Вентильный электропривод

 

Использование: в системах автоматического управления, исполнительных устройствах роботов, станков с частотно-программным управлением. Сущность изобретения на первые входы суммирующих интеграторов 5-7 со сбросом поступает сигнал датчика 17 частоты вращения, а на вторые входы - произведение сигнала датчика частоты вращения и сигнала задания угла опережения включения с выхода блока 1 перемножения. Причем импульсы сброса каждого суммирующего интегратора синхронизированы с сигналами датчика 19 положения ротора. Пороговые блоки 8-10 сравнивают сигналы соответствующих суммирующих интеграторов с пороговым значением и формируют импульсы, длительность которых определяет заданный угол опережения включения зависящий только от сигнала задания угла опережения включения 2 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 К 29/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° Ь !

О (21) 4777794/07 (22) 05.01.90 (46) 30.06.92. Бюл. N 24 (71) Владимирский политехнический институт (72) С. И. Малафеев и M. В, Андрианов (53) 62 — 83.621.316.718.5(088.8) (56) Авдолоткин Н. П. и др, Управляемые бесконтактные двигатели, постоянного тока, Л: Энергоатсмиздат, 1984, с. 84 — 85.

Авторское свидетельство СССР

N 550732, кл. Н 02 К 29/06, 1977.

Авторское свидетельство СССР

N 663034, кл. Н 02 К 29/06, 1979..

Авторское свидетельство СССР

Nò 826513, кл. Н 02 К 29/12, 1981.

Авторское свидетельство СССР

N620004,,кл,,Н 03 К 29/06, 1978. (54) ВЕНТИГ. ЬНЫЙ ЭЛЕКТPОПPИВОД. Ж 1744769 А1 (57) Использование; в системах автоматического управления, исполнительных устройствах роботов, станков с частотно-программным управлением. Сущность изобретения; на первые входы суммирующих интеграторов 5 — 7 со сбросом поступает сигнал датчика 17 частоты вращения, а на вторые входы — произведение сигнала датчика частоты вращения и сигнала задания угла опережения включения с выхода блока 1 перемножения. Причем импульсы сброса каждого суммирующего интегратора синхронизированы с сигналами датчика 19 положения ротора. Пороговые блоки 8 — 10 сравнивают сигналы соответствующих суммирующих интеграторов с пороговым значением и формируют импульсы, длительность которых определяет заданный угол опережения включения, зависящий только от сигнала задания угла опережения включения. 2 ил.

1744769

Изобретение относится к автоматизированному электроприводу и может быть использовано преимущественно в высокоскоростных реверсивных вентильных электроприводах.

Изобретение решает задачу помехоустойчивого глубокого регулирования угла опережения включения секций якорной обмотки для обеспечения опережающей коммутации вентильного электропривода с различной скоростью вращения с целью улучшения его энергетических и механических характеристик, Известны вентильные электроприводы, содержащие синхронную машину, секции обмотки якоря которой соединены с источником питания через коммутатор, управляющие цепи ключей которого связаны с чувствительными элементами датчика положения ротора через устройство регулирования угла опере>кения включения, содержащее генератор сигналов регулируемой длительности и логические элементы

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и схемы И, Опережающая коммутация осуществляется изменением длительности импульсов задержки генератора в зависимости от сигнала управления, поступающего íà его вход.

Недостатком известных электроприводов является то, что из-за наличия помех в сигнале управления, длительность выходных импульсов генератора при постоянном управляющем напряжении нестабильная, что приводит к неопределенному значению угла опережения включения.

Известны также вентильные электроприводы, содержащие трехфазную синхронную машину, ротор которой механически соединен с датчиком поло>кения ротора, а секции якорной обмотки подключены к выходам полупроводникового коммутатора, управляющие цепи ключей которого соединены с чувствительными элементами датчика положения ротора, три логических элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ и схемы И с прямыми и инверсными входами. каждая в каждом канале усиления, два триггера, дифференцирующую цепь, схему сравнения и генератор треугольных импульсов. амплитуда которых обратно пропорциональна скорости ротора двигателя. Непрерывное изменение угла опережения включения секций в функции скорости двигателя производится путем задержки выходных сигналов чувствительных элементов ДПР с помощью упомянутых логических схем. Такое техническое решение обеспечивает различные углы опережения включения секции обмотки при изменении скорости электропривода.

Однако в известных электроприводах имеется дифференцирующая цепь, которая выделяет с полезным сигналом и сигнал помехи, что приводит к ложному срабатыванию триггеров и перезапуску генератора треугол ьн ых импул ьсов.

Аналогичным решением является вентильный электропривод, содержащий трехфазную синхронную машину с индуктором

10 электромагнитного типа, датчик положения .

55 ротора с чувствительными элементами типа дроссель насыщения и сигнальным элементом, выполненным в виде ромба, намагниченного в направлении большей диагонали, полупроводниковый коммутатор, преобразователь постоянного напря>кения в пере. менное, блок первой и второй временных задержек, подключенных последовательно друг к другу, формирователи выходных сигналов чувствительных элементов датчика поло>кения ротора и источник управляющего напряжения, выход которого подключен к входу первой временной задержки. Безынерционное регулирование угла опережения включения бесконтактных ключей коммутатора при любом направлении и частоте вращения достигается управлением первой и второй временными задер>кками от источника управляющего напря>кения, а также синхронизацией от преобразователя постоянного напряжения в переменное. Недостатками указанного электропривода является специальная (в виде ромба) форма сигнального элемента датчика поло>кения ротора, а также то, что наличие сигнала помехи на выходе источника управляющего напря>кения может приводить к сбою синхронизации первой временной задер>кки и последовательно с ней включенной второй временной задержки. что усложняет электропривод и делает схему чувствительной к помехе.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является вентильный электропривод, содержащий синхронную машину с датчиком положения ротора, выполненным с возможностью фазового сдвига выходных сигналов, выходная цепь которого соединена с входом полупроводник свого коммутатора, датчик тока и датчик скорости, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входом блока перемножения, выход которого через управляющее устройство подключен к входу датчика положения ротора, При этом величина угла опережения включения фазы определяется уровнем сигнала на выходе блока перемножения. Если на выходе блока перемножения имеется сигнал, отличный от нуля, то соответственно этому управляющее

1744769

50

55 устройство устанавливает датчик положения ротора в такое положение, при котором обеспечивается опережающая коммутация.

Данный принцип построения вентильного электропривода позволяет реализовать более высокий КПД электропривода.

Существенным недостатком известного электропривода является то, что пульсации и помехи с выходов датчика скорости и датчика тока через блок перемножения поступают на вход управляющего устройства датчика положения и приводят к неопределенному значению фазового сдвига выходных сигналов, что резко снижает КПД вентильного электропривода.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости изменения угла опережения включения вентильного электропривода, Поставленная цель достигается тем, что в известный вентильный электропривод, содержащий трехфазную синхронную машину, ротор которой механически соединен с датчиком положения ротора и датчиком скорости, а секции якорной обмотки подключены к выходам транзисторного коммутатора, блок перемножения, первый вход которого подключен к шине управляющего сигнала, а второй вход соединен с выходом датчика частоты вращения, дополнительно введены три формирователя сигналов датчика положения ротора, формирователь 120-градусных сигналов управления, три суммируюющих интегратора со сбросом, три пороговых элемента, три формирователя импульсов сброса, входы которых подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам формирователя сигналов датчика положения ротора, а выходы соединены с управляющими входами соответственно первого, второго и третьего интеграторов со сбросом, первые входы которых объединены и подключены к выходу блока персмножения, вторые входы также объединены и соединены с выходом датчика частоты вращения, а выходы подключены к входам соответственно первого, второго и третьего пороговых элементов, выходы которых подключены к вторым входам соответственно первого, второго и третьего логических элементов исключающее ИЛИ, первые входы которых подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам формирователя сигналов датчика положения ротора, а выходы подключены к входам логического формирователя 120-градусных сигналов управления коммутэто ром.

При реализации изобретения повышается помехоустойчивость регулирования угла опережения включения, что обусловлено введением суммирующих интеграторов со сбросом.

На фиг. 1 показана схема вентильного электропривода; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства изменения угла опережения включения.

Вентильный электропривод содержит блок 1 перемножения, формирователи 2, 3, 4 импульсов сброса, суммирующие интеграторы 5, 6, 7 со сбросом, пороговые элементы

8, 9, 10, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

11, 12, 13, формирователь 14 сигналов датчика положения ротора, логический формирователь 15 120-градусных сигналов управления коммутатором, полупроводниковый коммутатор 16, датчик 17 частоты вращения, i рехфазную синхронную машину 18 и датчик положения ротора 19, Выходы чувствительных элементов датчика положения ротора 19 через формирователь 14 сигналов датчика положения ротора соединены с входами соответственно первого, второго и третьего формирователей 2 — 4 импульсов сброса и первыми входами соответственно первого, второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

11, 12, 13, вторые входы которых подключены соответственно к выходам первого, второго и третьего пороговых элементов 8, 9, 10. Шина управления подключена к первому входу блока 1 перемножения, второй вход которого соединен с выходом датчика 17 частоты вращения и вторыми входами суммирующих интеграторов 5, б, 7, первые входы которых объединены и подключены к выходу блока перемножения. Выходы формирователей 2, 3, 4 импульсов сброса подключены соответственно к управляющим входам первого, второго и третьего суммирующих интеграторов 5, 6. 7, т. е. выход элемента 2 соединен с управляющим входом элемента 5, выход элемента 3 с входом элемента б и т. д., а выходы суммирующих интеграторов 5, 6, 7 соединены соответственноо с входами первого, второго и третьего пороговых элементов 8, 9, 10. Выходы элементов исключающее ИЛИ 11, 12, 13 через логический формирователь 15 120-градусных сигналов управления соединены с управляющими входами полупроводникового коммутатора 16.

Вентильный электропривод работает следующим образом.

Сформированные сигналы 014.1, 014,2, 01а,з выходов формирователя 14 сигналов датчика положения ротора (фиг. 2) длительностью 180 эл.град., сдвинутые относительно друг друга на 120 эл.град., поступают на формирователи 2. 3, 4 импульсов сброса, 1744769 которые по передним и задним фронтам сигHB)loB О14.1 О14.2 О14.3 формируют сооТ ветственно импульсные последовательноСти О2, U3, U4, СбраСываЮщиЕ СуммируЮщиЕ интеграторы 5, 6, 7 в нулевое состояние, 5

Сигналы с выхода интеграторов 5, 6, 7, являющиеся результатом интегрирования суммы сигналов с датчика скорости О17 и блока перемножения U1, сравниваются на пороговых элементах 8, 9, 10 с пороговым значени- 10 ем Un, Поскольку длительность сигналов с формирователя 14 сигналов датчика положения ротора в угловых единицах равна 180 эл.град и зависит от скорости вращения, то длительность интервала между импульсами 15 сброса в последовательностях U2, О3, U4 равна г = 7г/m г)), где m — число пар полюсов машины; и) — частота вращения. При нулевом задании угла опере>кения включения на входе суммирующих интеграторов 5, 6, 7 20 присутствует только сигнал с датчика 17 скорости О17=К со, где Kg — коэффициент пропорциональности; (о — частота вращения, рад/с; причем амплитуда пилообразного напряжения Ug, Оа, О7 на выходах суммиру- 25 ющих интеграторов 5, 6, 7 равна пороговому значению Ол элементов 8, 9; 10 сравнения, т, е. выполняется условие:

Оп =)" О17с11 = 3 Kg ())(31 = Кд г)) г; о о 30

Учитывая, что т =Ып1 г)) получим

Un=Kg x/m, из этого следует, что амплитуда пилообразного напряжения на выходах суммирующих интеграторов не зависит от скорости враще- 35 ния и равна постоянной величине, например, Un, где Un — чапряжение срабатывания пороговых элементов 8, 9, 10.

При действии сигнала управления Uy, на выходе блока 1 перечно>кения формируется сигнал U1, равный произведению сигнала управления Uy и сигнала U17 датчика скоРости, т. е, U =КуОуО17, гДе Ky — коэффициент пропорциональности. Это приводит к увеличению амплитуды пилообразных на- 45 пряжений О, Ов, О7 пропорционально сигналу задания угла опере>кения включения.

Пилообразное напряжение Ug — U7 с выходов суммирующих интеграторов 5 — 7 ñðàâнивается на пороговых элементах 8, 9, 10 с напряжением Un. При этом на выходах пороговых элементов 8 — 10 формируются Оя—

О1о, Момент времени г1 достижения сигналом с выхода соответствующего интегратора уровня переключения Un определя- 55 ется из условия

Un = f " (U1+ О17)б = т1 (Kg KyUy o) + Kg г)))бс =

=--(Кц KyUy И + Kg со) т1, Решение этого уравнения относительно т1 даЕт

Un

Учитывая, что требуемый угол опережения вкл ючен ия /3 on ределяется из в ы ражения

p =.7г (1 — т1бт) и Un = К кlп1, à r =,7г/т г)), получим зависимость P OT сигнала задания

Uy, mU, ки л1,(KyUy +1) к„и, + Т

Таким образом, угол опережения включения /3 в предлагаемом техническом решении зависит от сигнала Uy задания при

Ky=const. Например, при Оу=Оугол опере>кения включения /» =О.

При подаче на входы схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, 12, 13 сигналов Ов, Ug, U1o с выходов пороговых элементов 8 — 10 и сигналов U14,1 — U14.3 с выходов формирователя 14 сигналов датчика положения ротора формируются три последовательности импульсов

О11, U12, U13 длительностью 180 эл.град., сдвинутые относительно друг друга на 120 эл.град., а относительно импульсов U141, U14 2, О14,3 на величину заданного угла опережения включения, величина которого может изменяться в пределах от 0 до 180 эл,град, Логический формирователь 15, выполненный по известным схемам, преобразует U11 — U13 в 120-градусные сигналы управления полупроводниковым Koммутатором 16, к выходам которого подключены секции якорной обмотки.

Помехоустойчивость устройства повышается за счет введения интеграторов со сбросом, так как появление сигнала помехи на выходе блока перемно>кения. практически не влияет на результат сравнения tlopo говых устройств и. следовательно, на величину углафопережения включения. Диапазон изменения угла j$ опережения включения до 180 эл.град. достигнут формированием импульсов сброса соответствующего интегратора, следующих с периодом

180 эл, град.

Использование предлагаемого устройства в высокоскоростных реверсивных вентильных электроприводах позволяет обеспечить помехоустойчивое глубокое регулирование угла опережения включения, улучшить энергетические и механические характеристики.

Формула изобретения

Вентильный электропривод, содер>кащий синхронный электродвигатель, секции

1744769

10 б !

Фиг. 2 якорной обмотки которого подключены к выходу транзисторного коммутатора, а ротор механически соединен с датчиком положения ротора и датчиком частоты вращения, блок перемножения, один вход которого предназначен для подачи управляющего сигнала, а второй вход соединен с выходом датчика частоты вращения, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, датчик положения ротора снабжен формирователем сигналов о положении ротора, установленном на его выходе, и введены формирователь 120-градусных сигналов управления, выходами подключенный к входу транзисторного коммутатора, три логических элемента ИСКЛ ЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходами соединенные с входами формирователя 120-градусных сигналов, три формирователя импульсов сброса, вход каждого из которых соединен с первым входом соответствующего логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и подклю5 чен к одному из выходов. формирователя сигналов положения ротора, три интегратора со сбросом, управляющие входы которых подключены соответственно к выходам формирователей импульсов сброса, первые ин10 формационные входы подключены к выходу блока умножения, а вторые информационные входы — к выходу датчика частоты вращения, три пороговых элемента, каждый из которых включен между выходом

15 одного из интеграторов и вторым входом соответствующего логического элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.