Вентильный электропривод
Изобретение относится к электротехнике н может быть использ пано в системах управления с широким диапазоном частоты вращения. Целью изобретения является повышение надежности и уменьшение массогабаритных показателей. Для достижения указанной цели вентильный электропривод дополнительно содержит четыре апериодических твена 15-18, блоки 19, 20 измерения фаты, вычислитель 21, цифроаналоговые функциональные преобразователи 2, 23, 24 тангенс, синус и косинус соответственно . Напряжение с синусной и косинусной обмотки датчика жения ротора поступает на блок 19 через апериодические звенья 17, 18 а на блок 20 Heir, «-родственно. Измеренные фаты сравниваются в вычислителе 21. Полученный результат содержит информацию о частоте вращения ротора„ Сигнал с выхода вычислителя 21 проходит через функциональный преобразователь 22 помножается на синус и косинус в блоках перемножения 13, 14 и используется как корректирующий в основном канале формирования токов в двухфазной синхронной машине 1. 2 ил. SS (Л
союз схеетсних соеилисти есних
РЕСПУБЛИН
„„SU„„1 35243
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ А
ГОСЗЯАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО иэОБРетеиийм и ОтнРытиям
ПРИ ГННТ СССР (21) 4342264/07 (22) 16.10.87 (46) 15.03.91. Буол. Ф 10 (72) P.È.×àéêîâñêèé, Э.Ç.Тимощук, В.Е.Говенко и М.Е.Пайчак (53) 621.313.13.014.2:621.382(088.8) (56)Авторское свидетельство СССР
Ф 660159, кл. Н 02 К 29/06, 1979.
Авторское свидетельство СССР
Ф 1619372, кл. Н 02 К 29/06, 1986. (54) ВЕНТИЛЬННЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использ," ано в системах управления с широким диапазоном частоты вращения. Целью изобретения является повышение надежности и уменьшение,массогабарнтных показателей. Для достижения указанной цели веитильный электропривод дополнительно содержит
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано в системах автоматического управления и механизмах с широким диапазоном частоты вращения.
Целью изобретения является повышение надежности и уменьшение массогабаритных показателей вентильного электропривода.
На фиг. 1 изображена функциональная схема вентильного электропривода, на фиг. 2 — функциональная схема
Вычислителя, щ)5 Н 02 К 29/06, Н 02 Р 6/ З2 четыре апериодичес ких звена 1 5-18, блоки 19, 20 измерения фазы, вычислитель 21, цифроаналоговые функциональные преобразователи ".2, 23, 24 тангенс, синус и косинус соответственно. Напряжение с синусной н косннусной обмотки датчика поло жения ротора поступает на блок 19 через апериодические звенья 17, 18 а на блок 20 неп.. редственно. Измеренные фазы сравн ваются в вычислителе 21. Полученный результат содержит информацию о частоте вращения ротора. Сигнал с выхода вычислителя 21 проходит через функциональный преобразователь 22 домножается на синус и косинус в блоках перемножения 13, 14 и используется как корректирующий в основном канале формирования токов в двухфазной синхронной машине 1 ° 2 ил.
Вентильный электропривод содержит двухфазную синхронную машину 1, механически связанную с датчиком 2 положения ротора, выполненным н виде вращающегося трансформатора с синусной 3 и косинусной 4 обмотками. Синусная обмотка 3 подключена к синусной якорной обмотке 5 синхронной машины 1 через послеговат ельне включенные первый фазочувстпительний выпрямитель 6 и первый суммирующий усилитель 7. Косинусная обмотка 4 вращающегося трансформатора ? подключена к косинусной якорной об1635243 мотке 8 синхронной машины 1 через последовательно включенные второй фазочувствительный выпрямитель 9 и второй суммирующий усилитель 10.Вентильный электропривод содержит также источник 11 входного сигнала, подключенный к обмотке 12 возбуждения датчика 2 положения ротора, первый 13 и второй 14 умножители, пер- 1р вые входы которых объединены. Электропривод содержит дополнительно четыре апериодических звена 15-18, первый 19 и второй 20 блоки измерения фазы, вычислитель 2 1, цифроаналоговый функциональньп» преобразователь 22 "Тангенс", цифроаналоговый функциональньпг преобразователь 23 "Синус, цггфроаггалоговый функциональный преобразователь 24 "Косинус", Каждый 20 блок 19, 20 измерения фазы выполнен в виде последовательно соединенных делителя 25 напряжений, аналого-цифрового преобразователя 26 и цифрового функционального преобразователя 25
27 "Арктангенс". Первый и второй входы делителя 25 напряжений представляют собой первый и второй входы блока 19(20) измерения фазы, а выход цифрового функционального преобразо- 3р вателя 27 "Арктангенс" — выход блока
19(20) измерения фазы, Пифроаналоговые функциональные преобразователи
22, 23, 24 тригонометрических функций выполнены каждый в виде последовательно соединенных цифрового функционального преобразователя 28(29, 30) соответствующей функции и цифроаналогового преобразователя 31.
Первые входы умноялтелей 13, 14 4р подключены к вьгходу цифроаналогового преобразователя 22 "Тангенс", вторые входы первого 13 и второго 14 умножителей подключены соответственно к выходу цифроаналогового функциональ- 45 ного преобразователя 23 "Синус" и выходу цифроаналогового функционального преобразователя 24 "Косинус". Выходы первого 13 и второго 14 умножителей подключены соответственно через первое 15 и второе 16 апериодическое звено к вторым входам первого
7 и второго 10 суммирующих усилителей соответственно. Первые и вторые входы блоков 19, 22 измерения фазы подключены соответственно к синусной 3 и косинусной обмоткам вращающегося трансформатора, причем входы второго блока 20 измерения фазы подключены непосредственно, а входы первого блока 19 — через первое 17 и четвертое
18 апериодическое звено соответственно.
Выход первого блока 19 измерения фазы подключен к первому входу вычислителя 21, выход которого подключен к входу цифроаналогового функционального преобразователя 22 "Тангенс"
Выход второго блока 20 измерения фазы подключен к второму входу вычислителя 21 и входам цифроаналоговых функциональных преобразователей "Синус"
23 и "Косинус" 24.
Вычислитель 21 реализует функцию у = у - у, при у„) О, уг> 0 уг(3, уу(0, gg(0 у (О H у =н (fg уг) ,при у1) О, у < О где у», у — коды чисел на первом и втором входах вычислителя 21 соответственно, il = 3,14.
Вычислитель 21 выполнен, например, в виде первого 32 и второг.о 33 сумматоров (фиг. 2), коммутатора 34, логических элементов НЕ 35 и И 36, причем первый вход первого сумматора 32 подключен к выходу второго блока 20 измерения фазы, а его второй вход — к выходу первого блока 19 измерения фазы, на ггервьггг вход второго сумматора
33 подается код чи-ла я, а второй
/ его вход соединен с выходом первого сумматора 32, выходы первого 32 и второго 33 сумматоров соединены соответственно с первым и вторым входами коммутатора 34, управляющий вход которого соединен с выходом логического элемента И 36, первьпг вход которого соединен со старшим разрядом выхода второго блока 20 измерения фазы, а второй вход через логический элемент НЕ 35 — со старшим разрядом выхода первого блока 19 измерения фазы, выход коммутатора 34 соединен с входом цифроаналогового функционального преобразователя 22 "Тангенс"
Вентильный электропривод работает следующим образом.
На обмотку 12 возбуждения датчика
2 положения ротора поступает от источника 11 входного сигнала переменное напряжение
U = ц з1п(2йй t), (1) где U — амплитуда напряжения управления, fo — опорная частота модуляции.
На выходах синусной 3 и косинусной 4 обмоток датчика 2 положения ро1635243 тора возникают переменные напряжения
= K U sin2nf I где Я t = К вЂ” угол поворота ротора синхронной машины 1, К вЂ” коэффициент трансформа-! ции вращающегося трансформатора, m — число пар полюсон синхронной машины 1 и да1чика 2 по ложения ротора; 15 (д — частота вращения синхронной машины 1. Пройдя через первый 6 и второй 9 фазочувствительные выпрямители, эти напряжения преобразуются н капряжеБ7 116 < К1 где К М Т U1> = K, K > U - sinNf t к s in(at — 6 ) Г ! U К К Б sin2y i cos(m(dt — P), (4) 8 где И вЂ” коэффициент передачи третьЭ К2 U sin(mæ-ч), его 17 и четвертого 18 апеКеит (Ы™) риод ческих звеньев, Ке Ц т соя(па -Ч Кг. " т " Ч (3 = arctpmMT > — сдвиг по фазе коэффициент передачи фа- между выходным и входным назочунстнительного выпря- пряжением третьего 17 и мителч, четвертого 18 апериодических ахctpmgT — сдвиг по фазе звеньев, между выходным и входным T> -- постоянная времени третьего напряжениями фазочунстни- 17 и четвертого 18 апериотельного выпрямителя, дических звеньев. постоянная времени фазо- С помощью делителя 25 напряжений чувствительного выпрямите- определяется отношение этих напряля, жений 3S 1,1уу K, K, U» sin2iifо t sin(m4)t К, К > Б, ° зiп2% t ° cos(mgt -p) = tg(m(4t -P), (5) (6) ** mgt — P > где у — код числа на выходе цифро1 ного функционального преобразователя "Арктангенс" 27 45 блока 19. На первый и второй входы второго измерителя 20 фазы поступают соответ ственно напряжения U< и Uy. С помощью делителя 25 напряжений вычисляется их отношение, которое равно у, acccg(cg(myt -P ))= Цз K< U у» sin2» fo Uz К, U>m sin2»f> t sinmgt t cosmQt генс реализующего функцию арктан5 1 геиса, преобразуется в код числа У у величина которого характеризует фазу напряжений Уз и Ui у arctg(tgmQt) = mQt (8) Эти напряжения с помощью аналогоцифрового преобразователя 26 преобразуется н цифровой код, который затеи поступает на вход цифрового функционального преобразователя 25 "Арктангенс", который реализует функцию "Арктангенс". Код числа у на выходе цифрового функционального преобразователя 27 "Арктангенс" блока 19 характеризует фазу напряжений U,< и U<>, Отношение напряжений (7) с помощью аналого-цифрового преобразователя 26 преобразуется в цифровой код, который с помощью цифрового функционального преобразователя 27 "АрктанНа суммирующих входах первого 7 и нторого 10 суммирующих усилителей из этих напряжений нычитаются напряжения обратной связи по частоте вращения U15 и П<6 ° Рассмотрим процесс формирования этих напряжений, На первый и нторой входы первого измерителя 19 фазы поступают напряжения U<> и U 8, снимаемые с выходов третьего 17 и четвертого 18 апериодических звеньев: 1Г) <53 < 3 при Q<) 0> gz)0 У<< У, у,сО, у О (9) и (у <1, ) при у,(0, у,(0 У<) О, У С О 50 где у — код числа на выходе ци< <ро2 вого функционального нре< браэователя 27 "Арктангенс" блока 20. Старший разряд (с ) кодов чисел у и у несет информацию об их эна- 15 ке, причем наличие цифры "1" в старшем разряде числа соответствует em положительному значению, а наличие цифры "О" — отрицательному его энач» нию. 20 случаях, если у„ О, у > О; у g0, у О и х с О, yacc 0 (*иг.2) с выхода логического элемен.ië И 36 снимается сигнал "О" и коммутатор 34 находится в таком состоянии, при котором его выход соединен с первым входом. Таким образом, с выхода коммутатора 34 снимается код числа, вычисленный первым сумматором 32, Если же у ) О, а у2(О, то на выходе логического элемента И 36 возникает сигнал "1" и коммутатор 34 переключается в такое состояние, при котором его выход соединен с вторьгм входом. Следовательно, с выхода КоМ мутатора 34 будет сниматься код суммы, вычисленной вторым сумматором 33. Как следует иэ вырагкения (4), пля получения сигнала, пропорционального скорости вращения двигателя, следует 40 вычислить тангенс выражения (9). Зт< вычисление осуществляет цифроаналог овый функциональный преобразователь 22 "Тангенс" путем послеповательн<гго преобразования кодл числа у в коп tgi с 45 помощью цифрового функииональногo преобразователя 28 "Тангенс",а затем — в постоянное напряжение с помо<пью цифроаналогового преобразователя 31. 11 = К tg $ = К4 tg(arctgmQT>) К (<) (10) где К вЂ” коэффициент передачи цифро4 55 аналогового преобразопа1еля 31; V — коэффициент передачи ггпФ5 р< а.<;1 «г г«1г<) « уHK < у, пос1упающими на егo вхогн< - первого 19 и второг о 20 измерителей фазы гго следующему алгорг<1му: ного преобразователя 22 "Тангенс". Таким образом, первый 19 и второй 20 блоки измерения фазы, вычислитель 21 и цифроаналоговый преобразователь 22 составляют электронный тахометр. Для формирования гармонического сигнала, амплитуда которого пропорциональна частоте вращения ротора синхронной машины 1, используются первый 13 и второй 14 умножители, на первые входы которых подается напряжение U, а на вторые — соответствующие гармонические напряжения Б„ и 11 4, сформированные цифроаналоговыми функциональными преобразователями 23 Синус" и 24 "Кс синус ". 1 путем преобразования кода числа у в in у с помощью цифрового функцио2 нального преобразователя 29 "Синус" и в со з уz с помощью цифровг<го функционального преобразователя 30 "Косинус", которые затем соответственно преобразуются в напряжения с помощью цифроаналоговых преобразователей 31: К siny z = К sinmMt 24 — К6 cosy гп — Кб cosmQt где К вЂ” коэффициент передачи цифроаналоговых функциональных преобразователей 23, 24. На выходах первого 13 и второго 14 умножителей формируются гармонические напряжения: 3 7 zz 5 6 7 ( (12) U (4 Kz Lzl U2 = К K6 ° Kl cosmgt где К вЂ” коэффициент передачи умно7 жителей 15 и 16. Пройдя через первое 15 и второе 16 апериодические звенья, напряже16 1 ))« К6 К1 И вЂ” К (с i и (()Я(. — Q() 9 I -Ч() = (13) -11() (6 в 6 У (<) К (<) Г <) я (п)Я1 -11)) з > где К о гче К (а к<):)AA(tïèrlll ив ре(I (ill R<)t <) 9 it ятОроп<) 10 телей. обозна и(1ь (I!et) У C l I illl(15) Если 7 = Ki, U (ЦГ -(р) — К (2 С) . п(Г(С вЂ” 4 (16) К ((> (Д Г () Я (((((Дл — 4) ) (() К К <, 1) „ K К K(2 1 ния (1.) Ъ пр < ()(>;I ) ук)1< )I я ll Ilt )<»()И(я < брл t н и i я (и и« t <)p<)<- (и к о эффи ци Г и т l l f р е. (;) I I I и(рвого 15 и а1< р< и(16 лпериоди<и Гких .)я(пь< я, II..tÿ нормальной р iE)<)ты схемы эпектроиривопа необходимо Bblll() QHct(H(. уев ловия Ц> = (.1) (17) т.е. фазовый сдвиг (), вносимый первым 7 и вторым 8 фазочувствительными выпрямителями, должен равняться флзовому сдвигу 1ф, вносимому первым и вторым апериодическими звеньями. При вьп1олнении условия (17) урлвнения (16) имеют вид "7 = ° « U1 - к,гсв) ы (я -Ю); U«(K1(Ug(>) K i2 43) cos(m(>It -lg) (18) В соответствии с принципом действия электродвигателя 1 эти напряжения образуют в расточке его статора вращающееся магнитное поле, которое создает вращающий момент двигателя, приводящий ротор синхронной машины 1 во вращение с частотой, пропорциональной амплитуде напряжений U> и U(, Следовательно () = к,(к„п,„- к(, () ), (19) где К в — коэффициент, определяемь 1 . конструКТивными параметрами синхронной машины 1. (1 = агГ((;гйт — <;(,ниг ttn ф;((2 между ях<1((((((м и выходным напряжениями иервог<) 15 и вторс го 16 лпериодиче(.ких звеньев, à — иостояннля времени перв((. 15 и второго 16 лиерисдиче(ких звеньев, 1п К вЂ” К K К, ° К > - róììëð((ûè ко )фA» i(I(elis усиления . "()ходах tt(pR()ro 9 (I Rznpr)(() 10 Г ) h)л ll l II () Я ж(ля((Я „ „и(,;<)< — <() — ); (> « P(iII,-я уравнение (19) < тнГ)Гите((ьн<) $p скорости, полу !IIH Если коэффициент К Ав н К(2 выбрать 35 таким образом, чтобы выполнялось неравенство 4в то уравнение (20) преобразуется в 40 уравнение (д = — 1 < ))) = К У< „), (22) (2 Таким образом, вентильный электропривод поддерживает частоту вращения двигателя пропорциональной амплитуде напряжения сигнала управления при выполнении условия (17). Регулировочная характеристика )лектропривода, как следует из уравнения (22), имеет линейный характер. Применение в схеме электроприяодл электронного тахометра позволяет измерять частоту вращения без использования дополнительной измерительной электрической машины, массоглблрит1 6352 оказатели которой намного выше габаритных показателей электрон- элов, и надежность. ниже. Иэобрепозволяет повысить надежность ропривода и уменьшить его мас5 аритные показатели. ные п массо ных у тение элект согаб 15 35 45 Формула изобретения Вентильный электропривод, содержащий двухфазную синхронную машину, механически связанную с датчиком положения ротора, выполненным в виде вращающегося трансформатора, синусная обмотка которого подключена к синусной якорной обмотке синхронной машины через последовательно включенные первый фазочувствительный выпрямитель и первый суммирующий усилитель, а косинусная обмотка подключена к косинусной якорной обмотке синхронной машины через последовательно включенные второй фаэочувствительный выпрямитель и второй суммирующий усилитель, источник входного сигнала, подключенный к обмотке возбуждения вращающегося трансформатора, первый и второй умножители, первые входы которых объединенш, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности электропривода и уменьшения массогабаритных показателей, в него дополнительно введены четыре апериодических звена, первый и второй блоки измерения фазы, вычислитель, цифроаналоговый функциональный преобразователь "Тангенс", цифроаналоговый функциональный преобразователь "Синус, цифроаналоговый функциональный преобразователь "Косинус", причем каждый блок измерения фазы выполнен в виде последовательно соединенных делителя напряжений, аналого-цифрового преобразователя и 43 12 цифрового функционального преобразователя "Арктангенс", первый и второй входы делителя напряжения образуют первый и второй входы блока измерения фазы, а выход цифрового функционального преобразователя "Арктангенс" — выход блока измерения фазы, первые входы умножителей подключены к выходу цифроаналогового функционального преобразователя "Тангенс", вторые выходы первого и второго умножителей подключены соот. ветственно к выходу цифроаналогового функционального пребразователя "Синус" и выходу цифроаналогового функ-ционального преобразователя "Косинус, а выходы первого и. второго умножителей подключены через 20 первое и второе апериодические звенья к вторым входам первого и второго суммирующих усилителей соответственно, первый и второй входы блоков измерения фазы подключены соот5 ветственно к синусной.и косинусной обмоткам вращающегося трансформатора, причем входы второго блока измерения фазы подключены непосредственно, а входы первого блока — через третье и четвертое апериодическое звено соответственно, выход первого блока измерения фазы подключен к первому входу вычислителя, выход которого подключен к входу цифроаналогового функционального преобразователя "Тангенс", а выход * второго блока измерения фазы подключен к второму входу вычислителя и входам цифроаналоговых функциональных преобразователей "Синус" и "Косинус", причем вычислитель реализует функцию у = у — у при у1> О, у >0, у„(О, у рОО, у аО, у (Ои -(v -v ), при у1) О, Zq<0, где у и у — коды чисел на первом и втором входах вычислителя соответственно, 1 = 3, 14. 1635243 ФцГ 1 Составитель А.Иванов Техред JI.Сердюкова Корректор С.йевкун Редактор М. Цитки на Заказ 760 Тирах 334 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ° 113035, Москва, %-35, Рауиская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент" ° г. Укгород, ул. Гагарина, 101
