Частотно-управляемый электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в станкостроении в тяжелых металлорежущих станках. Целью изобретения является повышение точности управления. Указанная цель достигается введением в частотно-управляемый электропривод двух переключателей 13, 14 полярности сигнала, трех управляемых коммутаторов 15, 16, 17, блока 18 определения направления вращения, дешифратора 19 кодов, формирователя 20 импульсов , триггера 21 режима работы. Счетчик 8 выполнен реверсивньм, а датчик 3 углового положения - с частотно-импульсными и кодовыми выходами . Введение указанных блоков и от (Л Фиг.1

союз советсних

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 аиЯ0ии си) 4 Н 02 P 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЯРА.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изОБРетений и ОткРытий (21) .4015012/24-07 (22) 03.02.86 (46) 15.08.87. Бюл. Ф 30 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (72) М.И. Альтшуллер, В.В. Горчаков, А.Д. Поздеев, В.Л. Саевич и А.А. Сушенцов (53) 621.316.718.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 864476, кл. Н 02 P 5/36, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Р 1112521, кл. Н 02 P 7/42, 1983 ° (54) ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (») Изобретение относится к электротехнике и мошет быть использовано в станкостроении в тяшелых металлоре õ станках. Целью изобретения является повышение точности управления.

Указанная цель достигается введением в частотно-управляемый электропривод двух переключателей 13, 14 полярности сигнала, трех управляемых коммутаторов 15, 16, 17, блока 18 определения направления врашения, дешифратора 19 кодов, формирователя 20 импульсов, триггера 21 решима работы.

Счетчик 8 выполнен реверсивным, а датчик 3 углового полошения — с частотно-импульсными и кодовыми выходами. Введение укаэанных блоков и от133072 меченное ньшолне»ие счетчика 8 и датчика 3 позволяет организовать 33усковой режим, лри котором н качестве управляющих сигналов источника 4 тока используется выходной сигнал регулятора 5 скорости определенной полярности, выбранной сигналом соответствующего кодового канала датчика 3, Кроме того, при повороте вала синхронного двигателя (СД) 1 на угловую величину, не превышающую 1/8 оборота до первого изменения полярности за5 дающего сигнала для одной и 3 фаз

СД 1, осуществляется параллельная зались н счетчик информации о положении ротора СД, формируя гармонические задающие сигналы, синхронизированные ло положению, и плавный перевод СД 1 из пускового режима в рабочий. В устройстве обеспечивается требуемое направление вращающегося момента на налу СД 1, т.е. обеспечивается как двигательньп, так и тормозной режим. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автоматизированному электролриноду, и может быть использовало н электролринодах подачи тяжелых металлорежущих станков и других механизмов, в которых предьянляются высокие требования к точности и д»ала.зону ре гулирования скорости и ди»амическим качествам.

Цепь изобретения — повышение точч»сти у»равления скоростью вращения.

Н» фиг. 1 33редставлена функциональная схема частотно-управляемого элек тро» ппзода; IIII фиг . 2 H 3 аграммы, поясняющие работу электропривода.

ЧагтотНО-УЛРаНЛЯЕМЬ3й ЭЛЕКтРОЛРИнод содержит синхронный двигатель 1, тах»генератор 2 и датчик 3 углового поло; ения, установленные на валу с»3»кровного двигателя 1, управляемый источник 4 тока, выходы которого подключень3 I; c Täторным обмоткам синхрон»ого двигателя 1, регулятор 5 скорости, подключенный одним входом к выходу задатчика 6 »êoðîñòè, а другим — к выходу тахоге3 ератора 2, формирователь 7 гармо3»." еских сигналов, выполненный со счетчиком 8 на входе, двумя блоками 9 и 10 постоянной памяти и III3y»II цифроаналоговыми умножителями 11 и 12, выходы которых образуют выходы формирователя 7 гармонических сигналон, при этом цифровые входы цифроаналоговых умножителей

11 и 12 подключены к выходам соответстнукзщих блоков 9 и 10 постоянной памяти, а аналоговые входы подключены к выходу регулятора 5 скорости, входы блоков 9 и 10 постоянной памяти подключены к выходу счетчика 8.

i)

В частотно-управляемый электропривод введены дна переключателя 13 и 14 полярности сигнала, каждый из которых выполнен с сигнальным и кодовым входами, три управляемых коммутатора 15-17, каждый из которых вы»»линн с двумя переключаемыми и одним средним выводами, блок 18 определения направления вращения с двумя входами, дешифратор 19 кодов с двумя кодовыми и одним управляющим входами, формирователь 20 импульсов с двумя входами триггер 21 режима работы. Счетчик 8 в формирователе 7 гармонических сигналов выполнен реверсивным с суммирующим и нычитающим счетными входами, кодовым входом и управляющим входом записи, а датчик

3 углового положения выполнен с двумя частотно-импульсными и двумя кодовыми выходами. Кодовые выходы датчика углового положения 3 подключены к соответствующим входам дешифратора 19 кодов, формирователя 20 импульсов и кодовым входам соответствующих переключателей 13 и 14 полярности сигналов. Первый частотно-импульсный выход датчика 3 углового положения подключен к первому входу блока 18 определения направления вращения и среднему выводу первого управляемого коммутатора 15. Второй частотно-импульсный выход датчика 3 углового по!

330725 ложения подключен к второму вхоцу блока определения направления,вращения !8, выход которого соединен с управляющими входами первого управляе- 5 мого коммутатора 15 и дешифратора 19 кодов. Суммирующий и вычитающий счетные входы счетчика 8 подключены к соответствующим переключаемым выводам первого управляемого коммутатора 15. !р

Кодовый вход счетчика 8 подключен к выходу дешифратора 19 кодов, а управляющий вход счетчика 8 объединен с входом триггера 21 режима работы и подключен к выходу формирователя 20 !5 импульсов. Выход триггера 2! режима работы подключен к управляющим входам второго 16 и третьего 17 управляемых коммутаторов. Переключаемые выводы второго управляемого коммутатора 16 2р подключены соответственно к выходу первого переключателя 13 полярности сигнала и выходу первого цифроаналогового умножителя 11. Переклочаемые выводы третьего управляемого комму- 25 татора 17 подключены соответственно к выходу второго переключателя 14 полярности сигнала и выходу второго цифроаналогового умножителя 12. Входы переключателей 13 и 14 полярности 30 сигналов подключены к выходу регулятора 5 скорости, а средние выводы второго !6 и третьего 17 управляемых коммутаторов подключены к соответствующим управляющим входам управляе- 35 мого источника 4 тока.

В качестве синхронного двигателя

1 применен двухфазный четырехполюсный бесколлекторный синхронный двигатель с возбуждением от постоянных 4р магнитов.

В управляемом источнике тока 4 применены реверсивные шестиимпульсные тиристорные преобразователи 22 и 23, работающие как преобразователи 45 частоты с непосредственной связью.

Частотно-управляемый электропривод работает следующим образом.

На кодовых выходах датчика 3 углового положения сигналы Q 1, Q соагхадают по фазе ЭДС, наводимыми вращающимся полем ротора соответственно в первой и второй статорных обмотках синхронного двигателя 1, и дают информацию о полярности ЭДС в каждой иэ укаэанных обмоток в функции положения ротора. На частотно-импульсных выходах датчика 3 углового положения формируются импульсные сигналы f и Гд (фиг. 2) при каждом повороте ротора

2 синхронного двигателя на угол— и (где п — конструктивное число, равное количеству импульсов, сформированных датчиком эа один оборот вала двигателя 1), причем сигналы f и fä датчика 3 углового положения сдвинуты по фазе друг относительно друга на 90 эл.град. для обеспечения воэможности определения направления вращения ротора. При изменении направления вращения меняется временная последовательность сигналов f< и датчика 3, на что реагирует блок 18 определения направления вращения, срабатывающий по первому поступившему после изменения направления вращения фронту или срезу сигнала f или

f Выходной сигнал F блока 18 посту1 пает на управляющий вход управляющего коммутатора 15, который подключает частотно-импульсный сигнал с первого выхода датчика 3 углового положения ротора либо на суммирующий, либо на вычитающий счетные входы реверсивного счетчика 8. Кодовый сигнал на выходах реверсивного счетчика

8, характеризующий текущее положения ротора двигателя, с приходом каждого очередного импульса с первого частотно-импульсного выхода датчика углового положения 3 ротора либо увеличивается, либо уменьшается на единицу.

Объем К реверсивного счетчика 8 выбии рается равным — (где р — число пар

P полюсов синхронного двигателя 1), при этом период изменения информации в реверсивном счетчике 8 равен периоду изменения ЭДС в обмотках синхронного двигателя 1 и соответствует для выбранного 4-полюсного синхронного двигателя с р2 угловому повороту ротора

) = ll

2Г г P

Период следования частотно-импульсных сигналов f u f датчика 3 соответствует повороту ротора на угол ь ц) с в к к где й! — скорость вращения;

С„, ty — время поворота ротора.

Дешифратор 19 кодов иэ комбинаций кодовых сигналов Q и Q z дешиф1330725 рирует положение ротора двигателя 1 в каждой зоне, равной четверти периода следования сигналов 9< и Qä, соответствующей повороту ротора йа угол " и выдает в зависимости от этого на своих выходах Nq инфЬрмацию в виде одного из кодов NE, ..., N o положении ротора двигателя (фиг. 3), Поскольку при различных направлениях вращения ротора двигателя 1 10 подход ротора к одному и тому же своему положению, например точкам а, Ь, с, d диаграммы фиг. 3, осуществляется с разных сторон, то и кодовые комбинации сигналов 2, » Q на вход де- 15 шифратора кодов 19 при этом различны.

Блок 18 определения направления враще>и1я своим выходным сигналом Б изменяет в функции направления вращения ротора логику работы дешифратора 19 20 кодов для получения на его выходах однозначной информации N, ..., Nq npii прохождении точек а, b, с, d ротором двигателя независимо от направления

25 егo Bpai>ieния

Формирователь 20 импульсов формирует по фрснту и срезу каждого из кодовых сигналов I) EI Q короткие им1 у>11 сы Г ° (t >lii 3) KOTOpbiEIH B TOчка с 30 а, о, с, d производится запись соотI Гс 1>у>зще :1 >се>е !О11 и.1 этих точек вьl ходной информа11 >и N;,..., Е цешифратора кодов 19 о 1к>.1эжении ротора двигатепя в реверсивный счетчик 8. Точ35 коми а,, с, 1 угловой поворот poinpa двиг>lтелч, р;>в111,1й за время Косиf Harrows фОрМИр OТС i 1СОЛИЧс СTВО ЕГМГ1уЛЬСОВ рав1ьос 1, деsiliтсil Iiii чс Tblpo iaC TEE 40

Сл дов;1те.lbiio, ка.с,.ся из последующих к;>довых ин 1>о1>мац11Й: 1,..., N>, долж>-1а

К отличат>.ся с т;1ред>,душей на

Ч

o Р -1.a o» Iia Ill lходах ре в ер 45 сив ного:ч:. I 1ик.1 8 сс держится периодич е с к 1.1 Г>о в тор 11>с>щая с>1 кодовая информация N, i> текущсм угловом положении ротора -bbEIгaT<. >1я 1 з пределах угловой эоны, равной, значение которои меняется дискретно при каждом поворо—

7( те ротора двигате 1я 1 на угол — с (> приходо.i импульса с первого ча TQTHoимпульсного выхода датчика 3 положе55 ния ротора на счетный вход реверсивного счет чика 8. При этом в сторону увеличения или уменьшения в зависимости от направления вращения ротора двигателя 1 работы счет«»lc;I 8 синхрониэируется по реальному положению ротора четыре раза эа период изменения информации на выходах счетчика 8 или через каждый угол поворота ротора, равный,", путем параллельной записи в реверсивный счетчик 8 кодовой информации N с выхода дешифратора кодов 19 в определенных точках положения ротора а, Ь, с, причем поворот ротора двигателя 1 на угол 7 соответствует периоду изменения ЭДС в обмотках двигателя 1.

Линейно изменяемая кодовая информация реверсивного счетчика 8 преобразуется запрограммированными по синусоидальному и косинусоидальному законам блоками 9 и 10 постоянной памяти в два изменяющ11хся по этим законам периодических кодовых сигнала, Ko TopI,Ii поступают на цифровые входь> цифроаналоговых умножителей 11 и 12.

На аналоговые входы указанных умножителей подается выходной сигнал U регулятора 5 скорости.

На выходах цифроаналоговых умножит.яей 11 и 12 формируются гармоническ>в сигналы с амплитудой, равной модулю выходного сигнала Up регулятора 5 скорости, синхронизированные л, т и:ксм 3 углового положе1шя ротс ра с ЭНС, наводимыми, соответственно в первой и второй статорных обмотках двигателя. Сигналы Up является функци:.11 разности сигнала задатчика б скорости и сигнала ж1сткой OTpIIEEaтельной обратной связи no cv E ости, снимаемой с тахогенератора 2. Быходные сllгналы формировате>!я гармони

1еских сигналов 7 являются задающими токовыми сигналами для двух реверсивных тиристорных прс обраэователей 22 и 23 управляемого источника 1 тока, на входы которых они поступают через управляемые коммутаторы 16 и 17.

На двух раздельных однофазных выходах управляемого EIOTO!EIEIE-а тока 4, питающего статорные обмотки синхронного двигателя 1, создаются токи гармонической формы с регулируемой амплитудой, синхронизированные с ЭДС, наводимыми в соответствующих обмотках статора вращающимся полем ротора двигателя.

Для обеспечения запуска синхрон— ного двигателя 1 после подачи напряжения питания и до прихода первого им1Гульса записи информации в ревер725

7 1330 с !1B I>>;I>> .: io т>fci K 8 > >«>орм>>руеMo>! о >>1 >>1>1ронателем импульсов 20, т. е. >.1>êý информация н реверсивном счетчике 8 имеет произвольный характер, предус5 мотрен пусковои режим работы электропринода. Выбор режима работы производится триггером 21 режима работ>з и управляемыми коммутаторами 16 и 17.

Триггер 21 режима работы при подаче напряжения питания устанавливается в состояние, соответствующес пусковому режиму, при этом управляемые коммутаторы 16 и 17 подключают по входам управляемого источника 4 тока выходы переключателей 13 и 14 полярности сигнала. Последние переключают полярность выходного сигнала U р ре, у.>я тора скорости 5 по командам, поступающим на первый из них с первого, на второй со второго кодовых выходов датчика углового положения 3 ротора, т.е. в пусковом режиме на входы управляемого источника 4 тока поступают вместо сформированных гармонических сигналов с амйлитудой, равной модулю выходного сигнала « » регулятора 5 скорости, сигналы, величина которых постоянно равна модулю сигнала Бр, а полярнос— ти синхронизированы с соответствующи- 0 ./ ми полярностями ЭДС, наводимыми по— лем ротора в статорных обмотках 1 з игателя 1 кодовыми сигналами датчика

3 углового положения.

При повороте ротора двигателя 1 на угол с »> 4 до прихода первого

«5 фронта или среза сигнала Ч или

> 2 на выходе формирователя 20 импульсов формируется импульс записи, по которому в реверсивный счетчик 8 за4 > писывается кодовый сигнал о положении ротора двигателя 1, синхрони:ируя работу формирователя 7 гармонических сигналов по положению ротора двигателя 1. Одновременно с этим, 15 импульс с выхода формирователя 20 импульсов переключает триггер 21 режима работы из пускового в рабочий режимы, а управляемые коммутаторы 16 и 17 подключают к входам управляемого источника тока выходы формиро50 вателя 7 гармонических сигналов.

В момент переключения электронринода из пускового в рабочий режим не происходит скачкообразных изменений полярности и задающих сигналов Up, U>, (фиг. 3) на управляющих входах источника 4 тока и соответствующим им резких изменений направления протека;>ия тс>;., н статорных обмотках двигат;ля KoT,.>ûå могли бы вызнать динамические броск 1 вращающего момента и колебания скорости синхронного двигателя 1. В электроприноде сразу же г момента ег> пуска после включения напряжения питания обеспечивается требуемое для станочных приво:«он высокое значение коэффициента неравномерности врал,ения при глубоком >,цо

10000} диапа оне регулирования скорости днигагеля.

Синхрснный двигате" ü 1 может быть выбра>1 .>>к>б»>" > числом пар полюсо>з, что обеспечивается соотн тот у>ощей конструкцией кодовых ка1 ал»в д тчика положения 3 ротора.

Таким образом, при использоваш>и пре„лагаемого электропривода обеспечивается такой пусковой режи.1 при котором задающими токовыми сигналами для управляемого источника тока является выходной сигнал регулятора скорое:и, взятый для каждой из фаз со своей строго определенной полярностью, выбранной сигналом соответствующ .го кодо>>ого канала датчик,: углового по«оженич ротора, при по>;>рот> вал; двигателя на угловую величину, нс прев> 1>1>ающую 1/8 оборота до первого изменения полярности задающего сигнала для любой из фаз синхронного двигателя, организуется параллельная запись н счетчик кодовой ин.>ормации о положении ротора синхронного двигателя, формируя необходимые, синхронизированные по положению ротора гармонические задающие сигналы, и в этот же момент проводится перевод электропривода из пускового в рабочий режим с работой от гармонических задающих токовых сигналов, причем этот переход осуществляется плавно без возникновения существенных динамических бросков тока и момента в двигателе.

Кроме того при изменении направления вращения двигателя можно проводить соответствующее изменение гармонических сигналов, что создает требуемое направление вращающегo момента на валу двигателя, т.е. 3JIE K тропринод может работать в двигательном и тормозном режимах, благодаря чему повышается точность управления скоростью вращения и обеспечивается реверсивность управления.

1330725

Формула изобретения

Частотно-управляемый электропривод, содержащий синхронный двигатель, тахогенератор и датчик углового по5 ложения, установленные на валу синхронного двигателя, управляемИй источник тока, выходы которого подключены к статорным обмоткам синхронного двигателя, регулятор скорости, подключенный одним входом к выходу задатчика скорости, а другим — к выходу тахогенератора, формирователь гармонических сигналов, выполненный со счетчиком на входе, двумя блоками постоянной памяти и двумя цифроаналоговыми умножителями, выходы которых образуют выходы формирователя гармонических сигналов, при этом цифровые входы цифроаналоговых умножите- 2О лей подключены к выходам соответствующих блоков постоянной памяти, а аналоговые входы подключены к выходу регулятора скорости, входы блоков постоянной памяти подключены к выходу 25 счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности управления, в него введены два переключателя полярности сигнала, каждый из которых выполнен с сигнальным и кодовым входами, три управляемых коммутатора, каждый из которых выполнен с двумя переключаемыми и одним средним выводами, блок определения направления вращения с двумя входами, дешифратор кодов с двумя кодовыми и одним управляющим входами, формирователь импульсов с двумя входами и триггер режима работы, счетчик в формирователе гармонических сигналов выполнен реверсивным с суммирующим и вычитающим счетными входами, кодовым входом и управляющим входом записи, а датчик углового положения выполнен с двумя частотно импульсными и двумя 45 кодовыми выходами, при этом кодовые выходы датчика углового полоис: ия подключены к соответствующим входам дешифратора кодов, формирователя импульсов и к кодовым входам соответствующих переключателей полярности сигналов, первый частотно-импульсный выход датчика углового положения подключен к первому входу блока определения направления вращения и среднему выводу первого управляемого коммутатора, второй частотно-импульсный выход датчика углового положения подключен к второму входу блока определения направления вращения, выход которого соединен с управляющими входами первого управляемого коммутатора и дешифратора кодов, суммирующий и вычитающий счетные входы счетчика подключены к соответствующим переключаемым выводам первого управляемоro коммутатора, кодовый вход счетчика подключен к выходу дешифратора кодов, а управляющий вход записи счетчика объединен с входом триггера режима работы и подключен к выходу формирователя импульсов, выход триггера режима работы подключен к управляющим входам второго и третьего управляемых коммутаторов, переключаемые выводы второго управляемого коммутатора подключены соответственно к выходу первого переключателя полярности сигнала и выходу первого цифроаналогового умножителя, переключаемые выводы третьего управляемого коммутатора подключены соответственно к вы" ходу второго переключателя полярности сигнала и выходу второго цифроаналогового умножителя, входы переключателей полярности сигнала подключены к выходу регулятора скорости, а средние выводы второго и третьего управляемых коммутаторов подключены к соответствующим управляющим входам управляемого источника тока.

1330725

Составитель А. Жилин

Техред И.Верес Корректор В. Бутяга

Редактор Л. Пчолинская

Заказ 3590/55 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4