Электропривод переменного тока

 

Использование: в системах управления машин, станков, автоматизированных промышленных и бытовых швейных машинах. Сущность. В электроприводе переменного тока выпрямитель 12 выполнен неуправляемым и введены генератор несущей частоты, выходом подключенный к третьему входу третьего трехвходового сумматора 19, два триггера 13 и 20, инвертор 14, два элемента И 15 и 16 и два управляемых ключа 8 и 9 с четырьмя входами и тремя выходами, при этом первый, второй и третий входы первого управляемого ключа 8 соединены с тремя одноименными выходами пересчетно-распределительного устройства 7, четвертый, пятый и шестой выходы которого связаны с первым, вторым и третьим входами второго управляемого ключа 9, вход первого триггера 13 подключен к выходу генератора 17 задающей частоты, а выход соединен со вторым входом второго элемента И 16 и через инвертор 14 с первым входом первого элемента И 15, второй вход которого подключен к выходу второго триггера 20, входом соединенного с выходом третьего сумматора 19, а выходом - с первым входом второго элемента И 16. Выход каждого элемента И связан с четвертым входом одноименного управляемого ключа 8 (9). Первый, второй и третий выходы первого управляемого ключа 8 соединены с одноименными управляющими входами автономного инвертора 10, четвертый, пятый и шестой управляющие входы которого подключены к первому, второму и третьему выходам второго управляемого ключа 9. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах управления машин, станков, в автоматизированных промышленных и бытовых швейных машинах.

Электропривод представляет собой привод переменного тока, в котором в качестве исполнительного элемента используется трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором.

В настоящее время известны электроприводы с частотным регулированием скорости, например электропривод, описанный в [1] Указанный электропривод содержит цепь регулирования частоты, включающую последовательно соединенные первый сумматор, усилитель-ограничитель (УО), второй сумматор, систему управления автономным инвертором (СУИ), автономный инвертор (АИ), цепь регулирования напряжения, включающую последовательно соединенные функциональный преобразователь (ФП), третий сумматор, регулятор тока статора электродвигателя (РТ), систему управления выпрямителем (СУВ), управляемый выпрямитель, с выхода которого сигнал поступает на второй вход автономного инвертора и через датчик тока на второй вход третьего сумматора. Автономный инвертор управляет асинхронным электродвигателем, выход которого через датчик скорости соединен со вторыми входами первого и второго сумматоров, выход усилителя-ограничителя соединен со входом функционального преобразователя.

Недостатком этого электропривода является малый диапазон регулирования скорости, так как максимальное значение выходной регулируемой частоты не превышает 40 от частоты питающей сети, а также большие габариты и масса из-за наличия в электроприводе системы управления выпрямителем и управляемого выпрямителя, которым регулируют напряжение питания автономного инвертора.

Из известных электроприводов переменного тока наиболее близким по технической сущности является электропривод, описанный в 2. Указанный электропривод содержит цепь регулирования частоты, включающую последовательно соединенные входной сумматор (операционный усилитель К1), корректирующее устройство (стабилитроны в обратной связи усилителя К2), систему управления инвертором, автономный инвертор, цепь регулирования напряжения, содержащую последовательно соединенные блок выделения модуля (усилитель К3 и диоды 10, и 2D), третий сумматор (усилитель К4), систему управления выпрямителем, управляемый выпрямитель, с выхода которого сигнал поступает на второй вход третьего сумматора. Вход блока выделения модуля соединен с выходом корректирующего устройства. Автономный инвертор управляет асинхронным двигателем, выход которого через датчик скорости соединен с первым и вторым сумматорами.

Недостатками такого электропривода являются относительно большие габариты и масса при невысокой надежности, что определяется наличием в схеме системы управления выпрямителем и управляемого выпрямителя, которые регулируют напряжения питания автономного инвертора.

Цель данного изобретения упрощение конструкции, снижение массы и габаритов и повышение надежности электропривода за счет совмещения функций управления частотой и напряжения в одном блоке.

Цель достигается тем, что в электроприводе переменного тока, содержащий электродвигатель с установленным на его валу датчиком скорости, подключенный к выходу автономного инвертора, силовой вход которого соединен с выходом выпрямителя, задатчик скорости, выходом подключенный к первому входу первого двухвходового сумматора, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости, а выход через корректирующее устройство подключен к первому входу второго двухвходового сумматора, вторым входом соединенного с выходом датчика скорости, а выходом с входом системы управления автономным инвертором, составленной из последовательно соединенных между собой задающего генератора и пересчетно-распределительного устройства, блок выделения модуля, входом соединенный с выходом корректирующего устройства, а выходом с первым входом третьего трехвходового сумматора, второй вход которого через датчик тока подключен к выходу выпрямителя, выпрямитель выполнен неуправляемым и введены генератор несущей частоты, выходом подключенный к третьему входу третьего трехвходового сумматора, два триггера, инвертор, два элемента И и два управляемых ключа с четырьмя входами и тремя выходамы, при этом первый, второй и третий входы первого управляемого ключа соединены с тремя одноименными выходами пересчетно-распределительного устройства, четвертый, пятый и шестой выходы которого связаны с первым, вторым и третьим входами второго управляемого ключа, вход первого триггера подключен к выходу генератора задающей частоты, а выход соединен со вторым входом второго элемента И и через инвертор с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго триггера, входом соединенного с выходом третьего сумматора, а выходом с первым входом второго элемента И, выход каждого элемента И связан с четвертым входом одноименного управляемого ключа, первый, второй и третий выходы первого управляемого ключа соединены с одноименными управляющими входами автономного инвертора, четвертый, пятый и шестой управляющие входы которого подключены к первому, второму и третьему выходам второго управляемого ключа. Частота сигнала с генератора несущей частоты по крайней мере на порядок выше максимально возможной частоты сигнала задающего генератора системы управления автономным инвертором.

На фиг. 1 представлена блок-схема электропривода переменного тока, где: 1 задатчик скорости; 2 первый двухвходовой сумматор; 3 корректирующее устройство; 4 второй двухвходовой сумматор; 5 система управления автономным инвертором, содержащая задающий генератор 6, например, микросхема 541ГГ1 и пересчетно-распределительное устройство 7; 8 и 9 управляемые ключи с четырьмя входами и тремя выходами (выполнены, например, в виде трех транзисторов, базы которых соединены между собой и являются четвертым входом, эмиттеры каждого транзистора являются соответственно первым, вторым и третьим входами и соединены с соответствующими выходами пересчетно-распределительного устройства, а коллекторы являются первым, вторым и третьим выходами, соединенными с автономным инвертором); 10 автономный инвертор; 11 асинхронный электродвигатель; 12 выпрямитель (выполнен по схеме трехфазного диодного моста со сглаживающими конденсаторами);
13 триггер;
14 инвертор, например, микросхема 564ЛН2;
15 и 16 логические элементы И, например микросхема К555ЛИ1;
17 генератор задающей частоты
18 блок выделения модуля;
19 третий трехвходовой сумматор;
20 триггер;
21 датчик скорости, например, тахогенератор;
22 датчик тока, например, шунт.

Электропривод переменного тока содержит асинхронный электродвигатель 11 с установленным на его валу датчиком скорости 21, подключенный к выходу автономного инвертора 10, силовой вход которого соединен с выходом выпрямителя 12, задатчик скорости 1, выходом подключенный к первому входу первого двухвходового сумматора 2, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости 21, а выход через корректирующее устройство 3 подключен к первому входу второго двухвходового сумматора 4, вторым входом соединенного с выходом датчика скорости 21, с выходом с входом системы управления автономным инвертором 5, составленной из последовательно соединенных между собой задающего генератора 6 и пересчетно-распределительного устройства 7, блок выделения модуля 18, входом соединенный с выходом корректирующего устройства 3, а выходом с первым входом третьего трехвходового сумматора 19, второй вход которого через датчик тока 22 подключен к выходу неуправляемого выпрямителя 12, генератор несущей частоты 17, выходом подключенный к третьему входу третьего трехвходового сумматора 19, два триггера 13 и 20, инвертор 14, два элемента И 15 и 16 и два управляемых ключа 8 и 9 с четырьмя входами и тремя выходами, при этом первый, второй и третий входы первого управляемого ключа 8 соединены с тремя одноименными выходами пересчетно-распределительного устройства 7, четвертый, пятый и шестой выходы которого связаны с первым, вторым и третьим входами второго управляемого ключа 9, вход первого триггера 13 подключен к выходу генератора задающей частоты 6, а выход соединен со вторым входом второго элемента И 16 и через инвертор 14 с первым входом первого элемента И 15, второй вход которого подключен к выходу второго триггера 20, входом соединенного с выходом третьего сумматора 9, а выходом с первым входом второго элемента И 16, выход каждого элемента И 15 и 16 связан с четвертым входом одноименного управляемого ключа соответственно 8 и 9, первый, второй и третий выходы первого управляемого ключа 8 соединены с одноименными управляющими входами автономного инвеpтора 10, четвертый, пятый и шестой управляющие входы которого подключены к первому, второму и третьему выходам второго управляемого ключа 9.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.

Сигнал, пропорциональный, задаваемой скорости с задатчика 1 поступает на первый двухвходовой сумматор 2, где алгебраически суммируется с сигналом датчика обратной связи по скорости 21 и поступает на вход корректирующего устройства 3, откуда на второй двухвходовой сумматор 4 и блок выделения модуля 18. На второй вход двухвходового сумматора 4 поступает сигнал с датчика скорости 21, обеспечивая компенсацию обратной связи по противо-ЭДС двигателя с целью получения на выходе сумматора 2 величины абсолютного скольжения. Сигнал с выхода сумматора 4 поступает на вход задающего генератора 6 системы управления автономным инвертором 5. С задающего генератора 6, формирующего тактовые импульсы с частотой следования пропорционально сигналу на выходе сумматора 4 (вых. 1, фиг. 2), сигнал поступает на вход пересчетно-распределительного устройства 7 системы управления автономным инвертором 5. На каждом из шести входов пересчетно-распределительного устройства 7 поочередно появляется логическая "1". В зависимости от положения логической "1" пересчетно-распределительное устройство вырабатывает комбинацию импульсов управления автономным инвертором 10 (вых. 2 7 фиг. 2). Автономный инвертор 10, питающийся от неуправляемого выпрямителя 12, управляет работой асинхронного двигателя 11. С выхода блока выделения модуля 18 сигнал поступает на первый вход трехвходового сумматора 19, на второй и третий входы которого поступают сигналы с датчика тока 22 и генератора несущей частоты 17. На входе второго триггера 20 получается последовательность импульсов постоянной частоты (вых. 8, фиг. 2) со скважностью, пропорциональной требуемой величине напряжения на двигатель 11. Импульсы сигнала с выхода первого триггера 13 (вых. 9, фиг. 2) имеют частоту вдвое меньшую частоты сигналов задающего генератора 6 системы управления автономным инвертором. Сигналы логической "1", поступающие с выхода первого триггера 13 (вых. 9, фиг. 2) на второй вход второго элемента И 15 и с инвертора 14 (вых. 10, фиг. 2) на первый вход первого элемента И 15 устанавливают на выходах элементов И 15 и 16 поочередно состояние логической "1", что соответствует прохождению в течение этого времени сигналов несущей частоты с выхода 5 второго триггера 20 со скважностью, пропорциональной требуемой величине напряжения на двигателе (вых. 11 и 12, фиг. 2). С помощью управляемых ключей 8 и 9 сигналы с выхода пересчетно-распределительного устройства 7 системы управления автономным инвертором 5 заполняются импульсами несущей частоты переменной скважности, поступающими на четвертые входы управляемых ключей 8 и 9 только в течение времени, соответствующему установленным на выходах элементов И 15 и И 16 логической единицы (вых. 13 18, фиг. 2). Силовые ключи автономного инвертора 10, управляющие асинхронным двигателем 11, переключаются в соответствии с сигналами импульсов несущей частоты управляемых ключей 8 и 9 в течение ограниченного промежутка времени, необходимого только для воспроизведения сигнала пропорционального ошибке между задающим воздействием и сигналом с датчика скорости двигателя (вых. 13 18, фиг. 2), что обеспечивает малый нагрев силовых транзисторов автономного инвертора 10 и повышенную надежность электропривода переменного тока. Таким образом, выполнив в электроприводе переменного тока выпрямитель неуправляемым и введя в электропривод генератор несущей частоты 17, триггер 20, инвертор 17, два элемента И 15 и 16 и два управляемых ключа 8, 9 существенно упрощается конструкция, снижается масса и габариты, повышается надежность его за счет исключения системы управления выпрямителем и управляемого выпрямителя. При этом обеспечивается малый нагрев силовых транзисторов автономного инвертора, так как силовые транзисторы переключаются импульсами несущей частоты управляемых ключей 8 и 9 только в течение ограниченного промежутка времени, необходимого для воспроизведения сигнала пропорционального ошибке между задающим воздействием и сигналом с датчика скорости двигателя.

Функции системы управления выпрямителем и управляемого выпрямителя выполняют введенные в электропривод неуправляемый выпрямитель, генератор несущей частоты, триггер и два управляемых ключа, имеющих малые габариты и массу.

В результате сокращения количества элементов, управляющих высокими напряжениями, присутствующих в системе управления выпрямителем, которые исключаются в предлагаемом электроприводе, обеспечения малого нагрева силовых ключей автономного инвертора за счет введения в электропривод второго триггера, инвертора и двух элементов И с соответствующими связями существенно повышается надежность электропривода. При этом исключаются элементы, работающие на высоком напряжении, имеющие сравнительно высокую стоимость, что приводит к снижению себестоимости всего электропривода.

Источники информации
1. В. В. Москаленко. Автоматизированный электропривод, 1986, с. 239, рис.4. 32 а.

2. А. С. Сандлер, Р. С. Сарбатов. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями, 1974, с. 153, рис. 5 14.

3. Ю. К. Розанов. Основы силовой преобразовательной техники, 1979, с. 323, рис. 5 10, с. 179, рис. 3 15.

А. Г. Алексеенко и др. Применение прецизионных аналоговых микросхем, с. 142, рис. 5.17.

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий электродвигатель с установленным на его валу датчиком скорости, подключенный к выxoдy автономного инвертора, силовой вход которого соединен с выходом выпрямителя, задатчик скорости, выходом подключенный к первому входу первого двухвходового сумматора, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости, а выход через корректирующее устройство подключен к первому входу второго двухвходового сумматора, вторым входом соединенного с выходом датчика скорости, а выходом с входом системы управления автономным инвертором, соетавленной из последовательно соединенных между собой задающего генератора и пересчетно-распределительного устройства, блок выделения модуля, входом соединенный с выходом корректирующего устройства, а выходом с первым входом третьего трехвходового сумматора, второй вход которого через датчик тока подключен к выходу выпрямителя, отличающийся тем, что выпрямитель выполнен неуправляемым и введены генератор несущей частоты, выходом подключенный к третьему входу третьего трехвходового сумматора, два триггера, инвертор, два элемента И и два управляемых ключа с четырьмя входами и тремя выходами, при этом первый, второй и третий входы первого управляемого ключа соединены с тремя одноименными выходами пересчетно-распределительного устройства, четвертый, пятый и шестой выходы которого связаны с первым, вторым и третьим входами второго управляемого ключа, вход первого триггера подключен к выходу генератора задающей частоты, а выход соединен с вторым входом второго элемента И и через инвертор с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго триггера, входом соединенного с выходом третьего сумматора, а выходом с первым входом второго элемента И, выход каждого элемента И связан с четвертым входом одноименного управляемого ключа, первый, второй и третий выходы первого управляемого ключа соединены с одноименными управляющими входами автономного инвертора, четвертый, пятый и шестой управляющие входы которого подключены к первому, второму и третьему выходам второго управляемого ключа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2