Электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и используется в синхронных электродвигателях с электромагнитной редукцией частоты вращения, в системах автоматики с повышенными требованиями к равномерности вращения ротора . Цель изобретения состоит в повьппении стабильности мгновенной частоты вращения. Синхронный индукторный двигатель 1 содержит статор с обмотками 2 управления и обмоткой 3 возбуждения и безобмоточный ротор 4. В цепи управления имеются последовательно соединенные сумматор 10 и формирователь 12 управляющих сигналов, выходы которого соединены соответственно с обмотками управления двигателя , и блок 5 динамической модели, вход и выход которого соединены соответственно с выходом и первым входом сумматора, причем второй вход сумматора служит входом задающего сигнала двигателя. Постоянное демпфирование мгновенной частоты вращения ротора возникает за счет быстродействукнцей обратной связи по задающему воздействию , которую осуществляет блок динамической модели. Г з.п. ф-лы, 3 ил. tfiof i (Л С со О) Сл СО со а

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Q1) 4 Н 02 Р 7/62

ВСЕСО ® ""

И "" .,.13

$,i!F ËÈ И * "

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4056157/24-07 (22) 14.04.86

C ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (46) 07.01.88. Бюл, !! 1 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) А. Ф. Таратин, Е. С. Возная, Б. А. Исаев, С. И. Бардинский и А. В. Лашкевич (53) 621.313.323(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 963125, кл. Н 02 К 19/06, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 1095097, кл. С 01 P 25/04, 1983.

Башарин А. В. и др. Управление электроприводами. - Л.: Энергия, 1982, с. 299-301. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и используется в синхронных электродвигателях с электромагнитной редукцией частоты вращения, в системах автоматики с повышенными требо„„SU„„1365336 А1 ваниями к равномерности вращения ротора. Цель изобретения состоит в повьппении стабильности мгновенной частоты вращения. Синхронный индукторный двигатель 1 содержит статор с обмотками 2 управления и обмоткой 3 возбуждения и безобмоточный ротор 4. В цепи управления имеются посдедовательно соединенные сумматор 10 и формирователь !2 управляющих сигналов, выходы которого соединены соответственно с обмотками управления двигателя, и блок 5 динамической модели, вход и выход которого соединены соответственно с выходом и первым входом сумматора, причем второй вход сумматора служит входом задающего сигнала двигателя. Постоянное демпфирование мгновенной частоты вращения ротора возникает за счет быстродействующей обратной связи по задающему воздействию, которую осуществляет блок динамической модели. 1 з .п. ф-лы, 3 ил.

1365336

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению электродвигателями переменного тока, преимущественно с низкой частотой вра5 щения .

Целью изобретения является повышение стабильности мгновенной частоты вр ащения .

На фиг. 1 изображена структурная 10 схема электропривода; на фиг. 2принципиальная схема блока эталонной динамической модели; на фиг. 3— структурная схема формирователя управляющих сигналов для двигателя.с 15 двумя обмотками управления.

Электропривод содержит, например„ синхронный индукторный двигатель 1 (фиг. 1) с двумя обмотками 2 управления и обмоткой 3 возбуждения и без- 20 обмоточным ротором 4. Обмотка 3 воз" буждения подключена к источнику постоянного тока (не показан). Электропривод содержит блок 5 эталонной ди" намической модели, вход 6 и выход 7 которого соединен соответственно с выходом 8 и вторым входом 9 сумматора 10, причем первый вход 11 сумматора 10 является входом задающего напряжения от внешнего источника (не показан), а также формирователь 12 управляющих сигналов, вход 13 которого соединен с выходом 8 сумматора

10 а выходы 14 и 15 соединены соответственно с обмотками 2 .управления.

Блок 5 эталонной динамической модели (фиг. 2) содержит суммирующий усилитель 16, первый усилитель 17, второй усилитель 18. К инвертирующему входу суммирующего усилителя 16 40 подключены подстроечные резисторы 19 и 20 и резистор 21, а выход суммирующего усилителя 16 подключен через параллельно соединенные конденсатор

22 и подстроечный резистор 19 с его инвертирующим входом и через резистор 23 с инвертирующим входом первого усилителя 17. Выход первого усилителя 17 соединен через емкость 24 с его инвертирующим входом и через 60 резистор 25 с инвертирующим входом второго усилителя 18. Выход инвертора 18 соединен через резистор 26 с его инвертирующим входом и через подстроечный резистор 20 с инвертирующим 55 входом суммирующего усилителя 16, Неинвертирующие входы суммирующего усилителя 16, первого усилителя 17 и второго усилителя 18 соединены соответственно через резисторы 27-29 с шиной нулевого потенциала. Причем вход 6 блока 5 эталонной динамической моде 1и соединен с инвертирующим входом суммирующего усилителя 16 через резистор 21, à его выход 7 соединен с выходом суммирующего усилителя 16. Формирователь 12 управляющих сигналов (фиг. 3) содержит последовательно соединенные первый интегратор 30, в обратной связи которого включен блок 31 авторегулирования амплитуды, первый блок 32 умножения, второй интегратор 33, второй блок 34 умножения, а также задающий источник 35 прямоугольных сигналов, первый формирователь 36 импульсов, первую схему 37 выборки-хранения, формирователь 38 импульсов, вторую схему 39 выборки-хранения, первый суммирующий элемент 40. При этом вы-, ход задающего источника 35 прямо-. угольных сигналов через первый 36 и второй 38 формирователи импульсов подключен к управляющим входам первой 37 и второй 39 схем выборки-хранения соответственно, другие входы которых соединены с выходом второго интегратора 33 и второго блока 34 умножения. Выходы первой 37.и второй схемы 39 выборки-хранения соединены с выходами первого суммирующего элемента 40, выход которого соединен с входами третьегоинтегратора 41 и звена

42 с постоянным коэффициентом передачи. Выходы блоков 41 и 42 соединены с входами второго суммирующего элемента 43, выход которого соединен с управляющими входами первого 32 и второго 34 блоков умножения. Выходы первого 30 и второго 33 интеграторов соединены соответственно. с входами усилителей 44 и 45, выходы 14 и 15 которых являются выходами формирователя 12 управляющих сигналов, вход

13 которого соединен с вторым входом блока 31 регулирования амплитуды.

Устройство работает следующим образ ом.

Задающий сигнал от внешнего источника постоянного тока подается на первый вход 11 сумматора 10 и .с его выхода 8 через формирователь 12 управляющих сигналов на. управляющие обмотки 2 синхронного индукторного двигателя 1. На обмотку 3 возбуждения для.создания рабочего магнитного потока подается постоянное напряже1365336

4 венно изменяется (уменьшается) частота выходного напряжения формирователя

12 управляющих сигналов, изменяя (уменьшая) частоту вращения поля, следовательно, частота вращения ротора 4 изменяется (уменьшается) до первоначального значения, так как быстродействие данной системы определяется только быстродействием цифровых и аналоговых элементов, входящих в ее состав, то происходит непрерывное демпфирование колебаний частоты вращения ротора 4. Блок 5 динамической модели реализует передаточную функцию двигателя с формирователем 7. В зависимости от области применения синхронных щцукторных двигателей передаточная функция этих машин может быть представлена с различной степенью точности. Например, для прецизионных приводов необходимо учитывать полную передаточную функцию двигателя 1 и формирователя 12 управлжощих сигнапов. Для работы в силовом приводе достаточно описать двигатель, например, колебательным звеном второго порядка, принципиальная схема которого представлена на . фиг. 2, а передаточная функция имеет вид

U = U — U м

U.()

Г,7рТ

К

Тр +2(T +1 ние возбуждения. Сигнал с выхода 8 сумматора 10 поступает в блок 5 эталонной динамической модели, моделирующий передаточную функцию двигате5 ля 1 и формирователя 12 управляющих сигналов. На выходе блока 5 вырабатывается сигнал, пропорциональный первой производной от угла поворота ротора 4 двигателя 1. Таким образом, выходной сигнал сумматора 10 U, образованный разностью задающего сигнала 11 „ и выходного сигнала блока 5 модели U

15 поступает на вход формирователя 12 управляющих сигналов ° Формирователь

12 преобразовывает постоянный сигнал 20 в сигналы, качественные по гармоническому составу, сдвинутые друг относительно друга по фазе (для двухфазной системы обмоток управления этот угол равен Ti/2). Одновременно исключается причина колебаний частоты вращения

1 ротора 4, вызванная несинусоидальностью напряжения питания обмоток 2 управления двигателя 1 ° Частота выходных напряжений формирователя 12 30 изменяется пропорционально выходному сигналу сумматора 10. При изменении (например, увеличении) U „д изменяется (увеличивается) сигнал на выходе сумматора 10 U изменяя (Увеличивая) 35 на выходе формирователя 12 частоту питания обмоток 2 управления двигателя 1, тем самым изменяя (увеличивая) частоту вращения поля машины.

Частота вращения ротора 4 синхронно- 40

ro двигателя 1 должна. совпадать со скоростью вращения поля и, следовательно, она будет стремиться к ско» рости вращения поля, т.е. в данном случае увеличивается. Поскольку на 45 пряжение U одновременно подается через формйрователь 12 на управляющие обмотки 2 двигателя и на вход блока

5 эталонной динамической модели, то выходной сигнал U блока 5 будет 50 пропорционален первой производной угла поворота ротора (т.е. частоте вращения ротора), и следовательно, при изменении задающего напряжения выходной сигнал блока 5 U изменяетм ся (увеличивается) и вычитаясь в сумматоре 10 из задающего сигнала изменяет (уменьшает) выходное напряжение сумматора 10. Соответст() — —, Ф Тр +2(T +1 где К вЂ” коэффициент усиления двигателя;

Т - электромеханическая постоянная времени;

- коэффициент демпфирования.

Также для повышения точности блока 5 динамической модели необходимо учитывать передаточную функцию формирователя 12 управляющих сигналов.

В связи с тем, что постоянная времени формирователя 12, по сравнению с постоянной времени двигателя 1 мала, то формирователь 12 управляющих сигналов можно ввести в блок 5 как безынерционное звено с коэффициентом усиления К> В этом случае передаточная функция блока 5 динамической модели принимает вид гдеК К К

Принципиальная схема блока 5 (фиг. 2) реализует следующее уравнение:

5 1365336 6 ф им льсов пе вый с и и л е

25 и„= "Ж - U„, 50

Для получения первой производной по углу поворота ротора 4 необходимо проинтегрировать данное уравнение

1 ро„ = (вЂ, v„ - — и„ вЂ” вЂ,) а .

Интегрирование осуществляется суммирующим усилителем (интегратором)

16. Коэффициенты этого уравнения К/Т, 2 (/Т, 1/Т определяют номиналы емкости С конденсатора 22 и резисторов

19-21 (R „, В, В ). Причем резисторы

19 и 21 (R„, В ) являются подстроечными, что позволяет регулировать коэф" фициент демпфирования и электромеханическую постоянную времени блока 5 модели двигателя 1. Таким образом, блок 5 модели может быть подстроен под любое изменение параметров двигателя 1. B блок 5 эталонной динамической модели введены первый усилитель (интегратор) 17 для выделения сигнала соответствующего углу поворота ротора

4 и второй усилитель (инвертор) 18, изменяющий знак этого сигнала для схемкой реализации уравнения (1). Коэффициенты усиления усилителя 17 и

18 определяются соответственно элементами 23 (R ), 24 (С ) и 25 (В,), 26 (Rz). Для повьпцения точности работы суммирующего усилителя 17 и усилителя 18 к их неинвертирующим входам подключены соответственно резисторы

27 (R<), 28 (Re) 29 (В,).

Формирователь 12 осуществляет преобразование следующим образом.

Генератор, управляемый напряжени"" ем, состоящий из первого интегратора

30, первого блока 32 умножения, второго интегратора 33, второго блока

34 умножения, блока 31 авторегулиро-. вания амплитуды, генерирует напряжение частотой где К вЂ” коэффициент усиления контуf ра генератора;

U,, — выходной сигнал суммирующего элемента.

Стабилизация фазы выходных сигналов осуществляется системой автоподстройки фазы, содержащей первую 37 и вторую 39 схемы выборки-хранения, пу, р умм рующи э ем нт

40, третий интегратор 41, звено 42 с постоянными коэффициентами передачи, второй суммирующий элемент 43. Импульсы задающего источника прямоуголь . ных сигналов частотой с, и скважностью j = =0 5 поступают на входы первого 36 и второго 38 формирователей импульсов, где формируются короткие импульсы записи соответственно по их переднему и заднему фронту, которые поступают на управляющие входы первой 37 и второй 39 схем выборкихранения, На информационные входы схем выборки-хранения поступают сигналы с выхода второго интегратора 33 и второго инвертирующего блока 34 умножения. При равенстве частот генератора 35 опорной частоты и формирователя двухфазных напряжений вплоть до нулевых фазовых рассогласований на выходах первой 37 и второй 39 схем выборки-хранения будет присутствовать нулевой потенциал, который, поступая на выходы третьего интегратора 41 н звена 42 постоянного коэффициента передачи с выхода первого суммирующеro элемента 40, не изменяет напряжения на выходе второго суммирующего элемента 43; а следовательно, частота и фаза выходных синусоидальных напряжений остается прежней.

При изменении частоты и фазы выходных сигналов формирователя 12 вследствие каких-либо причин (температурный дрейф, старение элементов и т.д.) в схемы выборки-хранения 38 и 9 выбираются соответственно потенциалы, пропорциональные синусу угла сдвига фаз выходного сигнала второго интегратора 33 относительно переднего фронта импульса источника 35 опорной частоты и сигнала с выхода второro инвертирующего блока 34 умножения относительно заднего фронта импульса генератора 35. опорной частоты.

Выходные сигналы схем выборки-хранения поступают на входы первого суммирующего элемента 40 и складываются.

Выходной сигнал с выхода первого суммирующего элемента 40 поступает на входы третьего интегратора 41 и эвена 42 с постоянным коэффициентом передачи, выходные сигналы которых изменяют потенциал на выходе второго суммирующего элемента 43 так, чтобы скомпенсировать изменение частоты

1365336 и фазы выходных сигналов формирователя 12 управляющих сигналов. С выходов первого 30 и второго 33 интеграторов синусоидальные сигналы, сдвинутые по фазе (в случае двухфазной

5 системы обмоток угол сдвига составляет 7/2), поступают на входы усилителей 44 и 45, где усиливаются .до нужного уровня для подачи на обмотки 2 управления двигателя 1.

Таким образом, применение формирователя 12 управляющих сигналов в совокупности с блоком 5 модели позволя- 15 ет демпфировать колебания мгновенной частоты вращения ротора двигателя, которые возникают за счет несинусоидальности напряжения питания обмоток управления двигателя. 20

Формула изобретения

1. Электропривод, содержащий электродвигатель переменного тока с управляющими обмотками, подключенными к:выходу формирователя управляющих сигналов, соединенного последовательно с сумматором, блок эталонной динамической модели двигателя, соеди- 30 ненный своим одним входом с источником задающего напряжения, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности мгновенной частоты вращения, блок эталонной динамической модели снабжен контуром отрицательной обратной связи по скорости, выход которой соединен с вторым входом сумматора, а вход указанной модели соединен с выходом сумматора.

2. Электропривод по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что блок эталонной динамической модели содержит последовательно соединенные по инвертирующим входам через резисторы связи,суммирующий усилитель, первый усилитель с первым конденсатором в цепи обратной связи, причем их неинвертирующие входы через соответствующие резисторы подключены к шине нулевого потенциала, а к инвертирующему входу суммирующего усилителя подклюЮ чены резистор, вторая клемма которого соединена с клеммой входа модели, а выход второго усилителя через первый подстроечный резистор, выход суммирующего усилителя через параллельно соединенные второй конденсатор и второй подстроечный резистор связаны с клеммой его инвертирующего входа, которая соединена с клеммой выхода модели.

1365336

Составитель В. Трегубов

Редактор Г. Волкова Техред М.Ходанич Корректор М. Шарохин

Заказ 6655/55

Тираж,583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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