времени, так же высокий уровень сигналов помех, возникающих вследствие коллекторных пульсаций.

Недостатками электроприводов являются малая надежность, высокая стоимость, существенные габариты силовой преобразовательной аппаратуры, сравнительно невысокие регулировочные свойства, обусловленные недостатками коллекторных машин.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является электропривод, содержащий синхронный электродвигатель, механически связанный с синхронным генератором, преобразователь энергии, выход которого подключен к синхронному электродвигателю, формирователь скорости, снабженный фазочувствительным выпрямителем, входом соединенный с выходом синхронного генератора, а выходомс одним входом формирователя сигналов управления, задатчик скорости, подключенный к другому входу формирователя сигналов управления, выход которого подключен к входу управле1023605

6О

При этой датчик опорных сигналов, снабжен преобразователем цифра-аналог, вход которого связан с цифровьи датчиком угла поворота ротора синхронного редуктодного электродвигате-65 ния величиной напряжении (тока) преобразователя энергии t 2).

Недостатком известного электропривода являются невысокие точность и плавность управления частотой вращения нагрузки, объясняемые использованием аналогового задатчика частоты и обычных синхронных электрических машин, из которых двигатель для получения сверхнизких частот вращения соединяется с нагрузкой через механический редуктор.

Цель изобретения - повышение точности и плавности управления частотой вращения нагрузки.

Указанная цель достигается тем, 15 .что в электроприводе задатчик скорости снабжен датчиком опорных сигналов, выход которого связан с входом управления частотой преобразователя энергии и с входом опорных сигналов фазачувствительного выпрямителя, причем синхронные электродвигатель и генератор выполнены редукторныьв.

Формирователь скорости снабжен преобразователем числа фаз, датчик опорных сигналов снабжен формирователем многофазных опорных сигналов, а фазочувствительный выпрямитель выполнен многофазным, реверсивным, один вход которого через преобразователь числа фаз связан с выходом синхронного. редукторного генератора, а другой.- с формирователем многофазных опорных сигналов.

Датчик опорных сигналов снабжен блоком интеграторов, вход которого подключен к выходу синхронного редукторного генератора,. а выход связан с входом формирователя многофазных опорных сигналов.

Кроме тога, в электропривод вве- 4О деи редукторный датчик угла поворота, ротор которого механически соединен с ротором синхроннного редукторного электродвигателя, а его выход электрически связан с датчиком опорных. 45 сигналов.

Датчик опорных сигналов снабжен блоком фазочувствительных выпрямителей, вход которого связан с редукторным датчиком угла, а выход - с входаи блока интеграторов, выполненных

s виде апериодических звеньев.

Электрапривод снабжен регулятором угла и цифровын датчиком угла поворота ротора синхронного редуктарного электродвигателя, выход которого с я-55 заи с входами датчика опорных сигналов и регулятора угла, выход которого связан с формирователем сигналов управления. ля, а выход - с входом блока интеграторов, выполненных в виде апериодических звеньев.

На фиг.1 дана структурная схема электропривода для случая регулирования частоты вращения нагрузки, на:. фиг.2 — схема формирователя скорости," на фиг.3 - схема датчика опорных сигналов, на фиг.4 — схема электропривода с редукторным датчиком угла; на фиг.5 - вариант схемы датчика опорных сигналов с блоком апериодических зве ньев на фиг.6 — схема электропривода для регулирования скорости и углового положения вала редукторного двигателя; на фиг.7 — вариант схемы датчика опорных сигналов с цифра-аналоговым устройством.

Электропривод содержит редукторный синхронный электродвигатель 1 с аксиальным возбуждением, подключенный обмотками статора к выходу преобразователя 2 энергии, вход управления величиной тока (напряжения ) которого подключен к выходу формирователя 3 сигналов управления. Один вход формирователя 3 связан с задатчиком 4 скорости, который содержит датчик 5 опорных сигналов, -выход которого связан с входом управления частотой преобразователя 2 энергии и с входом формирователя 6 скорости. другой вход ф ормирователя 6 скорости подключен к выходу синхронного редукторного генератора 7, ротор которого механически соединен с ротором редукторного электродвигателя 1 (фиг.1).

Формирователь 6 скорости содержит многофазный реверсивный выпрямитель.

Датчик 5 опорных сигналов может содержать формирователь 8 (фиг.2) многофазных опорных сигналов, выходы которого связаны с выпрямителем 9, который через преобразователь 10 числа фаз соединен с редукторным генератором 7, Датчик 5 опорных сигналов может содержать блок 11 (фиг.3) интеграторов, вход которого связан с выходом редукторного генератора, а выход— с входом формирователя 8 многофазных опбрных сигналов.

Электропривод снабжен редукторным датчиком 12 (фиг.4), угла, ротор которого механически связан с роторам редукторного электродвигателя 1, а выходные обмотки подключены к датчику 5 опорных сигналов.

Датчик 5 опорных сигналов снабжен блоком 13 (фнг.5) фазочувствительных выпрямителей, вход которого связан с выходом редукторного датчика 12 угла, а выход подключен к блоку 11 интеграторов, содержащему апериодические звенья.

Электропривод может содержать регулятор 14 угла (фнг.б) и цифровой дат1023605 чик 15 угла, выход которого подключен к входу датчика 5 опорных сигна.-. лов и через регулятор 14 угла к входу формирователя 3 сигналов управления, электрически с входом блока 11 интеграторов через преобразователь

16 цифра-аналог (фиг.7).

Электропривод работает следующим образом.

Редукторный электродвигатель 1 не посредственно без механического редуктора приводит во вращение нагрузку.

Для получения высокой точности управления как средним, так и мгновенным значением частоты вращения задатчик

4 скорости формирует один сигнал за- 15 дания скорости в виде многофазного напряжения с прецизионной частотой, .а другой - в виде аналогового сигнала напряжения постоянного тока.

Сигнал задания в виде многофаз- 20 ного синусоидального напряжения фор-. мируется датчиком 5 опорных сигналов, в составе которого может быть, например, высокоточный (кварцевый ) задатчик частоты. 25

Сигналы датчика 5 поступают на вход управления частотой преобразова теля 2 энергии, которнй питает редукторный двигатель током, частота которого строго связана с частотой датчика 5 опорных сигналов.

Так как скорость вращения синхроннога двигателя определяется частотой питания, а последняя задается точно, то средняя скорость вращения двигателя 1 (нагрузки ) регулируется с точностью, определяемой датчиком 5 опорных сигналов.

Вследствие того, что синхронные машины склонны к качаниям, высокая точность управления мгновенным эна- 40 чением скорости нагрузки достигается использованием аналогового сигнала коррекции, который вырабатывается формирователем 3 сигналов управления. 45

Сигнал коррекции формируется по результатам сравнения аналогового сигнала задания скорости, поступающего от задатчика 4, и сигнала о мгновенном значении скорости, поступающего от формирователя 6 скорости, который вырабатывает этот сигнал следующим образом.

Редукторный синхронный генератор

7 вращается синхронно с редукторным двигателем 1 и формирует многофазное (3 — или 4 -фазное) напряжение, частота которого совпадает с частотой датчика 5 опорных сигналов. Это напряжение преобразуется в напря- 60 жение с большим числом фаз (32-64 ) с помощью преобразователя 10 числа . фаз и поступает на информационные входы многофазного реверсивного выпрямителя 9, на входы опорных сиг- 65 налов которого поступают сигналы от ,формирователя 8 многофазных опорных сигналов (фиг.2).

При определенной начальной взаимной фаэировке редукторных генератора

7, и электродвигателя 1 на выходе выпрямителя 9 формируется аналоговый сигнал скорости (частоты вра-. щения) электродвигателя 1, который из-за многофазности выпрямляемого сигнала содержит малый уровень пульсаций. формирование этого сигнала ведется практически без эапаздыванийпостоянная времени цепи формирования скорости (0,1-1 ) ° 10 с, что обеспечивается. параметрами синхронного редукторного генератора. Наличие быстро действующего канала регулирования скорости обеспечивает контроль мгновенного значения скорости, и благодаря этому достигается высокая плавность вращения нагрузки даже в случае возмущающих воздействий.

Чтобы повысить точность и плавность управления скоростью нагрузки, необходимо уменьшить уровень пульсаций в сигнале формирователя 6 скоросТИ.

Лля этой цели производят более точную фазировку сигналов датчика 5 опорных сигналов относительно напряжений генератора 7, используя напряжения генератора 7 при формировании опорных сигналов.

Напряжения генератора 7 поступают на входы интеграторов блока 11, сигналы с выходов которых поступают на входи формирователя 8 многофазных. опорных сигналов. В этом случае из рабочей зоны привода исключается область нулевых скоростей, так как интеграторы не могут длительно сохранять информацию о требуемых опорных сигналах.

Перед пуском привода (фиг.3) в работу устанавливают начальные значения выходных величин интеграторов блока 11. В случае использования редукторного генератора 7 с электромагнитным возбуждением начальный заряд конденсаторов в интеграторах обеспечивается при включении напряжения на обмотку возбуждения генератора.

При использовании редукуорного датчика 12 угла { фиг.4) обеспечивается получение требуемых опорных сигналов во всех режимах работы привода, в том числе и при длительных стоянках. Опорные сигналы, полученные с помощью датчика 12, используются и для выпрямления сигналов редукторного генератора 7.

В том случае, когда требуется получить малцй уровень пульсаций в сигнале скорости формирователя 6

1023б05 и необходим режим длительной стоянки, применяют электропривод, в которои датчик опорных сигналов содержит блок фазочувствительных выпрямителей 13 (фиг.5)и в качестве блока

11 -интеграторов используют блок апериодических звеньев, к входу которого подключены выход редукторного генератора 7 и выход редукторного датчика 12 через блок 13 выпрямителей. В этом случае роль датчика 12 сводится к обеспечению работы привода при нулевых скоростях.

При скоростях отличных,от нуля сигналы датчика фильтруются блоком

11 апериодических звеньев и в форми- 15 ровании опорных сигналов не принимают .участия. В этом случае сигналы с выхода редукторного генератора 7 интегрируются блоком 11 и с его вы- хода поступают в формирователь 8 мно-;2р гофазных опорных сигналов.

Таким образом, при скоростях отличных от нуля опорные сигналы оказываются строго увязанными с сигналами генератора 7. Это позволяет осуществить качественное выпрямление сигналов генератора 7, и на выходе формирователя б скорости имеем сигнал с малым уровнем пульсаций.

Для некоторых видов нагрузки управ- ур ление только одной скоростью оказывается недостаточным. В этом случае используется тищэходный электропривод, в котором применена обратная связь по угловому положению нагрузки (фиг. б )

В электроприводе может быть применен цифровой датчик угла, при этом цифровой датчик 15 угла используется не только в контуре главной обратной связи, где его выход подключается к входу регулятора 14 угла, но и в 4О цепи формирования опорных сигналов.

Для этого выход датчика 15 связывается с входом датчика опорных сигналов 5.

В том случае, когда требуется вы45 сокая плавность работы привода и необходимо иметь высококачественный аналоговый сигнал скорости, используют электропривод, н котором сигналы цифрового датчика 15 с помощью преобразователя 1б (фиг.7) цифрааналог преобразуются в аналоговые сигналы, подобные сигналам„ получаемым на выходах блока 13 фазочувствительных выпрямитЕлей. Далее эти сигналы поступают на входы блока 11 апериодических звеньев и участвуют в выработке опорных сигналов при работе привода при нулевой скорости. При скоростях отличных от.нуля основную 60 роль в формировании опорных сигналов начинают играть сигналы редукторного генератора 7, выход которого подключен ко входу формирователя 8 через блок 11 апериодических звеньев.

/ 65

Благодаря сочетанию цифрового датчика 15 угла и аналогового формирователя 6 скорости, управляемого с помощью сигналов, получаемых с помощью редукторного генератора 7, удается обеспечить высокую точность и плавность отработки скорости и углового положения нагрузки. При этом сигналы задания скоросТи и угла формируются вычислительной машиной (на чертеже не показана).

Преобразователь 2 энергии желательно выполнять в виде регулируемого источника тока. В этом случае формирователь сигналов управления вырабатывает сигналы, которые задают в редукторный двигатель ток, величина и фаза которого контролируются и оп» ределяются требуемым моментом на валу.

В электроприводе с редукторными машинами характерно применение.. замк нутых контуров регулирования либо по скорости, либо по скорости и угловому положению нагрузки. Применение в контуре регулирования скорости редукторного генератора со специальной схемой формирования сигнала скорости (с высокой крутизной и малым уровнем помех ) позволяет строить высококачественные системы регулирования скорости и углового положения.

Электропривод обеспечивает управление нагрузкой без механического редуктора °

В этом случае электродвигатель играет роль моментного электродвигателя.

Отсутствие механического редуктора определяет высокую жесткость кинематической цепи двигатель-,нагрузка, что позволяет получать высокие точность и плавность вращения нагрузки.

Редукторный электродвигатель 1 (электроднигатель с электромагнитйой редукцией), позволяет получать достаточно низкие частоты вращения (порядка 1 об/суд) прн сравнительно высоких частотах токов в якорных обмотках (порядка единиц герц).

При одинаковых с моментным электродвигателем постоянного тока размерах и моментах вращения для редукторного двигателя требуется меньший ток, мальми оказываются потери мощности в якоре, и вследствие этого практически отсутствует перегрев двигателя.

Такой электропривод имеет простые конструкцию и технологию изготовления благодаря применению машин перемен»ного тока с электромагнитной редукцией.

Для частной задачи (регулирование скорости без длительных стоянок нагрузки при нулевой скорости электропривод выполняется без датчика углоного положения, что существенно упрощает конструкцию привода при сохра1023605

10 ненни высокой точности и плавности регулирования скорости.

В варианте с циФровым датчиком угла достигается высокая точность и плавность регулирования скорости и углового полоаения нагруэки, при этом отсутствует специальный датчик для выработки опорных сигналов, что упроцает и удешевляет электропривод

5 в целом.

Ь.s

Фиг х

ВНИИПИ Заказ 4235/47 Тираж 687 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул. Проектная, 4