Управляемый электропривод

 

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, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повыше- . ния точности поддержания мгновенной частоты вращения, в него дополнительно введены управляемый генератор импульсов , два формирователи 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, форт ирователя 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 формирователя входных команд постоянных запоминаюсдих блоков, тактирующий вход по (Л следнего 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 запоминакицих блоков соедин ны с выходами сумматора, одна входная шина которого соединена с выходами блока алгебраического суммирования , входами подключенного к вых1 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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(sl) Н 02 Р 7/36 5/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГосудАР1 тВенный кОмитет сссР

10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbiTHA (21) 3566551/24-07 . (22) 11.01.83 (46) 07.03.85,Бюл. В 9 (72) А,С.Плеханов и А.А.Гаранин (71) Горьковский исследовательский физико-технический институт при Горьковском государственном университете им.И.Лобачевского (53) 62.83.621.333.072.9(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство . СССР

У 746079, кл. Н 02 P 5/28, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 851716, кл. Н 02 P 7/42, 1981. (54)(57) УПРА1ПЯЕМЫЙ 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, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыше- . ния точности поддержания мгновенной частоты вращения, в него дополнительно введены управляемый генератор импульсов, два формирователй импульсов, цифровые компараторы и постоянные запоминающие блоки по числу фаэ 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

„„SU „1144201 А блока логических элементов И, при этом управляемый генератор импульсов выходом подключен к входу многофаэного источника синусоидального напряжения, два формирователя импульсов подключены входами соответственно к одной из фаз многофаэного источника синусондального напряжения и к выходной обмотке фазовращателя, выходы цифровых компараторов подключены к многофазному регулируемому преобразователю, первые входы цифровых компараторов соединены с выходами постоянных запоминающих блоков, входа» ми соединенных с выходами формирователя входных команд постоянных запоминающих блоков, тактирующий вход последнего через первый делитель частоты и первый логический элемент И соединен с выходом управляемого генераТорВ синхронизирующии вход формиро вателя 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 суммирования, вхбдами подключенного к вых 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 синхрониэирующий вход формирователя опорного входного кода блока алгебраического суммирова1144201 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 входов измерителя разности фаз, вторые входы которого соединены с входами постоянных запоминающих блоков и входами блока логических элементов И, выходы которого

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к устройствам для регулирования числа оборотов и крутящего момента электродвигателей переменного тока путем регулирования тока статора, и может быть использовано для регулирования и стабилизации мгновенной скорости двигателей в прецезионных системах синхронных электроприводов приборов автоматического управ- 10 ления, телемеханики, измерительных преобразователей для исследования физико-механических свойств веществ.

Известен управляемый электропривод, содержащий управляемый источ-. 15 ник питания, выходом подключенный к синхронному электродвигателю, последовательно соединенные датчик, механически связанный с электродвигателем, фильтр первой гармоники, 20 фазовый детектор, фазовращатель, вход которого соединен с выходом управляемого источника питания, а выход - с вторьж входом фазового детектора, причем выход последнего 25 подключен к управляющему входу источника питания I1j.

Однако в схеме этого устройства отсутствует опорный сигнал, относительно которого должна происходить стабилизация скорости, т.е. углового положения ротора, изменяющегося во времени. Управление происходит по углу нагрузки — углу между вектором поля статора (напряжением на стато- 35 ре двигателя) и вектором поля ротора. Таким образом, речь может идти не о стабилизации скорости ротора, а лищь о сглаживании его коле" соединены с второй . входной шиной сумматора, синхронизирующий вход измерителя разности фаз соединен с выходом второго формирователя импульсов, а выходы измерителя — с управляющими входами блока алгебраического суммирования, первого и второго логических элементов И и блока логических элементов И, выход первого формирователя импульсов соединен с входом установки в 0 счетчика. н баний. Статическая система регулирования по нагрузке не обеспечива- . ет стабилизации скорости при периодических изменениях момента нагрузки от нуля до номинального, что необходимо влечет за собой соответствующее изменение угла нагрузки от нуля до 9/2, а следовательно и мгновенной скорости ротора.

Кроме того, указанное устройство не обеспечивает регулирования положения вектора поля статора относительно положения ротора, т.е. максимального момента при пуске и торможении.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является управляемый электропривод, содержащий синхронный двигатель, обмотки которого подключены к выходу многофазного регулируемого преобразователя, фазовращатель, сочлененный с валом двигателя, а многофазной обмоткой соединенный с многофазным источником синусоидального напряжения, фазосдвигающий блок, вход которого сое динен с выходом блока измерения разности фаз, входы которого связаны с фазовращателем и задающим генератором, при этом фазосдвигающий блок соединен с управляющим входом преоб,разователя.

Злектропривод обеспечивает рабоty двигателя в режиме бесколлекторного двигателя постоянного тока и аналогичные механические характеристики (2) .

Однако данный электропривод для повышения точности поддержания мгно1144201

ТО

1S венной скорости требует замкнутой системы с обратной связью по скорости двигателя, при реализации которой возникает проблема обеспечения устойчивости. К тому же, этот электропривод имеет в своей структуре такие аналоговые блоки, как блок умножения, измеритель разности фаз регулирующие фазосдвигающие элементы, фазовые выпрямители, которые как правило, не могут обеспечить точности большей 1.27, что обусловливает общую погрешность устройства управления ,4-8Х.

Цель изобретения — повышение точ- 15 ности поддержания мгновенной частоты вращения.

Поставленная цель достигается тем, что в управляемый электропривод, содержащий синхронный двигатель,об- 2О мотки которого подключены к выходу многофазного регулируемого преобразователя, фазовращатель, сочлененный с валом -двигателя, а.многофазной об-. моткой соединенный с многофазным источником синусоидального напряжения, фазосдвигающий блок, блок измерения разности фаз, дополнительно введены управляемый генератор импульсов, .дваформирователя импульсов, цифровые Эб 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, 4О 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 иэ фаз многофазного источника синусоидального напряжения и к выходной обмотке фазовращателя, выходы цифро- 5О вых компараторов подключены к многофазному регулируемому преобразователю, первые входы цифровых компараторов соединены с выходами постоянных запоминающих блоков, входами у соединенных с выходами формирователя 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 входы предварительной установки формирователя входных команд постоянных запоминающих блоков соединены с выходами сумматора, одна входная шина которого соединена с выходами блока алгебраического суммирования, входами подключенного к выходам счетчика и формирователя опорно" го 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 суммирования 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 входов измерителя разности фаз, вторые входы которого соединены с вхо" дами постоянных запоминающих блоков и входами блока логических элемеятов И, выходы которого соединены с второй входной шиной сумматора, синхронизирующий вход измерителя разности фаз соединен с выходом вто- . рого формирователя импульсов, а выходы измерителя — с управляющими входами блока алгебраического суммирования, первого н второго логических элементов И и блока логических элементов И, выход первого формирователя импульсов соединен с входом установки в "О" счетчика.

На фиг.1 дана структурная схема управляемого электропривода на фиг.2 — диаграммы работы устройства. управляемый электропривод содержит синхронный двигатель 1., обмотки которого подключены к выходу мио-, гофазного регулируемого преобразователя 2, фазовращатель 3, сочлененный с валом двигателя, а многофаз" ной обмоткой соединенный с многофаэным источником 4 синусоидального напряжения, фазосдвигающий блок 5, 1144201 блок 6 измерения разности фаз. Дополнительно имеется управляемый генера тор 7 импульсов, два формирователя 8 и 9 импульсов, цифровые компараторы

10 и постоянные запоминающие бло- 5 ки 11 по числу фаэ регулируемого преобразователя. Фазосдвигающий блок составлен из сумматора 12 блока 13 алгебраического суммирования, формирователя 14 входных команд постоян- 1О ных запоминающих блоков, трех делителей 15-17 частоты, двух логических, элементов И 18 и 19, формирователя

20 опорного входного кода блока алгебраического суммирования, счетчика 21 и блока 22 логических элементов И.

Управляемый генератор 7 импульсов выходом подключен к входу много. фазного источника 4 синусоицального напряжения, два формирователя

8 и 9 импульсов подключены входами соответственно к одной из фаз многофазного источника 4 синусоидального

25 напряжения и к выходной обмотке фазовращателя 3, выходы цифровых компаратором 10 подключены к многофазному регулируемому преобразователю 2, первые входы цифровых компараторов

10 связаны с выходами постоянных запоминающих блоков 11, входами соединяющих с выходами формирователя 14 входных команд постоянных запоминающих блоков, тактирующий вход формиро-. вателя 14 входных команд постоянных 35 запоминающих блоков через первый делитель 15 частоты и первый логический элемент И 18 связан с выходом управляемого генератора 7, синхронизирующяй вход формирователя 14 4© входных команд постоянных запоминаю-. щих блоков соединен с выходом второго формирователя 9 импульсов, а входы предварительной установки формирователя 44 входных команд постоянных запоминающих блоков соединены с выходами сумматора 12, одна входная тина которога связана с выходами блока 13 алгебраического суммирования, входами подключенного к выходам счетчика 21 и формирователя 20 опорного входного кода блока алгебраического суммирования, тактирующие входы счетчика 21 и формирователя 20 опорного входного кода блока алгебраического суммирования через второй 16 и третий 17 делигеля частоты связаны с выходом управляемого генератора 7 импульсов, причем, синхронизирующий вход формирователя 20 соединен через второй логический элемент И 19 с выходом второго формирователя 9 импульсов, а входы предварительной установки формирователя 20 опорного входного кода блока алгебраического суммирования соединены с выходами счетчика 21, с вторыми входами цифровых компараторов 10 и одними иэ входов измерителя б разности фаз вторые входы которого соединены с входами постоянных запоминающих блоков 11 и входами блока 22 логических элементов И, выходы которого связаны с второй входной шиной сумматора 12, синхронизирующий вход измерителя разности фаз б соединен с выходом второго формирователя 9 импульсов, а выходы измерителя 6 — с управляющими входами блока 13 алгебраического суммирования, первого 18 и второго 19 логических элементов И и блока 22 логических элементов И, выход первого формирователя 8 импульсов соединен с входом установки в "0" счетчика 21.

Устройство работает следующим образом.

Управляющий генератор 7 выраба ы-, вает импульсы, имеющие частоту, пропорциональнув коду Na на управляющих входах 23 генератора 7. Импульсы поступают на вход многофазного источника 4 синусоидальнога напряжения, питающего многофазный фазовращатель 3, и йа вход фазосдвигавщего блока 5, синхронизированного импульсами 24 и 25 (фиг,2) соответственно с формирователей 8 и 9 коротких импульсов, генерирующих сигналы в моменты перехода входных напряжений формирователей 8 и 9 через нулевые значения. Фазосдвигающий блок 5 производит интегрирование заданной частоты посредством последовательного счета импульсов с выхода управляемого генератора 7, последующую обработку результатов интегрирования .и выходных кодов с измерителя 6 разности фаз, определяющего угол нагрузки синхронного двигателя за период между импульсами 25, в итоге чего на выходе фазосдвигающего блока 5 формируется эквивалент фазы вектора .магнитного поля статора двигателя — код 26 (фиг.2), изменяющийся во времени и формирующий вход1144201 ные команды постоянных запоминающих блоков 11, а следовательно, средние эа период коммутации ключей преобразователя 2 значения напряжений на выходах этого многофазного преоб- $ разователя, определяющие угловое иоложение Ч вектора статорного поля

-двигателя 1.

Выполнение заданных функций обеспечивается структурой фазосдвигаю- 10 щего блока 5 и связями между его элементами.

Импульсы с выхода генератора 7 имеют частоту, зависящую. от управ ляющего кода "|| 15

1, =1 Кz К К(И|| + f рр где jI > — коэффициент, учитывающий соотношение частот на входе и выходе многофазного источника 4 синусоидаль- 20 ного напряжения, — число коммутаций ключей силового преобразователя с широтно-импульсной модуляцией за 2$ период его выходной частоты, и

2 -1 — максимально возможное значение кода на выходах разрядного счетчика 21 30 и разрядных счетчиков, I .на которых реализованы формирователь 14 входных команд постоянных запоминаю35 щих блоков и формирователь 20 опорного входного кода блока алгебраического суммирования, 40

k - "Q1,(2 — заданная частота

Р вращения ротора, — число пар полюсов двигателя, — шаг дискретного изменения частоты генератора 7.

Эти импульсы через делитель 17 частоты с коэффициентом деления поступают на тактирующий вход счетчи- $0 ка 21, обнуляемого импульсами 24 с выхода формирователя 8. Частота напряжения многофаэного источника 4 синусоидапьного напряжения в

К раз выше заданной выходной час- $5 тоты преобразователя 2 - К и следовательно, совпадает с часто- той формирования кода 27 счетчика 21, который являясь кодом "развертки" для ком*араторов 10, одновременно

1 несет информацию об угловом положении импульсов 25 как разность фаз между импульсами 24 и 25, пропорциональная угловому отклонению ротора фазовращателя 3, жестко связанного с ротором двигателя 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 изменения которого в К раэ мень" ше частоты изменения кода 27, и следовательно, совпадает с частотой выходного напряжения преобразователя 2, а двухполюсной машины — и с частотой изменения углового положе" ния ротора 29 ((о ) при синхронной скорости последнего.

Соответствующие пазы 27 с выхода счетчика 21 и сигналы, соответствующие коду 28 с выхода формирователя 20 опорного входного кода блока алгебраического суммирования поступают на входы блока 13 алгебраического суммирования. Последний под действием управляющих сигналов 30, поступающих с выходов измерителя 6 разности фаз, осуществляет операцию вычитания кода 27 из кода 28, в результате чего на выходе блока 13 алгебраического суммирования формируется код 31 который в момент появления импульса

25 пропорционален угловому отклонению ротора от заданного положения.

28 юя (р

Сигналы, соответствующие коду 31 поступают на входные шины сумматора 12, на вторые входные шины которого через блок 22 логических элементов И поступают сйгналы, соответствующие коду 26, с выхода формирователя 14 входных команд постоянных запоминающих блоков, т.е. с выхода фаэосдвигающего блока 5. Таким образом, на входах предварительной установки 14, формирователя, присоединенных к выходной шине 32 сумматора 12, к моменту прихода импульса 25 имеются сигналы, соответствующие ко" ду "q2 = Nqg a Е, что обеспечивает установку формирователя 14 входных .команд постоянных запоминающих бло-. ков в состояние Й ь М и дальнейшее

1144

9 изменение кода и ь: уже иэ этого исходного положения за счет последовательного счета импульсов с генератора 7, проходящих через логический элемент И 18 и делитель 15 частоты, с коэффициентом деления М. К

Следовательно, при отставании ротора двигателя, в силу каких-либо причин, от заданного положения, определяемого сигналами, соответ-, ствующими коду 28, в момент появле. ния импульса 25 скачком изменяется (увеличен) код 26 на входах устройств

11 памяти, а значит и на управляющих входах цифровых компараторов 11, что означает изменение фазы выходных напряжений преобразователя 2, т.е. углового положения вектора магнитного поля статора двигателя. При увеличении (возрастет угол нагрузки двигателя, и при условии нахождения его в диапазоне синхронизпции

/8(„-! q - су / c, увеличивается момент на валу двигателя, вызывающий ускорение ротора, что и обеспечивает стабилизацию мгновенной скорости двигателя.

Многоразрядный сигнал 30 с блока 6 измерения разности фаз принимает условное значение "1" при условии равенства средней скорости ротора заданной синхронной скорости, что обеспечивается измерением приращения угла нагрузки двигателя 1) = 26 42 за период между импульсами 25, где

К ... h z — изменение сигналов, соответствующих кодам "2ь и Hg соответственно.

Если величина и 9, измеренная эа период импульсов 25, превышает значение и /2 (для синхронно-реактивной машины ))/4 ), т.е. угол нагрузки превьипаетмаксимально допустимое значение по условиям синхронизации, сигналы 30 на выходе блока изме рения фазы 6 изменяют свои значения, допустим, принимают условное значе, ние О, в структуре схемы происхо— дят следующие изменения (фиг.2 б)..

Логический элемент И 19 открыва- gp ется и в момент прихода импульса 25 значения сигналов, соответствующих . коду 27, переписываются на, выходы формирователя 20 опорного входного кода блока 13 алгебраического сумми- 5 рования, т.е. в эти моменты 0 8 М>z .

Под действием управляющих сигналов

30 блок 13 алгебраического сумми10

201 рования производит сложение кодов 28 с посто)янным кодом 1)1)„ 9)), /2if в результате чего коды 31 имеют значение Н Ф 11))) И,„ /.2, что соответ- ствует сдвигу кода 31 относительно кода 27 на эквивалентный угол Я,), = )/2

При этом также запираются логические элементы И 22 и 18, а значит с входом сумматора 12 снимаются сигналы, соответствующие коду 26, и так-. товые импульсы не поступают на тактирующий вход формирователя 14 входных команд постоянных запоминающих блоков. На выходах сумматора формируются сигналы, эквивалентные коду 31 с выходов блока 13 алгебраического суммирования (N „ = N

В моменты появления импульсов 25 эти сигналы переписываются на выходы фазосдвигающего блока 26. Это вызывает формирование вектора магнитного поля статора двигателя, сдвинутого на угол ))/2 по отношению к вектору магнитного поля ротора. Под воздействием максимального момента, постоянно действующего на ротор, происходит разгон электропривода до синхронной скорости я,= 2)) р = 2",) 1 ь / К

У при которой

I ьВ-И,Т =(2 f„lr) )v.-i))= le)()- ), 24 где Т вЂ” период появления импуль25 сов 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 удается за счет того, что цифровые сигналы, соответствующие коду 27, соответствующие в,момент появления импульсов 25 угловому положению ротора 29, через входы предварительной установки переписываются на выходе формирователя 20 опорноговходного кода блока алгебраического суммирования, задающего положение ротора, т.е. К 8 М, чем достигается в этот момент равенство ошибки E нулю.

При торможении электропривода схема работает аналогично, но блок 13 алгебраического суммирования формирует код 31, вызывающий отставание вектора магнитного поля статора от вектора роторного поля на угол )) /я

1 2

11

1144201

Очевидно, что переходные процессы в электроприводе под воздействием максимального пускового или тормозного моментов будут оптимальными

t по быстродействию.

Устойчивость системы в свою очередь,обеспечивается тем, что угол между векторами магнитных полей ротора и статора .не превьппает допустимаго диапазона синхронизации—

II j g (1T/g

Таким о разом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность поцдержания скорости электропривода, обеспечить его устойчивость, оптимальные по быстродействию пускотормозные режимы и представить в цифровом виде угол нагрузки синхронного двигателя.

1144201

Закаа 948/45 Трах 646 . Подлисное

Филиал ИПП таит, г. Уагород, улЛроектная,4