Способ управления электродвигателем с вентильным преобразователем и устройство для его осуществления

 

Использование: для отработки ступенчатых программно-задающих воздействий при регулировании скорости вращения электродвигателей различных производственных механизмов. Сущность изобретения: способ управления электродвигателем заключается в том, что измеряют частоту вращения электродвигателя, фазные токи и напряжения, преобразуют измеренные фазные токи в напряжении, нормируют измеренные напряжения и напряжения, полученные в результате указанного преобразования фазных токов, сравнивают их мгновенные значения между собой и определяют их разность e(t), одновременно сравнивают измеренное значение частоты вращения с заданным дискретным программно-задающим воздействием, формируют дискретное значение ошибки E(t) по частоте вращения, а управляющие импульсы подают в момент времени, определяемый по установленной зависимости. Устройство для осуществления способа содержит блок тиристорных коммутаторов 1, электродвигатель 2, датчики напряжения и тока 3, 4, преобразователи ток-напряжение 5, нормирующие устройства 6, суммирующие усилители 7, функциональные преобразователи 8, инвертирующие усилители 9, линейные ключи 10, триггеры 11, дифференцирующие схемы 12, формирователи импульсов 13, выполненные в виде одновибраторов, программно-задающий блок 14, датчик частоты вращения 15, времязадающую схему 16, сумматор 17, управляемый квантователь 18, задатчик тактовой частоты 19, в качестве которого может быть использовано сетевое напряжение, умножитель частоты 20 и релейный элемент с регулируемой петлей гистерезиса 21. 2 с.п. флы, 3 ил. w Ё 00 со GJ ю ел Os

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 M 1/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4904389/07 (22) 29,12,90 (46) 15,08,93. Бюл, М 30 (75) С,П. Ботуз (56) Авторское свидетельство СССР

М 1319181, кл. Н 02 Р 5/00, 1984.

Автоматизированный электроп ривод/Под ред, Н.Ф. Ильинского. — M.: Энергоиздат, 1980., с. 234-236. (54) СПОСОБ УП РАВЛ ЕНИЯ ЗЛ ЕКТРОДВ ИГАТЕЛЕМ С ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: для отработки ступенчатых программно-задающих воздействий при регулировании скорости вращения электродвигателей различных производственных механизмов. Сущность изобретения: способ управления электродвигателем заключается в том, что измеряют частоту вращения электродвигателя, фазные токи и напряжения, преобразуют измеренные фазные токи s напряжении, нормируют измеренные напряжения и напряжения, полученные в результате указанного преобразования фазных токов, сравнивают их мгновенные значения между собой и опреИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для отработки ступенчатых программно-задающих воздействий при регулировании скорости вращения электродвигателей различных производственных механизмов.

Цель изобретения является повышение основных показателей качества отработки

» ЫЛ 1833956 А1 деляют их разность e(t), одновременно сравнивают измеренное значение частоты вращения с заданным дискретным программно-задающим воздействием, формируют дискретное значение ошибки E(t) по частоте вращения, а управляющие импульсы подают в момент времени, определяемый по установленной зависимости. Устройство для осуществления способа содержит блок тиристорных коммутаторов 1, электродвигатель 2, датчики напряжения и тока 3, 4, преобразователи "ToK-напряжение" 5, нормирующие устройства 6, суммирующие усилители 7, функциональные преобразователи 8, инвертирующие усилители

9, линейные ключи 10, трйггеры 11, диффе- Я ренцирующие схемы 12, формирователи импульсов 13, выполненные в виде одновибраторов, программно-задающий блок

14, датчик частоты вращения 15, времязадающую схему 16, суйматор 17, управляемый квантователь 18, задатчик тактовой частоты

19, в качестве которого может быть использовано сетевое напряжение, умножитель частоты 20 и релейный элемент с регули-. QQ. руемой петлей гистерезиса 21. 2 с.п. ф- (А) лы, 3 ил. (АЭ программно-задающих воздействий, а именно, быстродействия и точности путем пассивной настройки (адаптации) каждого канала управления.

На фиг. 1 представлен пример реализации устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2, 3 — временные диаграммы, поясняющие работу заявленного технического решения.

1833956 тактовой частоты 19, в качестве которого может быть использовано сетевое напряжение, умножитель частоты 20 и релейный элемент с регулируемой петлей

5 гистереэиса 21, Устройство функционирует следующим

"Образом, В начальный момент времени— момент подачи, например, ступенчатого программно-задающего воздействия (ПЗВ), 10 на выходе сумматора 17 будет сформирован соответствующий сигнал ошибки E(t) (фиг.

2,а), обеспечивая на выходе релейного элемента 21 формирование сигнала, Upsi (фиг.

2,б), который может быть описан следую"5 щим зависимостями

sign Е (t), при I E (t) I а1 для всех t > 0;

Upsi =

Vpp (l-1), при Е (t) E (-а1, а1) для всех t > 0; где

+ 1, при Е (t) > 0;

О, при E(t)=0; — 1, при Е (е) <О;

sign Е (t) =

Еф(с) = (UÄ(t) — U;(t)Kg(t), 30

Устройство для управления электродвигателем с вентильным преобразователем содержит блок тиристорных коммутаторов

1, электродвигатель 2, датчики напряжения и тока 3, 4, преобразователи "ток-напряжение" 5, нормирующие устройства 6, сул1мирующие усилители 7, функционалЬ-" ные преобразователи 8, инвертирующие усилители 9, линейные ключи 10, триггеры 11, дифференцирующие схемы 12, формирователи импульсов 13, выполненные в виде одновибраторов, программнозадающее устройство 14, датчик скорости

15, времязадающая схема 16, сумматор17, управляемый квантователь 18, задатчик

2 а1 — величина зоны гистерезиса, I а1 I = (k2/k1)U1 и -а1 =-(Е2! k1) U2, при этом

k1 и k2 коэффициенты усиления соответствующих усилителей, Кроме этого, s начальный момент подачи ПЗБ на выходе времязадающей схемы будет сформирован сигнал сброса, поступающий на соответствующий вход управляемого квантователя 18 — на его третий вход.

Этот процесс реализован путем кратковременного замыкания кл|очей квантователя, которые шунтируют элементы его аналоговой памяти. В свою очередь срабатывание релейного элемента 21 приведет к формированию сигналов запуска в каждой фазе каналов управления по цепи последовательно соединенных триггера 11, дифференцирующей схемы 12 и формирователя импульсов

13, При этом на выходе одновибратора 13 короткий импульс (см. фиг, 2,в) приведет к коммутации обмоток электродвигателя к источнику сетевого напряжения. Здесь и далее для упрощения пояснений будем рассматривать процесс формирования управляющих воздействий на примере формирования сигнала управления в одной фазе, т,к, зто процесс справедлив для каждой фазы в отдельности, Измеренные значения фазных токов ta (Ы, lc) преобразовывают в напряжение с

50 помощью преобразователя "ток-напряжение" 5. Полученные значения напряжений и токов через нормирующие устройства 6 поступают на соответствующие входы суммирующего усилителя 7, на выходе которого формируется разностный сигнал (см, фиг, З,а), где Кф(т) — коэффициент усиления сумматора 7, U<(t) и Ui(t) — нормированные величины измеренных значений (мгновенных) на-. пряжения и тока соответственно. Каждый из которых получают на выходе соответствующего нормирующего устройства, реализованного, например на основе использования двухтактной схемы включения

МДП-транзисторов.

Кроме того, в схеме нормирующего блока коэффициент передачи уменьшается начиная от самых малых входных сигналов, а не от заданного номинального значения, как зто имеет место в управляемых ограничителях, Это позволяет нормировать измеряемые значения тока и напряжения в каждой фазе на основе использования сжимающих отображений их амплитудных значений, а именно, для гармонических;

UU(t) = Au(t) sin м t и U<(t) = Ai(t)*sin(cu t —.Ф); обеспечивая Au(t) = Al(t) = A(t) для всех т > О, а это позволяет получить на выходе суммирующего усилителя 7 гармонический сигнал следующего вида: e(t) - 2Аэ!п(Ф/2) х

xcos(m t — Ф/2), т.е, получаем нормированные разности входных значений токов и на1833956 пряжений соответствующих фаз (см, фиг.

2,б).

Сигнал нормированной разности e(t) поступает на вход функционального преобразователя 8, работа этого блока может быть 5 описана следующими соотношениями

+ 1, при I е (t) I > m (t);

4(И), при I e (t) I E I m (t) п, m (t) I;

О, при I e (t) I >m (t) - n;

15 где

Ц

m(t) =К f Е(t)й+и, 20

t1 — t(i-1) — кратна частоте изменения сетевого напряжения, при этом кратность этой длительности устанавливают

< 1/(Кр fc), коэффициент кратности Кр можно выбрать, например, на основе использо- 25 вания теоремы отсчета непрерывных сигналов в дискретном представлении 2.

Процесс формирования выходного сиг- . нала функционального преобразователя проиллюстрирован на фиг. З,в. При этом на фиг. З,г показаны моменты формирования импульсных сигналов на выходе формирователя импульсов 13, а на фиг. З,а заштрихована соответствующая область открытого состояния тиристоров коммутатора 1.

Как видно иэ приведенных соотношений для случая dÅ(t)/dt = О, за счет запоминания предшествующего состояния выходной величины релейного элемента

Ерэ(! — 1), для всех E(t) E(-а1, а1), где I2а1L g ап — величина требуемой (заданной) точности отработки ПЗВ, устраняется возможность потери информации о сигнале ошибки, что поясняет эффект повышения точности отработки ПЗВ в режиме отработки малых изме- 45 нений E(t) без необходимости вычислять производную от изменения сигнала ошибки, При этом угол проводимости тиристоров в каждой фазе будет функционально связан с текущими значениями основных показате- 50 лей качества отработки программно-задающих воздейотвий.

Степень функциональных связей можно раздельно установить для каждого канала управления как перед включением в работу 55 устройства управления. так и непосредственно во время обработки, например, каждой "ступеньки" программно-задающих воздействий, Вышеописанные возможности во многих практически важных случаях программного управления электроприводами, с точки зрения упрощения процесса настройки и оптимизации режимов регулирования (плавности переходных процессов при пуске за счет уменьшения интенсивности электромагнитных процессов), выгодно отличают данный способ и устройство от известных технических решений.

Формула изобретения

1. Способ управления электродвигателем с вентильным преобразователем, при котором измеряют частоту вращения электродвигателя, фаэные токи и напряжения и подают управляющие импульсы на соответствующие ключи преобразователя в определенной последовательности для подключения электродвигателя к источнику питания, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения качества регулирования, преобразуют измеренные фазные токи в напряжения, нормируют измеренные напряжения и напряжения, полученные в результате указан ного и реобразования фазных токов, сравнивают их мгновенные значения между собой и определяют их разность e(t), одновременно сравнивают измеренное значение частоты вращения электродвигателя с заданным .дискретным программно-задающим воздействием, формируют дискретное значение ошибки E(t) по частоте вращения, а управляющие импульсы подают в момент времени, определяемый по следующей зависимости;

+ 1, при le (t)l > m (t);

Ф3= Ф(1-1), при I е (t) I C m (t) - п, m (t) I, О, при Ie (t) I >m (t)- n;

Ц. где m(t} = К ) E(t)d(t)+ n — пропорциональН вЂ” 1 но-интегральная составляющая ошибки по частоте вращения, К и n — постоянные коэффициенты, (tl — tl-1} — интервал времени, кратный частоте изменения сетевого напряжения.

2. Устройство для управления электродвигателем с вентильным преобразователем, содержащее в каждом канале управления формирователь импульсов, датчики фазного тока и напряжения, задатчик тактовой частоты и программно-задающий блок, выход которого соединен с одним из входов сумматора, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости, о т л ич а ю щ е е с я тем. что, с целью повышения

1833956 качества регулирования, введены релейный элемент с регулируемой петлей гистерезиса, умножитель частоты, управляемый квантователь, времязадающая схема, а в каждый канал управления — триггер, суммирующий 5 усилитель, инвертирующий усилитель, преобразователь "ток-напряжение", две схемы двухтактного включения управляемых ключей, выполненных в виде последовательно соединенных входного усилителя, управля- 10 емых полевых транзисторов и выходного усилителя, выход которого через усилитель обратной связи и выпрямитель соединвн с затвором управляемых полевых транзисторов, и последовательно соединенные трех- 15 позиционный релейный элемент, линейный ключ и дифференцирующая схема, выход которой соединен с входом формирователя импульсов, второй вход дифференцирующей схемы соединен с выходом триггера, 20 один вход которого соединен с управляющим входом линейного ключа и выходом релейного. элемента с регулируемой петлей гистерезиса, а второй вход — с выходом задатчика тактовой частоты, информацион- 25 ный вход трехпозиционного релейного элемента соединен с выходом суммирующего усилителя, первый вход которого через первую схему двухтактного включения управляемых ключей соединен с выходом датчика напряжения, а второй вход — через вторую схему.двухтактного вкл ючен ия управляемых ключей и преобразователь ток-напряжение с выходом датчика тока, выход управляемого квантователя соединен через инвертирующий усилитель с первым управляющим входом трехпозиционного релейного элемента каждого канала управления, вторые управляющие входы которых объединены и соединены с выходом управляемого квантователя, информационный вход которого объединен с входом релейного элемента с регулируемой петлей гистерезиса и соединен с выходом сумматора, вход "Сброс" управляемого квантователя соединен через времязадающую схему с выходом программно-задающего блока, а управляющие входы соединены с выходами умножителя частоты, вход которого соединен с выходом задатчика тактовой частоты.

1833956

Е(1) 1 г г

Ьэа

0L!

Фиг. Г ц,и) e(Фиг 5

Составитель С. Ботуз

Техред М.Моргентал

Корректор В. Петраш

Редактор Л. Павлова

Заказ 2691 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

i0i тй) .тД

-Ж

1

1

1

1

I

Ы

Х