Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в станках. Целью изобретения является расвшрение диапазона регулирования . Электропривод переменного , тока содержит синхронный двигатель (СД) 1, на валу которого установлены датчик 4 положения и датчик 11 частоты вращения. Фазные выводы обмотки статора СД 1 подключены через датчик 2 тока к выходу силового усилителя 3, управляющий вход которого соединен со средним выводом - г СП - ЧГ ifl/«4/ il (Ut} 2c/i/f/ Ц(1 ) 10

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5В 4 Н 02 Р 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТНЕННЫИ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3908006/24-07 (22) 14.06.85 (46) 23.11.86. Бюл. Р 43 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) Б.и. Боченков, В.Г. Каган, С.Л. Рояк, Г.В. Рязановский и Я.В. Ч;н (53) 621. 316. 718. 5 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 875568, кл. Н 02 P 7/42, 1981.

Бродовский В.Н., Иванов E.Ñ. Приводы с часТотно-токовым управлением. — М.: Энергия, 1974, с. 76.

„„SU„„1272460 А1 (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕИЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к злектротехнике и может быть использовано в станках. Целью изобретения является расширение диапазона регулирования. Электропривод переменного тока содержит синхронный двигатель (СД) 1, на валу которого установлены датчик 4 положения и датчик

11 частоты вращения. Фазные выводы обмотки статора СД 1 подключены через датчик 2 тока к выходу силового усилителя 3, управляющий вход которого соединен со средним выводом

1272460 управляемого элемента (УЭ) 8. Переключаемые выводы УЭ 8 подключены к первому и второму входам регулятора

7 тока. Первый вход регулятора 7 через демодулятор 6 подключен к выходным обмоткам датчика 4. Обмотки возбуждения датчика 4 связаны с переключаемыми элементами УЭ 8, средний вывод которого соединен с модулятором 5. Средние выводы УЭ 8 и 9 подключены к выходу порогового элемента 10, вход которого соединен с выходом датчика 11. УЭ 8, 9 срабатывают при достижении модуля часИзобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу переменного тока, и может быть использовано в качестве электропривода главного движения станка.

Целью изобретения является расширение диапазона регулирования за счет обеспечения работы при частотах вращения выше критической частоты вращения.

На чертеже представлена функциональная схема электропривода переменного тока.

Электропривод переменного тока со- 15 держит синхронный электродвигатель 1, фазные обмотки которого подключены через датчик 2 фазных токов к выходу силового усилителя 3 напряжения, датчик 4 углового положения, выполненный в виде сельсина с двумя взаимно перпендикулярными обмотками возбуждения и установленный на валу синхронного электродвигателя 1, модулятор 5, связанный выходом с обмотками возбуждения датчика 4 углового положения, к выходу которого под ключен демодулятор 6, регулятор 7 тока, подключенный первым входом к выходу демодулятора 6, а вторым

30 входом — к выходу датчика 2 фазных токов. При этом выход регулятора 7 тока связан с управляющим входом силового усилителя 3 напряжения.

В электропривод переменного тока

35 введены первый 8 и второй 9 управляетоты врашения порогового значения.

При работе в первой зоне СД 1 работает в частотно-токовом режиме, а при работе во второй зоне электромагнитный момент СД 1 регулируется величиной напряжения усилителя 3.

Вектор напряжения в этом случае ориентирован по отрицательному направлению продольной оси ротора СД 1.

Частота напряжения усилителя 3 пропорциональна частоте вращения ротора СД 1, а текущая фаза определя; ется угловым положением ротора СД

1 ил. мые элементы переключения, каждый из которых выполнен с двумя переключаемыми, управляющим и средним выводами, пороговый элемент 10 и датчик

11 частоты вращения, установленный на валу синхронного электродвигателя

1. При этом переключаемые выводы первого управляемого элемента переключения 8 подключены соответственно к первому входу и выходу регулятора тока 7, переключаемые выводы второго управляемого элемента пере,ключения 9 подключены к соответствующим обмоткам возбуждений датчика углового положения 4. Выход датчика

11 частоты вращения подключен к входу порогового элемента 10, соединенного выходом с объединенными управляющими выводами управляемых элемен- тов 8 и 9 переключения. Средний вывод управляемого элемента 8 переключения подключен к управляющему входу силового усилителя 3 напряжения,а

"средний вывод управляемого элемента .

9 переключения — к выходу модулятора 5.

В качестве синхронного электродвигателя 1 применяется, например, двигатель с неявновыраженными полюсами и электромагнитным возбуждением. Датчик 2 фазных токов выполняется, например, с использованием магнитных усилителей. Силовой усилитель 3 напряжения может бытьпред1272460

2S ставлен в виде трехфазного автономного транзисторного инвертора.

Датчик 4 углового положения представляет собой сельсин с двумя взаимно перпендикулярными обмотками 5 возбуждения. Модулятор 5, демодулятор 6 и пороговый элемент 10 выполняются на основе унифицированной блочной системы регуляторов. Регулятор 7 тока содержит в каждой фазе релейный регулятор. Управляемые элементы 8 и 9 переключения могут быть выполнены как на основе реле, так и на основе аналоговых полупроводниковых ключей. В качестве датчи- 15 ка 11 частоты вращения используется, например, тахогенератор постоянного тока.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.

В первой зоне работа электропривода не отличается от работы известного электропривода с частотно-токовым управлением. Сигнал M* задания требуемого момента поступает на вход модулятора 5 (например, с выхода регулятора скорости), с выхода . которого через управляемый элем мент 9 переключения, находящийся в исходном состоянии, модулированный сигнал М* подается на обмотку возбуждения сельсина 4, соответствующую поперечной оси ротора синхронного электродвигателя.

Число фаз и число пар полюсов 35 сельсина 4 согласовано с числом фаз и числом пар полюсов электродвигателя 1. Сельсин 4 сочленен с ротором электродвигателя 1. Модулированный многофазный выходной сигнал сельси- 40 на 4 поступает на вход демодулятора 6, на выходе которого формируются три (по количеству фаз электродвигателя 1) гармонических сигнала

i* i* i* задания фазных токов 4>

А с электродвигателя 1, сдвинутых относительно друг друга на 120 эл.град.

Амплитуда этих сигналов пропорциональна сигналу M*, фаза определяется угловым положением ротора электродвигателя 1, причем начальная фаза этих сигналов равна 90 эл . град., отсчитываемых от продольной оси ротора электродвигателя 1 в положительном направлении, что соответствует ориентации результирующего вектора намагничивающей силы якоря по поперечной оси ротора электродвигателя 1. Сигналы i""", i"-, . поступают на первый многофазйый вход регулятора 7 тока, на другой многофазный вход которого поступают сигналы измеренных фазных токов

Силовой усилитель Э напряжения, охваченный жесткой обратной связью по фазным токам, представляет собой по существу инвертор тока. Фазные токи 1., i, i соответствуют сигналам заданйя i*, i*, i*, т.е. с фазные токи также йредставляют собой три синусоидальных тока, сдвинутых относительно друг друга на 120 эл. град.

Их амплитуда пропорциональна M* частота пропорциональна частоте вращения ротора электродвигателя 1, а фаза совпадает с фазой сигналов

Момент электродвигателя при частотно-токовом управлении линейно зависит от М*. Максимальная частота вращения в первой рабочей зоне электропривода ограничена некоторой критической частотой вращения, определяемой максимальным напряжением силового усилителя 3 напряжения.

Переход во вторую рабочую зону происходит в функции частоты вращения электродвигателя t. При достижении критической частоты вращения сигнал„ поступающий с датчика частоты вращения на вход порогового элемента 10, становится равным пороговому значению, при этом на выходе порогового "лемента 10 вырабатывается сигнал управления, поступающий на управляющие входы первого

8 и второго 9 элементов переключения переводя их из исходного состояния во включенное и обеспечивая работу электропривода переменного тока во второй зоне. Сигнал М* задания требуемого момента поступает на вход модулятора 5, с выхода которого промодулированный сигнал M* через элемент 9 переключения, находящийся во включенном состоянии, подается на обмотку возбуждения сельсина 4, соответствующую отрицательному направлению продольной оси ротора электродвигателя 1. Модулированный многофазный выходной сигнал сельсина 4 поступает на вход демодулятора 6, на выходе которого формируется три по количеству фаз электродвигателя 1 гармонических сигна1272460

На выходе силового усилителя 3 напряжения формируется трехфазная система напряжений U, Б, U,, пропорциональных сигналам U+, U*, U*, т.е. напряжения UA, U, U, также 30 представляют собой трй синусоидальных напряжения, сдвинутых относительно друг друга на 120 эл.град. Их амплитуда пропорциональна сигналу N*, частота пропорциональна частоте 35 вращения ротора электродвигателя 1, а фаза совпадает с фазой сигналов

U< °

Электромагнитный момент синхронного электродвигателя с неявновыра- 40 женными полюсами может быть определен выражением

М = c„sine, Е U х

45 где М электромагнитный момент сийхронного электродвигателя с неявновыраженными полюсами; константа

ЭДС, индуктируемая в якорной обмотке потоком возбуждения, напряжение силового усилителя 3 напряжения, частота вращения электродвигателя 1, 50 с, Е

5 ла UA, U<+, UA задания напряжения силового усилителя 3 напряжения, сдвинутых относительно друг друга на 120 эл.град. Амплитуда этих сигналов пропорциональна сигналу М", а фаза определяется угловым положением ротора электродвигателя 1, причем начальная фаза этих сигналов равна 180 эл.град. отсчитанных от продольной оси ротора электродвига- 10 теля I в положительном направлении, что соответствует ориентации вектора напряжения по отрицательному направлению продольной оси ротора электродвигателя 1. Элемент 8 пере- 15 ключения, находясь во включенном сос. тоянии, отключает многофазный регулятор 7 тока от входа силового уси" лителя 3 напряжения, подключая к нему выход демодулятора 6. Сигналы 20

UA, U+, U0 с выхода демодулятора 6 постуйают на вход силового усилителя 3 напряжения, представляющего в этом режиме инвертор напряжения. х — индуктивное с опр отивлеа ние реакции якоря;

@ — угол нагрузки между векторами E u U.

При работе во второй зоне угол 9 на-» грузки неизменен и равен 90 эл. град.

Из выражения для момента следует, что регулируя величину выходного напряжения U силового усилителя 3 напряжения от максимального положительного до максимального отрицательного, можно обеспечить пропорциональное регулирование электромагнитного момента электродвигателя от максимального положительного до максимального отрицательного для данной частоты о> вращения, т.е. при данной частоте Ы вращения электромагнитный момент электродвигателя 1 пропорционален величине сигнала М* задания требуемого момента. Во второй зоне электропривод переменного тока работает с постоянством мощносTH

Таким образом, введение в электропривод переменного тока двух управляемых элементов переключения, порогового элемента и датчика частоты вращения расширяет диапазон регулирования и обеспечивает режим работы как в первой, так и во второй зонах (при частотах вращения выше критической) в отличие от известного решения, в котором максимальная частота ограничена критической частотой вращения, определяемой максимальным напряжением силового усилителя напряжения.

Формула из обретения

Электропривод переменного тока, содержащий синхронный электродвигатель, фазные обмотки которого подключены через датчик фазных токов к выходу силового усилителя напряжения, датчик углового положения, выполненный в виде сельсина с двумя взаимно перпендикулярными обмотками возбуждения и установленный на валу синхронного электродвигателя, модулятор, связанный выходом с обмотками возбуждения датчика углового положе" ния, к выходу которого подключен демодулятор, регулятор тока, подключенный первым входом к выходу демодулятора, а вторым - к выходу датчика фазных токов, при этом выход регуля12 72460

Составитель А. Жилин

Texpep, H.Попович корректор М. Демчик

Редактор И. Николайчук

Тираж 63.1 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6347/54

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная,4 тора тока связан с управляющим входом силового усилителя напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования за счет обеспечения работы при частотах вращения выше критической частоты вращения, введены первый и второй управляемые элементы переключения, каждый из которых выполнен с двумя переключаемыми, управляющим и средним выводами, пороговый элемент и датчик частоты вращения, установленный на валу синхронного электродвигателя, при этом переключаемые выводы первого управляемого элемента переключения подключены соответственно к первому входу и выходу регулятора тока, переключаемые выводы второго управляемого элемента переключения подключены к соответствующим обмоткам возбуждения датчика углового положения, выход датчика частоты вращения подключен к входу порогового элемента, соединенного выходом с объединенными между собой управляющими выводами уп10 равляемых элементов переключения, средний вывод первого из которых подключен к управляющему входу силового усилителя напряжения, а средний вывод второго управляемого эле15 мента переключения подключен к выходу модулятора.