Устройство для управления двигателем переменного тока

 

СОЮЗ СОБЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (58 4 Н 02 P 7/42

=а ,i,i j

: ы 1

Фиа!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3920390/24-07 (22) 02.07.85. (46) 23. 11, 86. Бюл. Р 43 ((7i) Новосибирский электротехнический институт (72) Б.М. Боченков, С.И. Гулевский, В.Г. Каган, С.В. Нечаев, С.Л. Рояк и Л.В. Смоляр(53) 621. 316. 718. 5 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 930555, кл. Н 02 P 7/42, 1980.

Авторское свьщетельство СССР

У 1136292, кл. Н 02 Р 7/42, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет организации управления как синхронным, так и асинхронным двигателями. Устройство содержит датчик положения (ДП) 1, устанавливаемый на валу двигателя (Д) . SU 1272461 А 1

2. К Д 2 подключен у-ль 3 фазных токов, входы к-рого соединены с выходами блока 4 фазочувствительных выпрямителей. Информационный вход блока 4 подключен к выходу ДП 1, а опорный вход блока 4 — к выходу формирователя 5 амплитуды тока. Устройство содержит также последовательно соединенный генератор (Г) 7 синусо щального напряжения, делитель частоты 8, первый преобразователь 9 числа фаз, выход к-рого подключен к ДП 1. Выход Г 7 через последовательно соединенные формирователь 10 импульсов, управляемый делитель (УД)

11 частоты, фильтр 13, второй преобразователь 14 числа фаз подключен к информационному входу формирователя 5. Опорные входы формирователя

5 соединены с блоком задания 6. Дополнительный вход УД 11 соединен с блоком 12 задания частоты скольжения. 2 ил.

1272461

Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-управляемым электроприводам, и может быть использовано для управления синхронным и асинхронным двигателями в системах и механизмах различного промышленного назначения.

Целью изобретения является расширение области применения за счет использования устройства для управления как синхронным, так и асинхронным двигателями.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для управления двигателем переменного тока, на фиг.2 — схема управляемого делителя частоты.

Устройство для управления двигателем переменного тока содержит датчик 1 положения (ДП) ротора (фиг.1), предназначенный для установки на валу двигателя (Д) 2 переменного тока, усилитель 3 фазных токов (УФТ), блок 4 фазочувствительных выпрямителей (БФЧВ) с информационными и опорным входами, формирователь 5 амплитуды тока (ФАТ) с информационными и опорными входами, блок 6 задания (БЗ) составляющих тока, генератор (Г) 7 синусоидального напряжения, последовательно соединенные делитель 8 частоты (ДЧ) и первый преобразователь 9 числа фаз (ПЧФ), При этом выходы БФЧВ 4 подключены к входам УФТ 3, а информационные входы — к выходам ФАТ 5, информационные входы которого подключены к выходам БЗ 6, выход Г 7 подключен к входу ДЧ 8 и связан с опорными входами ФАТ 5. Выходы первого ПЧФ 9 подключены к входам ДП 1 ротора, выход которого подключен к опорному входу БФЧВ 4.

В устройство, кроме того, введены формирователь 10 импульсов (ФИ), управляемый делитель 11 частоты (УДЧ) с основным и дополнительным входами, блок 12 задания частоты сколь:жения (БЗЧС), фильтр 13 и второй преобразователь 14 числа фаз (ПЧФ).

При этом вход ФИ 10 подключен к выходу Г 7, а выход — к основному входу УДЧ 11, дополнительный вход которого подключен к выходу БЗЧС 12, а выход УДЧ 11 соединен с входом фильтра 13, подключенного выходом к входу второго ПЧФ 14, выходы которого подключены к опорным входам

ФАТ 5.

В качестве ДП 1 могут использоваться серийно выпускаемые двухполюсные датчики положения типа вращающегося трансформатора или сельсина.

УФТ 3 представляет собой m транзисторных или тиристорных преобразователей напряжения (m — число фаз

Д 2), каждый из которых охвачен жест. кой отрицательной обратной связью по выходному току. БФЧВ 4 состоит из т известных элементов выборки и хранения.

ФАТ 5 выполнен по известной схеме координатного преобразователя, содержащего умножители и сумматоры.

БЗ 6 в простейшем случае содержит делители напряжений на резисторах.

ДЧ 8 может быть выполнен на основе автогенератора синхронизируемого на субгармонике входного сиг25

ПЧФ 9 и 14 состоят из необходимого числа фазовращателей для получения требуемых многофазных систем напряжений на выходах и могут быть выполнены на операционных усилителях.

УДЧ 11 содержит i последовательно соединенных ДЧ 15-15+i (фиг.2) с переменным коэффициентом деления и Т-триггер (Т) 16, выполненные на счетчиках. Вход С1 ДЧ 15 образует основной вход УДЧ 11, а выход триггера Т 16 — выход УДЧ 11. Входы V -V..

i tj

ДЧ 15-15+i образуют дополнительный вход УДЧ 11.

БЗЧС 12 может быть выполнен на основе аналого-цифрового преобразователя, преобразующего сигнал с резисторного делителя напряжения.

Устройство для управления двига43 телем переменного тока работает сле" дующим образом.

Обмотка статора Д 2 (в качестве которого используется синхронный или асинхронный двигатель, многополюсный или с электромагнитной редукцией) питается токами от УФТ 3. На валу Д 2 установлен ДП 1. Обмотки

Д 2 выполнены двухфазными (в общем случае m-фазными). Г 7 вырабатывает синусоидальное напряжение частотой которое поступает на вход ДЧ 8 и на вход ФИ 10. С выхода ДЧ 8 синусоидальный сигнал частотой Й =Е /k

1272461 (g — целочисленный коэффиЦиент

8 деления ДЧ 8) поступает на вход ПЧФ 9, который формирует на своем выходе многофазную систему синусоидальных напряжений частотой fg требуемую для работы ДП 1 в режиме фазовращателя. При этом выходное напряжение

ДП t определяется выражением (1) 10 Б = csin 2Пй t + U соз 2ЯГ t; (?) U U sin ZPf t

1 31п

1 гДе и Йз а

Е .- частота вращения ротора

ДП

С выхода ФИ 10 импульсное напряжение, имеющее частоту f,поступает на основной вход УДЧ 11, на дополнительный вход которого поступает код числа И с выхода БЗЧС 12. Причем

1й

И о где Я вЂ, фиксированное число, п = 1), +1, +2,...,+и„„, 25

Частота f„ напряжения на выходе

УДЧ 11 определяется выражением УД ? 1 !!о+ д

« 2iM 2iM 2iM (2)

30 где И вЂ” модуль ДЧ 15-15+i (фиг.2).

Величины N, и i выбираются такими, чтобы выполнялось соотношение (3)

35 — f

2iM Р 8

40 (4) . ? = р f

f -и где и — заданная частота скольжения, определяемая числом и.

При выполнении соотношения (3) 45 выражение (2) для частоты f можно

11 представить в виде (5) — + ().k. к f f

1 11 (8) 50

Фильтр 13 выделяет первую.гармо.нику выходного напряжения УДЧ 11,из которой на выходах ПЧФ 14 формируется двухфазная система синусоидальных на??ряжений:

U = U sin 21Tf

«х и, 11

U = U cos 21Tf t., «v «, 11

11 Р(1 + Ва) (9) где р — число пар полюсов Д 2 °

При этом

Эти напряжения поступают на опорные входы ФАТ 5, на информационные входы которого поступают напряжения

U и 0 задания продольной и поперечной составляющих тока Д 2. На выходах

ФАТ 5 формируются напряжения вида

= U>cos 2lTf t — csin 211f t "(6) Напряжения U u U поступают на инзх формационные входы БФЧВ 4, который в моменты времени t смены знака напряжения U4 на его опорном входе с отрицательного на положительный осуществляет выборку величин напряжений Ug» H 115У и сохраняет эти 3 чения до следующего С, момента выК+1 борки, формируя на своих выходах напряжения П4 (t) и U<>(t) задающие токи в обмотках двигателя.

Выражения для О,, (С ) и U< p(t ) можно получить, подставляя в выраже ния (6) и (?) в качестве аргумента t величину временного сдвига (К

П соответствующую моменту вй1орки, которая изменяется от О при k=0 до !

/й;, при 1с=Е „„, где k число выборки формирующих найряжений

U„„ (t) и П„ (t).

Частота f8 выбирается такой,чтобы выполнялись соответствия f » в

»f . f >) f (f рмакс 8 с "1 к sp иак

f — максимальная частота вра 11аКС щения ротора двигателя и максимальная заданная частота скольжения).

При этом соотношение частот f, и f

? приблизительно равняется р — целому числу пар полюсов двигателя (см. выражения (1) и (5)), т.е. в период напряжения U укладывается приблизи1 тельно р периодов напряжения U y или

П . Временной сдвиг t,,ñîîòâåòñòвующий Е-му моменту выборки, определяется выражением

Знак (+) в выражении (8) соответствует соотношению 1/fÄ > p/r-, знак (-) — соотношению 1/f, (р/f

Выражение (5) для Е„ при подстановке f из уравнения (1) имеет вид

1272461

После подстановки величины С из выражения (8) в качестве аргумента

t в уравнения (6) и (7) и преобразования выражений с учетом выражения (9) величины U, (t ) и U, (t ) имеют

4 с1. tc 1P К вид нием частоты вращения ротора двигателя и числа пар полюсов двигателя.

Таким образом, введение в устройство для управления двигателем переменного тока формирователя импульсов, управляемого делителя частоты с основным и дополнительным входами, фильтра, второго преобразователя числа фаз и блока задания частоты скольжения с соответствующими связями позволяет применять это устройство для управления как синхронным, так и асинхронным двигателями, т.е, расширить область применения известного устройства.

Устройство для управления двигателем переменного тока, содержащее датчик положения ротора, предназначенный для установки на валу двигателя переменного тока, усилитель фазных токов, выходы которого пред-. назначены для подключения к фазным обмоткам двигателя, блок фазочувствительных выпрямителей с информационными и опорным входами, формирователь амплитуды тока с информационными и опорными входами, блок задания составляющих тока, генератор синусоидального напряжения, последовательно соединенные делитель частоты и первый преобразователь числа фаз, при этом выходы блока фазочувствительных выпрямителей нодклю чены к входам усилителя фазных токов, а информационные входы — к вы" ходам формирователя амплитуды тока, информационные входы которого подключены к выходам блока задания составляюп(их тока, выход генератора синусоидального напряжения подключен к входу делителя частоты и связан с опорными входами формирователя амплитуды тока, выходы преобразователя числа фаз подключены к входам датчика положения ротора, выход которого подключен к опорному входу блока фаэочувствительных выпрямителей, .о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет организации управления как синхронным, так и асинхронным двигателями, введены формирователь импульсов, управляемый делитель частоты с основным и допол2S (12) - csin 2Лр. (+f gf ) (13)

Зо т.е.:

0 (t ) U cos 271p (»Е -Е ) ——

Ь <+ ВР

k 10 — U sin 2Лр (+f Евр), (10) 1

0 (t ) 01 sin 2ЛР (+f<+fsp

4Р

1 . 15

+ icos 2llp (+Е,zf р — (11)

Выражения (10) и (11) эквивалентны выражениям. для решетчатых функций, получаемых путем квантования по времени и частотой f, напряжений вида

U U cos 2ttp (+f fsp) Р

U U sin 2Мр (+f -Е ) t+

Р Вр

+ U cos .21Tp (+ f +f <)

При соотношении частоты кванто1 ания по времени f . и частоты напря1

Up» f »p (kf f вр ), торое всегда практически может быть достигнуто, выражения U« (t) и V (t), «4Р с достаточной степенью точности соответствуют выражениям (12) и (13), 04 () = U cos 2Ttp (+-f Л )

U sin 217p (f f ) U

+ U соз 2Лр (+Е +Еsp) При этом в обмотках Д 2 с помощью 4>

УФТ 3 формируются синусоидальные токи, амплитуда которых определяется выходными сигналами 0 и 0 БЗ 6, а частота - произведейием числа пар

:полюсов двигателя и суммы частоты 50 вращения ротора двигателя и частоты, скольжения.

При управлении синхронным двигателем выходной сигнал N БЗЧС 12 ра-, 5

12. вен N (n 0) и f, =0 (см. выражение (4)). При этом частота токов в обмотках Д 2 опоеделяется произведеФормула из.обре те ния

1272461

Составитель А. Жилин

Редактор И. Николайчук Техред И.Попович Корректор Л. Пилипенко

Заказ 6347/54

Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4 нительным входами, блок задания частоты скольжения, фильтр и второй преобразователь числа фаз, при этом вход формирователя импульсов подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, а выход — к основному входу управляемого делителя частоты, дополнительный вход которого подключен к выходу блока задания частоты скольжения, а выход управляемого делителя частоты соединен с входом фильтра, подключенного выходом к входу второго преобразователя числа фаз, выходы которого подключены к опорным входам формирователя амплитуды тока.