Электропривод переменного тока

 

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

COUHAJlHCTVHECHHX

РЕСПУБЛИН ()9) ())) А1 (5)) 4 Н 02 Р 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3805800/24-07 (22) 30,10,84 .(46) 15.10.86. Бюл. И 38 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) Б. М. Боченков, В. Г. Каган, М. С. Каплун, Г. П. Лыщинский, О. Н. Рояк, Г. В. Рязановский и Я. В. Чупин (53) 621.316.718.5(088.8) (56) Бродовский В. Н., Иванов Е. С.

Приводы с частотно-токовым управлением. М.: Энергия, 1974, с. 31.

Авторское свидетельство СССР

1! 930555, кл. Н 02 P 7/42, 1980. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах и механизмах общепромышленного назначения. Целью изобретения является повьппение точности управления. Электропривод переменного тока содержит двухфазную машину (ДМ) переменного тока, на валу к-рой установлен фазовращатель (Ф) 3. Статорная обмотка Ф 3 подключена к выходу 5 задающего генератора 4, а роторная обмотка ФЗ вЂ” к входу формирователя коротких импульсов (ФКИ) 7. Выход генератора 4 подключен к входу 14 синхронизации управляемого генератора (УГ) 12 синусоидальных колебаний и к одному входу элемента И ll второй вход к-рого соединен с выходом

ФКИ 7. Управляющий вход 13 УГ 12 подключен к выходу задатчика 10 сигнала управления. Выходы ФКИ 7 подключены к одним входам фазовых детекторов 8 и 9, другие входы к-рых связаны с выходом элемента И 11. Выходы детекторов 8, 9 подключены к управляющим .входам управляемого источника (УИ)

2 питания, выходы к-рого соединены со статорными обмотками ДМ 1. В электроприводе управляющие напряжения U, U,ä для УИ 2 питания формируются в соответствии с угловым положением q ротора ФЗ относительно статора и с учетом числа пар полюсов

ДМ 1 переменного тока, т.е. по закону, где Uo o= К )1, соя)ч, !)ю = К х х U, sing@ в каждом периоде синхронизирующего напряжения. Введение в электропривод переменного тока элемента И 11 и УГ 12 обеспечивает плавное изменение сигналов управления на входах УИ 2 при изменении углового положения вала ДМ 1, так как момент передачи напряжений с первых

i264293 входов детекторов 8 и 9 строго совпадает с моментом изменения знака выходного напряжения Ф 3 с минуса на плюс. Последнее устраняет высшие гармонические составляющие в сигналах задания тока или напряже ния . 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именчо к управляемым. электроприводам переменного тока, и может быть прж енено в системах и механизмах общепромышленного назначения с высокими требованиями по надежности и точности управления.

Целью изобретения является повышение точности за счет исключения высших гармонических составляющих в сигналах управления управляемым источником питания.

На фиг. 1 представлена функциональная схема электропривода переменного тока; на фиг. 2 — электрическая схема управляемого генератора синусоидальных колебаний; на фиг, 3— диаграммы, поясняющие работу электропривода переменного тока.

Электропривод переменного тока содержит двухфазную машину 1 переменного тока (фиг. 1), статорные обмотки которой подключены к выходам управляемого источника 2 питания, фазовращатель 3, выполненный с обмотками статора и ротора и расположенный на валу двухфазной машины 1 переменного тока, задающий генератор 4 с двумя выходами 5 и 6, первый из которых подключен к обмотке статора фазоврашателя 3, соединенного обмоткой ротора с входом формирователя 7 коротких импульсов, два фазовых детектора

8 и 9, соединенных выходами с управляющими входами управляемого источника 2 питания, и эадатчик 10 сигнала управления,.

В электропривод переменного тока введены элемент И 11 и управляемый генератор 12 синусоидальных колебаний с управляющим входом 13, входом

14 синхронизации и двумя выходами, подключенными к первым входам соот5

40 ветствующих фазовых детекторов 8 и

9, вторые входы которых объединены и подключены к выходу элемента И 11.

Первый вход элемента И 11 подключен к выходу формирователя 7 коротких импульсов, второй вход объединен с входом синхронизации управляемого генератора 12 синусоидальных колебаний и подключен к второму выходу 6 .задающего генератора, а выход задатчика 10 сигнала управления подключен к управляющему входу 13 управляемого генератора 12 синусоидальных колебаний.

Управляемый генератор 12 синусоидальных колебаний содержит последовательно соединенные в замкнутую цепь операционные усилители 15-17 (фиг. 2) с соответствующими резисторами во входных цепях и цепях обратной связи, конденсаторы 18 и 19 и управляемые ключи 20 и 21 На основе операционных усилителей 15 и .16 и конденсаторов 18 и 19 построены неинвертирующие интеграторы, а на основе операционного усилителя 17 — инвертор.

Управляюшие выводы управляемых ключей 20 и 21 объединены между собой и образуют вход 14 синхронизации управляемого генератора синусоидальных колебаний 12.

Одни из выводов управляемых ключей 20 и 21 подключены к незаземленным обкладкам конденсаторов 18 и 19 соответственно. Другой вывод управляемого ключа 20 образует управляющий вход 13, выходы операционных. усилителей 15 и 16 образуют выходы управляемого генератора 12 синусоидальных колебаний, а другой вывод управляемого ключа 21 заземлен. В качестве двухфазной машины 1 переменного тока может быть применена, ыапри1264293 мер, синхронная машина с электромагнитным возбуждением. В качестве управляемого источника 2 питания может быть применен источник тока или напряжения, например на базе тиристор- 5 ного преобразователя частоты с непосредственной связью. В качестве фазовращателя 3 могут быть использованы сельсин или синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ).

На выходе 5 задающего генератора

4 число фаз и форма фазных напряже ний определяются типом.использованного фазовращателя 3. Например, если в качестве фазовращателя 3 использован 15

СКВТ, то выход 5 должен быть двухфазным со сдвинутыми одно относительно другого на 90 эл. град. синусоидальными напряжениями. Второй выход 6 задающего генератора 4 однофазный, 20 с последовательностью прямоугольных импульсов положительной полярности скважностью 0,5, синхронизированных с напряжением одной из фаз выхода 5.

Частота следования импульсов на втором выходе 6 в два раза меньше, чем на первом выходе 5. Такой задающий генератор может быть реализован, например, на базе мультивибратора, триггера со счетным входом, несколь- 30 ких логических элементов и двух фильтров нижних частот. . Формирователь коротких импульсов

7 формирует короткие импульсы напряжения в моменты изменения знака сиг- 35 нала на его входе с минуса на плюс.

В качестве фазовых детекторов 8 и

9 могут быть использованы элементы выборки-хранения, составленные иэ управляемого ключа, запоминающей емко- 40 сти и развязывающего усилителя.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.

Напряжение задания U, с выхода 15 ,эадатчика 10 сигнала управления поступает на управляющий вход 13 управляемого генератора 12 синусоидальных колебаний. На обмотки статора фазовращателя 3 с выхода 5 задающего re- 50 нератора 4 поступают два синусоидальных напряжения (одно из них U фиг ° 3), сдвинутых одно относительно другого на 90 эл. град. С обмотки ротора фазовращателя 3 на вход форми-gg рователя 7 коротких импульсов поступает напряжение U4, сдвинутое по фазе относительно U на угол д, характериэующий угловое положение ротора относительно статора.

При изменении знака напряжения U с минуса на плюс на выходе формирователя 7 коротких импульсов формируется короткий импульс напряжения U поступающий на первый вход элемента

И 11.

На выходе 6 задающего генератора, 4 формируется напряжение U, синхронизированное с напряжением одной иэ фаз и поступающее на вход синхронизации управляемого генератора 12 синусоидальных колебаний и на второй вход элемента И 11.

При t t i t, (фиг. 3), когда

U< = О, управляемые ключи 20 и 21 (фиг. 2) замкнуты, а напряжения U

U на выходах управляемого генератов ра синусоидальных колебаний определяются

К«111 (2) Я, = PG3О где р — число пар полюсов машины (на фиг. 3 р 2);

Q — частота напряжения U> питания фаэовращателя, 4 а амплитуда и фаза определяются напряжениями U и О на входах установки начальных условий, т.е. на выводах управляемых ключей 20 и 21. В данном случае амплитуда колебаний где Кд — коэффициент передачи интеграторов.

Так как на втором входе элемента

И 11 в это время присутствует сигнал

= О, то короткие импульсы напряжения U< не могут проходить с выхода формирователя 7 коротких импульсов на вторые входы Вазовых детекторов

8 и 9. При этом напряжения U U на их выходах остаются неизменными.

При t, i t, 1,-когда Б = 1, импульсы U могут проходить на вторые входы фазовых детекторов 8 и 9. Управляемые ключи 20 и 21 размыкаются и на его выходах возникают синусоидальное и косинусоидальное колебания, частота И которых определяется постоянной времени интеграторов и выбирается в р раз большей частоты пита.ния фаэовращателя 3

2б4293 Ь (3) 1р

В момент времени t, когда знак напряжения U< сменится с минуса на плюс, формируется короткий импуЛьс напряжения U,,который через элемент

И ll пройдет на вторые входы фазовых дискриминаторов, на выходах которых установятся напряжения U u U равные напряжениям Uz u Uz в момент

15 окончания импульса опроса U

6 — U7(t) — К U, сози, (t-t, ), (4)„ ю Us(t) K„U sinai (t2 1 ).

Учитывая соотношение частот у, и

cD по (2), а также сдвиг фазы р между входным U> и выходным Б напряжениями фазовращателя 3 ц = я,(Ь -t ), 25 получаем:

U„= U,(t,,) =

-1,) = К„U sin

= Ки U

Из (5) следует, что управляющие напряжения для управляемого источника 2 питания формируются в соответствии с угловым положением с ротора фазовращателя 3 относительно статора и с учетом числа пар полюсов р машины 1 переменного тока.

Описанные процессы повторяются в каждом периоде синхрониризующего напряжения U<, Таким образом, введение в электропривод переменного тока элемента

И и управляемого генератора синусо- 5р идальных колебаний обеспечивает плавное изменение сигналов управления на входах управляемого источника пита5 пропорциональна напряжению управления U,, а начальная фаза равна нулю:

U (t) = К U, sincD,(t-,), U = U (t,) = K„U,cosCD,(1,-1, )=

K„U cospcD,(t -1, )

К U,сов pq, ния при изменении углового положения вала машины, так как момент передачи напряжений с первых входов на выходы фазовых детекторов строго совпадает с моментом изменения знака выходного напряжения фазовращателя с минуса на плюс, благодаря чему устраняются высшие гармонические составляющие в сигналах задания тока (или напряжения) и повышается точность управления в сравнении с известным решением.

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий двухфазную машину переменного пэка, статорные обмотки которой подключены к выходам управляемого источника питания, фазовращатель, выполненный с обмотками статора и ротора и расположенный на валу двухфазной машины переменного тока, задающий генератор с двумя выходами, первый из которых подключен к обмотке статора фазовращателя, соединенного обмоткой ротора с входом формирователя коротких импульсов, два фазовых детектора, соединенных выходами с управляющими входами управляемого источника питания, и задатчик сигнала управления„ отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет исключения высших гармонических составляющих,в сигналах управления управляемым источником питания, в него введены элемент И и управляе» мый генератор синусоидальных колебаний с управляющим входом, входом синхронизации и двумя выходами, подключенными к первым входам соответствующих фазовых детекторов, вторые входы которых объединены и подключены к выходу элемента И, при этом первый вход элемента И подключен к выходу формирователя коротких импульсов, второй вход объединен с входом синхронизации управляемого генератора синусоидальных колебаний и подключен к второму выходу задающего генератора а выход задатчика сигнала управления подключен к управляющему входу управляемого генератора синусоидальных колебаний.

12С4293 фиг 2

Составитель А. Жилин

Редактор К. Волощук Техред В.Кадар Корректор Е. Сирохман

Закаэ 5571/55

Чроиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ухгород, ул. Проектная,-4

Г

t

Тира к 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам нэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

1

1 (I