Вентильный электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к автоматизированным электроприводам с вентильными электродвигателями . Целью изобретения является расширение диапазона регулирования. Электропривод содержит вентильный электродвигатель 1 с питанием от-регуляторов тока, датчик 3 положения ротора которого подключен к двухканальному регулятору 8 частоты вращения. Датчик 4 частоты вращения образует обратную связь по частоте вращения, В электропривод включены делитель 12 напряжения, инвертор 13, два двухвходовых компаратора 14, 15. Регулятор 8 частоты вращения выполнен в виде двух каналов , первый из которых, состоящий из последовательно соединенных фильтра нижних частот и основного регулятора частоты вращения, работает в установившемся режиме работы электропривода и при малых и медленных отклонениях частоты вращения от заданной. В переходных режимах при больших отклонениях частоты вращения от заданной и в первую очередь при пуске к процессу регулирования подключается второй канал, состоящий из дополнительного регулятора частоты вращения с большим коэффициентом передачи. 2 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 К 29/06, Н 02 P 6/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4644760/07 (22) 31.01.89 (46) 07.01.92. Бюл. М 1 (71) Мо-ковский текстильный институт им, А. Н, Косыгина (72) В. А. Соловьев (53) 621.3 t 6.718(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1324088, кл. Н 02 P 6/02, 1987.

Авторское свидетельство СССР

М 1279040, кл. Н 02 Р 6/02, 1986. (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматизированным злектроприводам с вентильными электродвигателями. Целью изобретения являетСя расширение диапазона регулирования.

Электропривод содержит вентильный электродвигатель 1 с питанием оТ регуляторов тока, датчик 3 положения ротора которого

ЫЛ«1704239 А1 подключен к двухканальному регулятору 8 частоты вращения. Датчик 4 частоты вращения образует обратную связь по частоте вращения, В злектроп ривод включены делитель 12 напряжения, инвертор 13, два двухвходовых компаратора 14, 15. Регулятор 8 частоты вращения выполнен в виде двух каналов, первый из которых, состоящий из последовательно соединенных фильтра нижних частот и основного регулятора «астоты вращения, работает в установившемся режиме работы электропривода и при малых и медленных отклонениях частоты вращения от заданной. В переходных режимах при больших отклонениях частоты вращения от заданной и в первую очередь при пуске к процессу регулирования подключается второй канал, состоящий иэ дополнительного регулятора частоты вращения с большим коэффициентом передачи. 2 ил.

17 "239

Изобретение 01 НГ«си Fc < к B}tlектрот<3хнике. в частности к tfe«."-"=- с 40<«о)лу эл-3::троприводу с вентильi } ." эле)трг>д, игл«е )ем, Цель изобретения — расширение д.)BOBзона регулирования частоты вращения. 5

На фиг. 1 прсi;,ст;IR-<е»В фу)4кц(.ot. »!tная схема вентиГ)ь«<О 0 электроприяода; на фиг. 2 — временные диа Г рлл) м ы, пояс ня)0щие работу электрог}ри(ода.

Вентильный электропривод содержит 10 синхро))ный злектродви(а ель 1, ротор 2 которого механически сс -.ди;.ен с датчиком. 3 положения ротора и дат} ико(л 4 эстоты вращения, а фазные сбл (>Г.и 5 и () }:грез ре}-уляторы 7 то".а пэ;.>«(л«очо«4<ы к выходам 15

Датчика 3 полО)кения р(>ГО .B уп«. )*Г«Я!0<ций вход которого подкл очен к выходу регулятора 8 частоты врлв;0)4ия. вход которого подкл)очен к выхс«ду э.::с ле«та 9 роавне(иля, первый вход которого подкл<очгн к задатчи- 20 ку 10 частоты вра<щения. а второй вход г)одключен к выходу датчика 4 частоты вргщения, логи "ски,.; =

Регулятор 8 частоты вращения с()абжен дополнительным входом 16 и выполнен

ДВУХКаНаЛЬНЫМ, ПРИ Эте . I ПВРВЫй КаНаЛ ВЫполнен в виде последе«ва(ельно соединеннь.х фильтра 17 Hlfíit.)I:. частот и основ)«ого 30 регулятора 18 частоты вращения. Второй канал выполнен в виде посге. -;овательно соединенных дополнительного регулятора 19 частоты вращения и ключа 20. Выходы соответственно регулятора 18 вращения и ключа 35

20 подключены к двул", входам сумматора 21, выход которого образует выход регулятора частоты вращения, осн вной вход которого образуют объединенныг входы фильтра 17 нижних частот и peiyns -ора 19 частоты вра- 40 щения, а дополнительный вход 1б образован входом управления ключа 20.

Датчик 3 положения ротора может быть выполнен на базе синусно-коси)<усного RpB щающегося трансформатора с Ч}ил ьт ром 45 нижних частот HB выходе, при это)л постоянная времени саста вляет 0,1 мс. Или liB основе фотоэлектрического цифро-аналогово(о датчика.

Делитель 12 напряжения слу кит для за- 5) дания максимальной относительной ошибки регулирования частоты врав(ения OT влияния возмуща«ощих воздействий.

Фильтр 17 ниж))их частот имеет посто1 5Г1

ЯННУЮ ВРЕМЕНИ Т,,«) — -- —,ГДЕ (())и««< -ЦИКl r) } и}«< лическая частота пер(}ой гармони <еской с 0 с T,"., я п я ю .-", е и I! ) « i c, }, I l l ь t. i <э д и о Г О « I л и р яЖPI,I .Я ДЛ«т}<;)Ка }<:.C!OTH ВРа(;3«;«Я (,)Е-.ЕРси <<40ГО TBxol IIOp )то«)а постояннОГО т()кг)).

Коз<)}<,}ициен) передачи и Г)ос) <..II4IIBv и««тегрирования oc! IO()IIO(o р(ну I}i!OpB часто) « I вращения рассч и а) «ы для условия устойчиBL l4 работы нерея pc!4!3«fo(0 яен4и<)ь)«ОГ(> эл ктропривода нл но(;инлл«,ной )лсто) вращения. Hp I этом из-эл бол(. шой Г)остов;<най времени фильтра 17 нижних частот допуст(4л4«,««4 коэффиц(",ент передачи невысок.

Коз<)}фиц()ент lloð}.äB÷è дoполнит(;льнî(о регулятора 19 час)о(ь(арля<ения нлоборот, очень высокий и Г)ресышаст Гз 10-100 рл", );оэффициент г«(.реда I(1 регулятора 13 члс)оты ьрлщения, Вентильный элекгрог}рияод рэботлет следующим образом, Г1ри подаче на второй вход элементл 9 сравнения и соед(4неннь«Й с l<)1!4 вход делителя 1? напряжения сигнала управления в виде пОстОЯннОГО наГ)«)Я .(4««ия U ig Г)олож<и тельной поляГ<ности и прямо пропорциоíBльного задэ!4tfîму I

10 частоты вращения, Это нлпря)(ение поступает на вход фильтра ).Ижних час)от, пропорциональное звено 19 и на инвертируюц }ие входы двухвходовых кot4t1BpB ГGpOR} 14 и 15. На неинвертирующий Вход двухвходового компарагора 14 и вход и)«ьерторл 13 подается выходное напряжение делителя

12 напряжения U)2, которое при соответствующем выборг его козффиц«4ентл деления по абсолютной величине равно амплитуде

Il ë ьсаЦий выходного HB(1pft)f(« f4! i)I датчика 4 частоты вращения при установившемся режиме работы вентильного электропригодл на заданной частоте opBU(CI<(4"l, т.е. составляет (5-15);4 от напряжения UI;) сигнлла управления. С выхода инвертора 13 нг неинвертирующий вход д«<ухлходс()огo v0lл паратора 15 посту()лет напр)<же««ие, равное по абсолютной величин(выходному нлпряжснvю 0)р делителя 12 напряжения, но проТи ВО««ОЛО КНОй П(>ЛЯ )НОС)И.

В связи с тем. что выходное 1«3(lp}1:I;(lf(10

Uq элемента 9 сравнения по лбсолю(ной величине больше выходно(о нлпряжения

<>12 делителя 12 напряжения и вь«лоДIIOГО напряжения и« )()рторэ 13. (}ь}лод«<(«е tl;l

n0fl« ескс и "1", и про; сх. :...Г г« 1 0 ««<ие кл o Iл 20. В ыхо, lн . <. )< 3<1 a ." ., .е ("у<«610ра

19 часто) ы врл,.<åtl.«Я .:::,;; ч ) «}л (ди «} э

1704239 входов сумматора 21. Одновременно на его другой вход подамся выходное напряжение основного регулятора частоты вращения Uta, которое из-за наличия в нем интегральной части и инерционных свойств 5 фильтра 17 нижних частот существенно меньше выходного напряжения регулятора

19 часготы вращения U>g. Входное напряжение сумматора 21 подается на вход датчика 3 положения ротора, Возникающие на 10 его выходах напряжения поступают h3 входы регуляторов 7 и 8 тока. Они формируют в фаэных обмотках 5 и 6 ток л, амплитуда которых прямо пропорциональна выходному напряжению сумматора 21. В результате 15 взаимодействия магнитного поля, создаваемого в статоре синхронной электрической машины 1 этими токами, с магнитным полем. ротора 2 образуется вращающий момент.

При уполянутом выше коэффициенте пере- 20 дачи регулятора 19 частоты вращения вращающий момент превышает момент сопротивления и ротор 2 синхронной электрической машины 1 начинает вращаться.

По мере разгона ротора 2 синхронной 25 электрической машины 1 увеличивается выходное напряжение реверсивного тахогенератора 4 постоянного тока. Выходное напряжение Оч элемента 9 сравнения уменьшается и при достижении игл значе- 30 ния, равного выходному напряжению 012 делителя 12 напряжения, выходное напряжение первого доухвходового компарзтора

14 становится эквивалентным логической

1", а выходное напряжение второго двух- 35 входовсго компаратора 15 будет соответствовать логическому "0". На выходе двухоходового логического элемента 11 совпадения устанавливается напряжение, соответствующее логическому "0" и ключ 20 40 отключается.

Поскольку в этот момент выходное напряжение регулятора 18 частоты вращения еще не будет равно величине. при которой в синхронном электродвигателе 1 создается 45 вращающий момент, равный среднему моменту сопротивления, его ротор 2 некоторое время по инерции будет разгоняться, а затем его частота вращения и, соответственно, выходное напряжение реверсивного 50 тахогенератора 4 начнут уменьшаться. Это приводит к возрастани а выходного напряжения Ug элемента 9 сравнения, и при превышении им выходного напряжения Uiz делителя 12 напряжения выходные напря- 55 женил доухвходооых компараторов 11 и 12 становятся эквивалентными логическому

0". Вь ходное напр- жение двухаходового логического блока 14 устанавливается равным логической "1".. и ключ 20 включается снова. Выходное напряжение сумматора U8 резко возрастает. Вращзющий момент, развиваемый синхронной электрической машиной 1, становится больше моменте сопротивления, и частота вращения роэора

2 начнет увеличиваться.

В дальнейшем все неоднократно повторяется по вышеописанному циклу. Одновременно с этим за счет работы интегральной части регулятора 18 частоты вращения и фильтра 17 постепенно его выходное напряжение достигает величины. при которой вращающий момент синхронной электрической машины 1 становится равным среднему моменту сопротивления, подключение регулятора 19 частоты вращения прекращается. Однако процесс пуска вентильного электропривода на этом не завершается.

Из-за наличия в нем инерционных элементов, т;е, синхронной электрической машины

1, датчика 3 положения ротора, фильтра 17 нижних частот, реверсивного тахогенератора 4 постоянного тока, будет происходить дальнейшее увеличение выходного напряжения регулятора 18 частоты вращения и частота вращения ротора 2 будет возрастать. Выходное напряжение реверсивного тахогенератора 4 постоянного тока превысит напряжение 01о сигнала управления, и выходное напряжение Ug элемента 9 сравнения становится отрицательной полярности.

Если оно по абсолютной величине не будет превышать выходное напряжение U>z делителя 12 напряжения, то выходные напряжения двухвходовых компараторов 14 и

15 будут соответственно экоиоалентны логической "1" и логическому "0". Выходное напряжение логического элемента 11 совпадения будет соответств >BBTb логическому

"0", и ключ 20 будет разомкнут.

При превышении частоты вращения синхронной электрической мзшиной 1 заданного с помощью напряжения Ula сигнала управления значенля настолько, что абсолютная величина выходного напряжения Ug элемента 9 сравнения будет больше выходного напряжения Од делителя 12 напряжения, уровни выходных напряжений доухвходооых компараторов 14 и 15 становятся равными логической "1". На выходе двухвходового логического элемента 11 совпадения напряжение будет соответствовать логической "1". з кл|оч 20 включается, В результате на. входы сумматора 21 будет поступать выходное напряжение п0ло:кительной пог.ярнасти регулятора 18 частоты вращения, выходное напряжение отрицательной полярности регулятора 19 частоты вращения, причем по -.п< днее по зб-

П0а239

0.1«ют1«ой вели ««)не будет nf)BI í«.iàòü первое, В1)а«цающ««и момент с««нхр<>11!10й элект рической мап:ины 1 изме««яет ci)00 напг)ае)«ение и ее ро)ор г)О>«тс рмlê»làå)cÿ, После оконч.-.;I«я переходно«0 процесса в станов»вием> я р;..жиме частотл вра цеI» я си««хрон««огг) э-«е:троде".ãà)åëë 1 станоI «»c равной зада;*,ному значен»10, Ключ 20 и;,» этом разом;.Нут и работает только регуr 70P 18; 1,;,;«;.е, . При Отр»цатель«;Ой псляр<но ти нэпряХ "1-И Ч «.1 Ч) СГ " Ла «)>n! 15ÈIÑ«».".)Я "2"ÍTI.1ËLIIÛÈ электропривод в установив Ое«.ся и переход«11«х ре)ки1«,"х )лГогает àl,à",0«»чно.

Регулл" oр час)сгы вращения электропр«)во>.а выполнен в виде двух каналов, первый из которых, состоящии из последовательно соединенных Фильтра HMMHI" частот и основного регулятора частоты ерав«ения, работает в установив«)«емся ре)«;име p" боты вi нтильноl о электроnр11водз и при II;.0>«õ и медве>1:-.. х отклонен»ях часто;v в,)ащения От э;«да1«ной«, Наличие в этом ка««але ф льт1)э нижних частОт снижает кОл:.áàí«:,q частсты еращеТ«ия вентильного электропривода, обус>Ловленные пульсация>"» выходного напряхкения рсьерсивного тахогенератора посто.-, II«0 о то .а. В переходных режимах при болье)их отклонениях частоты вращения от заданной, 1; в первую очередь при пуске, к процессу регулирования частоты в«)а«цг:ния вентильнолго O lGKTропривода подключается второй канал регулятора частоты вращения, содержащий пропс рц;«ональное звено.

Тем самым повышается быстродействие электроприэодэ и снижается нижний пр дел регулирования частоты вращения, Формула иэоЬретения

Вентильнь«й электропривод, содержащий синхронный электродвигатель, ротор

КОТОРОГО МЕХаННЧЕСКИ СОЕДИНЕН С ДатЧИКОМ положения ро Ора и датчиком частоты вравцения, а фаэные Обмотки чсрез регуляторы

ТОК 3 ПОДКЛ К)Ч-:;1«Ь« К Bbl) OÄñ Ì Д<)1 ««И КЗ ПОЛО)кения (ъотора, уп()авляюе и<«1 вхОд кото()ОГО

nOf)™<<11«" Сн 1 ЕЫХО><У РЕ«У>1ЯТ«)Ра Ч<)C<ОТ<« вращения, Основной вход Kol oporo подкл«0че«, к выходу элемента сраенения, первый в);Од которого предназначен для no,",v,>)io÷åHHQ к задатчику частоты вращения, а l«opo!1 вход подключен к выходу дат ика частогы

0ращен»я, и г«огическии злеменг совпаде10 ния, о т ) и ч а ю шийся тем, что, с цель«о расширения диапазона регулироеа 1»я Iaстоты вращения, введены делитель напряжения, инвертор и деа двухеходоеых компаратора, а регулятор частоты вращения

15 снабжен до«)олнительнь!и входом и выполнен двухканальным, при этом первый канал вь«полнен в виде последователь»0 соединенных «)»льт«)а нижних «астот и основного регулятора частоты еращ:ния, второй канал

20 выполнен в сиде последовател«.но соеди ненных дополнитель««ого регулятора частоты вращения и ключа, причем выход основного регулятора частоты:ращения и

ВЫХОД КЛЮ «а ПОДКЛЮЧЕНЫ К ВХОДаМ C;>: гМЛ rO25 ра, ьыход сумматора образует в ыхс>д регулятора частоты вращения, дополнигельный вход которого образо ан управляю«дим входом ключа, а основной вход образован обьединенными входами «,>ильтра нижних

30 частот и дополнительного регуляторз «астоты вращения, причем к допол««ительному входу регулятора частоты вращения 1)одключен выход логическofо элемента совпадения, два входа которого подключены

35 соответственно к вюлдэм двух двухеходовых компараторов, первые входы которых обьединены и подключены к выходу элемента сравнен»я, вто1)ой вход второго двухеходового компаратора через инвертор

40 объединен с вторым входом первого двухвходового компаратора» подключен к BI4xoду дел»тел««напр)1)1;ения, вход которого

ПРЕДНаЗНаЧЕН «ЛЯ Г)ОДКЛЮЧЕНИЯ К ЗЛДа) ч»КУ частоты вращения.

1704239

Составитель С.Сон

TexpeA M.!Ëoðãåíòàë

Редактор И.Тупица

Корректор З.Лончакова

Производственно-издагельский комбинат "Патент". г. ужгород ул.Гагарина, 101

Заказ 68 Тираж Подписное

ВН 1" t lM Государственного комитета по изобретениям и открышям при ГКНТ СССР

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