Частотно-управляемый электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автоматизированному электроприводу, и может быть использовано в приводах подачи металлорежущих станков и других механизмов. Целью изобретения является увеличение электромагнитного момента и максимальной частоты вращения электродвигателя путем регулирования угла опережения β коммутации тока. С этой целью в устройство введены дешифратор 17, мультиплексор 10, реверсивный счетчик 9, генератор пилообразного напряжения 21, выпрямитель 30, пороговый элемент 31, элемент сравнения 32, формирователь импульсов сдвига 22, позволяющие изменять угол β в зависимости от сигнала тахогенератора 2 по закону, приближающемуся к оптимальному как в двигательном, так и тормозном режимах. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1510061

А2 (51)4 Н 02 Р 7 42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTQPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (61) 1330725 (21) 4276966(24-07 (22) 06.07.87 (46) 23.09.89. Вюл. И 35 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский .

Р и технологический институт релестрое" ния (72) М.И.Альтшуллер, В.В.Горчаков, В.А.Каширский, В.Л.Саевич и А.А.Сушенцов (53) 621.313.2,077.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1330725, кл. Н 02 P 7(42, 1986. (54) ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМИИ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к автоматизиро1

- ванному электроприводу, и может быть использовано в приводах подачи металлорежущнх станков и других механизмов. Целью изобретения является увеличение электромагнитного момента и максимальной частоты вращения электродвигателя путем регулирования угла опережения р коммутации тока.

С этой целью в устройство введены дешифратор 17, мультиплексор 10, реверсивный счетчик 9, генератор пилообразного напряжения 2 1, выпрямитель

30, пороговый элемент 31, элемент сравнения 32, формирователь импульсов сдвига 22, позволяющие изменять угол р в зависимости от сигнала та-хогенератора 2 по закону, приближаю" щемуся к оптимальному как в двига тельном, так и тормозном режимах.

1 ил.

3 151006

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автоматизированному электроприводу, может быть использовано в приводах подачи тяжелых металлорежущих станков и других механизмов и является усовершенствованием изобретения по авт.св. Ф 1330725.

Целью изобретения является увеличение электромагнитного момента и 10 максимальной частоты вращения электродвигателя путем регулирования угла опережения ф коммутации тока в обмотках двигателя.

На чертеже представлена функцио- 15 нальная блок-схема частотно-управляемого электропривода.

Устройство содержит синхронный двигатель 1, тахогенератор 2 и датчик

3 углового положения, установленные 20 на валу синхронного двигателя 1, управляемый источник 4 тока, выходы которого подключены к статорным обмоткам синхронного двигателя 1, регулятор 5 скорости, подключенный одним 25 входом к выходу задатчика 6 скорости, а другим — к выходу тахогенератора 2, формирователь 7 гармонических сигналов, выполненный со счетчиками

8 и 9 на входе, мультиплексором 10, 30 двумя блоками 11 и 12 постоянной памяти и двумя цифро-аналоговыми умножителями 13 и 14, выходы которых образуют выходы формирователя 7 гармонических сигналОв, при этОм цифрОвые входы цифро-аналоговых умножителей

13 и 14 подключены к выходам соответствующих блоков 11 и 12 постоянной памяти, а аналоговые входы соединены с аналоговыми входами переключате- 40 лей 15 и 16 полярности сигнала и с одним входом дешифратора 17 режима работЬ и подключены к выходу регулятора 5 скоростей. Входы блоков 11 и

12 постоянной памяти подключены к вы- 45 ходу мультиплексора 10, управляющий вход которого соединен с выходом дешифратора 17 режима работы, а цифровые входы соединены с выходами счетчиков 8 и 9. Суммирующие и вычитаю50 щие входы счетчиков 8 и 9 попарно соединены между собой и подключены к соответствующим выходам первого управляемого коммутатора 18, кодовые входы счетчиков 8 и 9 соединены меж55 ду собой и подключены к выходу дешифратора 19 кодов. Управляющий вход счетчика 8 объединен с входами триггера 20 режима работы, генератора

21 пилообразного напряжения и формирователя 22 импульсов сдвига и подключен к выходу формирователя 23 импульсов, а управляющий вход счетчика

9 подключен к выходу формирователя

22 импульсов сдвига.

Выход триггера 20 режима работы подключен к управляющим входам второго 24 и третьего 25 управляемых коммутаторов.

Кодовые выходы датчика 3 углового положения подключены к соответствующим входам дешифратора 26 кода, формирователя 23 импульсов и к кодовым входам соответствующих переключателей 15 и 16 полярности сигналов.

Первый частотно-импульсный выход датчика 3 Углового положения подключен к первому входу блока 27 определения направления вращения, к среднему выводу первого управляемого коммутатора 18 и к второму входу генератора 21 пилообразного напряжения.

Второй частотно-импульсный выход датчика 3 углового положения подключен к второму входу блока 27 определения направления вращения, выход которого соединен с управляющими входами первого управляемого коммутатора 18 и дешифратора 19 кодов.

Переключаемые выводы второго управляемого коммутатора 24 подключены соответственно к выходу первого переключателя 15 полярности сигнала и к выходу первого цифро-аналогового умножителя 13. Переключаемые выводы третьего управляемого коммутатора

25 подключены соответственно к выходу второго переключателя 16 полярности сигнала и к выходу второго цифро-аналогового умножителя 14.

Средние выводы второго 24 и третьего 25 управляемых коммутаторов подключены к соответствующим управляющим входам управляемого источника 4 тока, в котором применены реверсивные шестиимпульсные тиристорные преобразователи 28 и 29, работающие как преобразователи частоты с непосредственной связью.

Вход выпрямителя 30 объединен с вторым входом дешифратора 17 режима работы и подключен к выходу тахогенератора 2. Выход выпрямителя 30 соединен с входом порогового элемента

31, выход которого соединен с вторым входом элемента 32 сравнения, первый вход которого подключен к выходу ге0061 6 ванными блоками 11 и 12 постоянной

5 151 нератора 21 пилообразного напряжения, а третий вход предназначен для подключения к клемме регулируемого напряжения смещения. Выход элемента 32 сравнения соединен с вторым входом формирователя 22 импульсов сдвига.

Частотно †управляем электропривод работает следующим образом.

Датчик 3 углового положения устанавливается на валу электродвигателя 1 с двумя статорными обмотками, смещенными пространственно на 90 эл. град. таким образом, что кодовые сигналы Q1 и Q2 датчика 3 совпадают по фале с электродвижущими силами (ЭДС), наводимыми вращающимся полем ротора в статорных обмотках двигателя 1, и дают, таким образом, информацию о. полярности ЭДС в обмотках в функции углового положения ротора двигателя

1. Сигнал U< регулятора 5 скорости является функцией задатчика 6 скорос.— ти и сигнала жесткой отрицательной обратной связи по скорости двигателя

1, снимаемой с тахогенератора 2. При вращении двигателя формирователь 23 импульсов формирует по фронту и срезу каждого из кодовых сигналов 1 и Q 2 короткие импульсы Йз, которыми производится запись соответствующей выходной информации дешифратором 19 кодов о положеиии ротора двигателя в реверсивный счетчик 8. На выходах счетчика 8 содержится периодически повторяющаяся кодовая информация И- о текущем угловом положении ротора двигателя 1, значение которой меняется дискретно с приходом импульса с первого частотно-импульсного выхода датчика 3 углового положения на счетный вход счетчика 8, причем счетный вход + или — выбирается блоком 27 определения направления вращения в зависимости от направления вращения ротора двигателя 1. Работа счетчика

8 синхронизируется по реальному положению ротора путем параллельной записи в счетчик 8 кодовой информации с выхода дешифратора 19 кодов.

Линейно изменяемая кодовая информация реверсивного счетчика 8 поступает на вход А мультиплексора 10 и при отсутствии запрещающего сигнала выхода дешифратора 17 режима работы, т.е. при работе без введения угла опережения р коммутации тока, передается на выход мультиплексора 10, а затем преобразуется запрограммиро5 !

О

35 памяти в два изменяющихся по синусоидальному и косинусоидальному законам сигнала, которые поступают на цифровые входы цифро-аналоговых умножителей 14 и 13. на аналоговые входы которых подается выходной сигнал U< регулятора 5 скорости. На выходах цифро-аналоговых умножителей формируются гармонические сигналы с амплитудой, равной модулю выходного сигнала U регулятора 5 скорости, которые являются задающими токовыми сиг— налами 11 и Uö для реверсивных тиристорных преобразователей 28 и 29 регулируемого источника 4 тока, на входы которых они поступают через коммутаторы 24 и 25. На раздельных выходах регулируемого источника 4 тока, питающих статорные обмотки двигателя 1, создаются токи гармонической формы с регулируемой амплитудой, синхронизированные ЭДС, наводимыми в соответствующих обмотках статора вращающимся полем ротора двигателя 1.

Дешифратор 17 режима работы определяет по полярности выходных сигналов

U u U . режима работы двигателя (двигательный или тормозной) и осу-. ществляет логическим сигналом на выходе выбор режимам работы мультиплексора 10. В двигательном режиме обеспечивается работа формирователя 7 гармонических сигналов от сигнала т.е. мультиплексор 10 передает на вход блоков 11 и 12 оперативной памяти информацию со счетчика 9, и ! 1 гармонические сигналы U и U формируются с опережающим ЭДС холостого хода двигателя углом, а в тормозном режиме мультиплексор 10 передает информацию со счетчика 8 (по сигналу f z ) и гармонические сигналы формируются с углом опережения р=-0.

Работа электропривода в тормозном режиме с углом опережения p = О вызвана тем, что при опережающем угле р знак реактивного момента изменяется на противоположный, что привело бы к существенному уменьшению результирующего тормозного момента и в конечном счете уменьшило бы быстродействие привода.

При работе привода на вход выпрямителя 30 поступает реверсивный сигнал тахогенератора 2, а с выхода выпрямителя 30 отрицательный однополярный сигнал, пропорциональный нап1510061 ряжению тахогенератора, поступает на вход порогового элемента 31. С выхода порогового элемента 31 сигнал на второй вход элемента 32 сравнения проходит только при достижении приводом заданной начальной скорости

ы„ „, определяемый порогом срабатывания элемента 31. Пороговый элемент

31 выполнен на базе усилителя с регулируемым резистором в цепи обратной связи. Изменением сопротивления резистора меняется степень наклона графика зависимости угла опережения от частоты вращения. Величина угла опережения р определяется сигналом на выходе элемента 32 сравнения, на входах которого сравниваются сигнал порогового элемента 31, сигнал гене.— .. ратора пилообразного напряжения и 2р сигнал напряжения смещения U „ . Изменением величины напряжения смещения определяется начальный угол опережения р„ „ . Генератор 21 пилообразного напряжения формирует напряжение 25 пилообразной формы с. неизменной амплитудой и выполнен на двух последовательно соединенных счетчиках с коэффициентом пересчета 64, на счетный вход первого из них поступают частотно-импульсные сигналы Е, датчика 3 углового положения, а сброс счетчиков до нуля производится импульсом Й, с выхода формирователя

23 импульсов. Частота выходных сигналов генератора 21 пилообразного

35 напряжения эависит от частоты вращения двигателя 1, т.е. от частоты сигналов f а амплитуда выходного напряжения постоянная и не зависит от частоты вращения двигателя 1. Формирователь 22 импульсов сдвига выполнен на D-триггерах и предназначен для формирования коротких импульсов по фронту сигнала сдвига, длительность которого определяет угол опере45 жения р коммутации тока. При появлении нулевого сигнала сдвига на выходе элемента 32 сравнения по переднему фронту сигнала формируется импульс сдвига f, который подается

:на вход записи информации счетчика

9. При отсутствии сигнала сдвига на вход записи информации счетчика

9 поступает сигнал f .

Таким образом, предложенное выполнение узла регулирования угла опережения коммутации тока р позволяет увеличить электромагнитный момент и максимальную частоту вращения за счет более оптимального соотношения кривой тока и противо-ЭДС вращения.

Формула изобретения

Частотно-управляемйй электропривод по авт. св. М 1330725. о т л ичающий с я тем, что, с целью повышения момента и максимальной частоты вращения электродвигателя, введены дешифратор режима работы, мультиплексор, реверсивный счетчик, генератор пилообразного напряжения, выпрямитель, пороговый элемент, элемент сравнения и формирователь импульсов сдвига, при этом вход выпрямителя объединен с вторым входом дешифратора режима работы и подключен к выходу тахогенератора, выход выпрямителя соединен с входом порогового элемента, один вход генератора пилообразного напряжения подключен к частотно-импульсному выходу датчика углового положения, а второй вход объединен с входом формирователя импульсов сдвига и подключен к выходу формирователя импульсов, выход генератора пилообразного напряжения соединен с входом элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу порогового элемента, а третий вход — к клемме регулируемого напряжения смещения, выход элемента сравнения соединен с входом формирователя импульсов сдвига, выход которого подключен к управляющему вхоДу записи счетчика, суммирующие и вычитающие входы которого подключены к соответствующим выводам первого управляемого коммутатора, а кодовые входы счетчика подключены к кодовым выходам дешифратора кода, кодовые выходы счетчика — к второму кодовому входу мультиплексора, первые кодовые входы которого соединены с кодовыми выходами счетчика формирователя гармонических сигналов, управляющий вход мультиплексора соединен с выходом дешифратора режима ра-. боты, первый вход которого подключен к выходу регулятора скорости, а кодовый выход мультиплексора подключен к входам блоков постоянной памяти.