Стабилизированный электропривод



Стабилизированный электропривод
Стабилизированный электропривод
Стабилизированный электропривод

 


Владельцы патента RU 2467465:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах передачи и воспроизведения информации, а так же в обзорно-поисковых и сканирующих системах. Изобретение позволяет получить технический результат - уменьшить время синхронизации электропривода в широком диапазоне рабочих частот вращения. Блок сравнения частот стабилизированного электропривода выполнен в виде схемы сравнения, регистра, счетчика импульсов, высокочастотного генератора и схемы ИЛИ. Новая схема блока сравнения частот позволяет осуществить опережающую разблокировку импульсного частотно-фазового дискриминатора в пропорциональный режим работы в тот момент, когда значение ошибки по угловой скорости Δωк становится меньше оптимального по времени синхронизации значения . 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах передачи и воспроизведения информации, а так же в обзорно-поисковых и сканирующих системах.

Известно устройство для стабилизации скорости вращения ротора электродвигателя постоянного тока (а.с. СССР №1280685, МКИ H02P 5/06, 1986 г.), содержащее электродвигатель постоянного тока, подключенный к выходу усилителя мощности, датчик частоты вращения двигателя, задающий генератор, соединенный с входом программируемого делителя частоты и первым входом преобразователя период-код, второй вход которого также является входом второго формирователя коротких импульсов и подключен к выходу датчика частоты вращения, первый формирователь коротких импульсов, вход которого подключен к выходу программируемого делителя частоты, а выход - ко второму входу первого элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом четвертого элемента И-НЕ, входы которого через инверторы подключены к выходам реверсивного счетчика, одновременно подключенным к входам третьего элемента И-НЕ, выход которого подключен ко второму входу второго элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к выходу второго формирователя коротких импульсов, а выход соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитающий вход которого подключен к выходу первого элемента И-НЕ, а установочный вход которого через одновибратор подключен ко второму выходу устройства сравнения, первый информационный вход которого подключен к первому выходу преобразователя период-код, а второй информационный вход является информационным входом программируемого делителя частоты и подключен к выходу блока формирования кода периода задания, ключ, первый вход которого подключен к первому выходу устройства сравнения, второй вход является вторым входом четвертого элемента И-НЕ, а выход подключен к входу усилителя мощности.

Недостатками этого устройства являются:

1) Пульсация скорости вращения электропривода во время поддержания заданной скорости в связи с применением релейного режима работы.

2) Необходимость применения преобразователя период-код и устройства сравнения высокой точности и быстродействия.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является стабилизированный электропривод (а.с. СССР №1624649, МКИ5 H02P 5/06, 1991 г.), содержащий электродвигатель, на валу которого расположен импульсный датчик частоты вращения, блок задания частоты, последовательно соединенные импульсный частотно-фазовый дискриминатор, статический преобразователь, выход которого подключен к якорной обмотке электродвигателя, два формирователя коротких импульсов и последовательно соединенные блок сравнения частот и одновибратор, выход которого подключен к третьему входу импульсного частотно-фазового дискриминатора, первый и второй входы которого через формирователи коротких импульсов подключены соответственно к выходам блока задания частоты и импульсного датчика частоты вращения, первый и второй входы блока сравнения частот подключены соответственно к выходам первого и второго формирователей коротких импульсов, а блок сравнения частот выполнен в виде схемы И, схемы ИЛИ-НЕ и двух счетчиков импульсов, причем первый и второй входы схемы И объединены соответственно с первым и вторым входами схемы ИЛИ-НЕ и являются соответственно первым и вторым входами блока сравнения частот, выход схемы И подключен к синхровходу первого счетчика импульсов и входу нулевой установки второго счетчика импульсов, синхровход которого подключен к выходу схемы ИЛИ-НЕ, а выход - ко входу нулевой установки первого счетчика импульсов, выход которого является выходом блока сравнения частот.

Недостатком этого устройства является узкий диапазон регулирования, связанный с зависимостью области начальных условий по Δω в момент опережающей разблокировки от заданной частоты вращения ωз.

При повторном наложении во времени импульсов fon и foc их периоды отличаются друг от друга на величину, не превышающую τonoc (длительность импульсов сигналов опорной частоты и частоты обратной связи), то есть

Ton+(τonoc)>Toc>Ton-(τonoc).

Для обратных величин можно записать

,

или

,

где σ=(τonoc)/Ton.

После преобразования получаем

.

При использовании формирователей коротких импульсов σ<<1, тогда

fon+Δf>foc>fon-Δf,

где Δf≈fonσ.

Тогда с учетом того, что ωз=fonφ0, где φ0=2π/z, z - количество меток импульсного датчика частоты, выражение примет вид

ωз+Δω0>ω>ωз-Δω0,

где Δω0≈ωзσ - максимальное отклонение угловой скорости электропривода от заданной в момент опережающей разблокировки импульсного частотно-фазового дискриминатора (ИЧФД) в режиме фазового сравнения.

Выражение для фактического отклонения угловой скорости Δωк электропривода от заданной в момент выполнения опережающей разблокировки ИЧФД в режиме фазового сравнения может быть представлено в виде

.

Область начальных условий для организации опережающей разблокировки ИЧФД целесообразно выбирать из условия (Бубнов А.В. Вопросы теории и проектирования прецизионных синхронно-синфазных электроприводов постоянного тока: монография. - Омск: Редакция журнала «Омский научный вестник», 2005. - 190 с., 39 с., 94 с.), чего можно достигнуть только на одной скорости вращения электропривода

.

Задачей изобретения является расширение диапазона рабочих частот вращения стабилизированного электропривода.

Известный стабилизированный электропривод содержит электродвигатель, на валу которого расположен импульсный датчик частоты вращения, блок задания частоты, последовательно соединенные импульсный частотно-фазовый дискриминатор и статический преобразователь, два формирователя коротких импульсов и последовательно соединенные блок сравнения частот и одновибратор, выход которого подключен к третьему входу импульсного частотно-фазового дискриминатора. Первый и второй входы импульсного частотно-фазового дискриминатора через формирователи коротких импульсов подключены соответственно к выходам блока задания частоты и импульсного датчика частоты вращения. Выход статического преобразователя подключен к якорной обмотке электродвигателя.

Поставленная задача решена за счет того, что первый вход блока сравнения частот подключен ко второму выходу импульсного частотно-фазового дискриминатора с не менее чем тремя выходами, второй вход блока сравнения частот подключен к третьему выходу импульсного частотно-фазового дискриминатора с не менее чем тремя выходами, а блок сравнения частот выполнен в виде схемы сравнения, регистра, счетчика импульсов, высокочастотного генератора и схемы ИЛИ, входы которой являются входами схемы сравнения. Выход схемы ИЛИ подключен одновременно к синхровходу С регистра и к R-входу нулевой установки счетчика импульсов, синхровход С которого подключен к выходу высокочастотного генератора. Выходы счетчика импульсов подключены к D-входам регистра, выходы Q которого подключены ко входам схемы сравнения. Выход схемы сравнения является выходом блока сравнения частот.

Сущность технического решения пояснена чертежами, где на фиг.1 приведена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - фазовый портрет работы предлагаемого устройства на участке разгона, на фиг.3 - временные диаграммы Δω=f(t) работы электропривода в режиме разгона.

Стабилизированный электропривод содержит блок задания частоты 1, импульсный частотно-фазовый дискриминатор 2, статический преобразователь 3, электродвигатель 4, импульсный датчик частоты вращения 5, формирователи импульсов 6 и 7, блок сравнения частот 8, одновибратор 9. Блок сравнения частот 8 выполнен в виде схемы ИЛИ 10, высокочастотного генератора 11, счетчика импульсов 12, регистра 13 и схемы сравнения 14.

В устройстве последовательно соединены импульсный частотно-фазовый дискриминатор 2 и статический преобразователь 3, выход которого подключен к якорной обмотке электродвигателя 4, на валу которого расположен импульсный датчик частоты вращения 5. Выход блока сравнения частот 8 подключен к входу одновибратора 9, выход которого подключен к третьему входу импульсного частотно-фазового дискриминатора 2. Вход А импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 через формирователь импульсов 6 подключен к выходу блока задания частоты 1. Вход В импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 через формирователь импульсов 7 подключен к выходу импульсного датчика частоты вращения 5. Первый вход схемы ИЛИ 10 является первым входом блока сравнения частот 8 и подключен к выходу B1 импульсного частотно-фазового дискриминатора 2. Второй вход схемы ИЛИ 10 является вторым входом блока сравнения частот 8 и подключен к выходу C1 импульсного частотно-фазового дискриминатора 2. R-вход счетчика импульсов 12 объединен с синхровходом С регистра 13 и подключен к выходу схемы ИЛИ 10. Синхровход С счетчика импульсов 12 подключен к выходу высокочастотного генератора 11. Выходы счетчика импульсов 12 подключены к D-входам регистра 13. Выходы Q регистра 13 подключены ко входам схемы сравнения 14, выход которой является выходом блока сравнения частот 8.

Стабилизированный электропривод работает следующим образом. При включении питания двигатель 4 начинает разгоняться до синхронной скорости. При этом с выхода блока задания частоты 1 на вход формирователя импульсов 6 подается импульсный сигнал с частотой fоп, пропорциональной заданной частоте вращения электродвигателя 4. На выходе формирователя импульсов 6 по переднему фронту импульса fоп формируется импульсный сигнал длительностью τоп. На вход А импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 поступает сигнал задания с выхода формирователя импульсов 6. На вход В импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 поступает сигнал обратной связи , поступающий с выхода импульсного датчика частоты вращения 5 через формирователь импульсов 7, формирующий импульс по переднему фронту импульса fос. При включении питания частота значительно превышает частоту , что определяет высокий уровень сигнала на выходе A1 импульсного частотно-фазового дискриминатора 2, который, поступая на вход статического преобразователя 3, усиливающего и преобразующего управляющий сигнал в требуемый ток в обмотках электродвигателя 4, обеспечивает разгон электродвигателя 4 с максимальным ускорением.

Блок сравнения частот 8 служит для определения момента времени, когда ошибка по угловой скорости Δω в момент пересечения изображающей точки фазовой траектории линии переключения становится меньше Δωr, путем анализа сигналов, поступающих выходов B1 и C1 импульсного частотно-фазового дискриминатора 2. Импульс на выходе B1 импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 появляется, когда между двумя соседними импульсами fоп не проходит ни одного импульса fос. На выходе C1 импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 импульс появляется, когда между двумя соседними импульсами fос не проходит ни одного импульса fоп. В момент, когда ошибка по угловой скорости Δω становится меньше Δωr, с выхода блока сравнения частот 8 сигнал fвых через одновибратор 9 осуществляет разблокировку в пропорциональный режим работы импульсного частотно-фазового дискриминатора 2.

Одновибратор 9 служит для формирования импульса заданной длительности, исключающего возможность переключения дискриминатора 2 в режим насыщения сразу после его разблокировки при прохождении двух импульсов между двумя импульсами и обеспечивающего дальнейшую работу дискриминатора 2 в пропорциональном режиме по переднему фронту входного импульса.

Блок сравнения частот 8 работает следующим образом. В блоке осуществляется подсчет количества импульсов N высокочастотного генератора между ситуациями прохождения двух импульсов одной частоты между двумя импульсами другой частоты, что соответствует прохождению рабочей точкой значений

на фазовом портрете (фиг.2) разгона электропривода с фазовой синхронизацией (n - целое число). Время tΔ прохождения рабочей точкой участка а-б на фазовом портрете разгона с максимальным ускорением εm электропривода с фазовой синхронизацией пропорционально подсчитанному количеству импульсов N высокочастотного генератора

где Твч - период импульсов высокочастотного генератора.

Т.к. на участке а-б угловое ускорение постоянно, то средняя ошибка по угловой скорости Δωср электропривода находится по уравнению

.

Временные диаграммы Δω=f(t) работы электропривода в режиме разгона представлена на фиг.3. Зная значение Δωср, можно определить значение ошибки по угловой скорости в точке б Δωк

.

Таким образом, при известном значении tΔ можно определить значение ошибки по угловой скорости электропривода в момент прохождения рабочей точкой значений , где n - целое число

.

С учетом того, что область начальных условий для организации опережающей разблокировки ИЧФД целесообразно выбирать из условия

,

то

,

,

.

С учетом уравнения (1) получаем расчетное количество импульсов Np высокочастотного генератора 11 за время прохождения участка а-б на фазовом портрете, при котором ошибка по угловой скорости будет равна .

В момент прохождения второго импульса одной частоты между двумя импульсами другой частоты с выхода B1 (при разгоне) или выхода C1 (при торможении) импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 импульс через схему ИЛИ 10 подается на синхровход регистра 13, на Q выходы которого записывается двоичный код с Q выходов счетчика импульсов 12, и на R-вход счетчика импульсов 12, сбрасывая его. В схеме сравнения 14 производится сравнение значения Nк с Q выходов регистра 13 и расчетного значения Np. В том случае, если значение Nк станет больше значения Np, на выходе схемы сравнения 14 формируется импульс fвых, поступающий на вход одновибратора 9. На выходе одновибратора 9 формируется импульс, импульс fвых, поступающий на вход одновибратора 9. На выходе одновибратора 9 формируется импульс, поступающий на вход С ИЧФД 2 и осуществляющий его опережающую разблокировку.

Работа электропривода при переходе со скорости на скорость происходит аналогично вышеописанному.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет расширить диапазон регулирования скорости вращения стабилизированного электропривода за счет введения в блок сравнения частот схемы сравнения, D-триггера, счетчика импульсов, высокочастотного генератора и схемы ИЛИ, которые позволяют устранить зависимость области начальных условий по Δω в момент опережающей разблокировки импульсного частотно-фазового дискриминатора от заданной частоты вращения ωз.

Стабилизированный электропривод, содержащий электродвигатель, на валу которого расположен импульсный датчик частоты вращения, блок задания частоты, последовательно соединенные импульсный частотно-фазовый дискриминатор, статический преобразователь, выход которого подключен к якорной обмотке электродвигателя, два формирователя коротких импульсов и последовательно соединенные блок сравнения частот и одновибратор, выход которого подключен к третьему входу импульсного частотно-фазового дискриминатора, первый и второй входы которого через формирователи коротких импульсов подключены соответственно к выходам блока задания частоты и импульсного датчика частоты вращения, отличающийся тем, что первый и второй входы блока сравнения частот подключены соответственно ко второму и третьему выходам импульсного частотно-фазового дискриминатора, а блок сравнения частот выполнен в виде схемы сравнения, регистра, счетчика импульсов, высокочастотного генератора и схемы ИЛИ, входы которой являются входами схемы сравнения, а выход подключен одновременно к синхровходу С регистра и к R-входу нулевой установки счетчика импульсов, синхровход С которого подключен к выходу высокочастотного генератора, а выходы Q подключены к D-входам регистра, выходы Q которого подключены к входам схемы сравнения, выход которой является выходом блока сравнения частот.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленных установках для обработки позиционными электроприводами заданных программ перемещения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленных установках для обработки позиционными электроприводами заданных программ перемещения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при регулировании параметров сложных электромеханических систем, например электроприводов постоянного тока, соединенных с объектом управления вязкоупругой кинематической передачей.

Изобретение относится к подъемно-транспортным установкам для перемещения исполнительного органа механизма (крюковой подвески) по оптимальной по быстродействию диаграмме, то есть за минимально возможное время.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам автоматического фазирования синхронизированных электроприводов с фазовой автоподстройкой частоты вращения, и может быть использовано в системах передачи и воспроизведения информации.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленных установках для отработки позиционными электроприводами с упругим валопроводом заданных программ перемещения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления двигателем постоянного тока, преимущественно при питании от низковольтного источника.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в промышленных установках для перемещения исполнительного органа механизма по оптимальной по быстродействию диаграмме, то есть за минимально возможное время.

Изобретение относится к области преобразовательной техники преимущественно транспортного назначения и предназначено, в частности, для электроподвижного состава с полупроводниковыми преобразователями, получающими питание от сети переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в синхронных машинах

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах различных механизмов, исполнительных устройствах автоматических систем

Изобретение относится к устройствам измерительной техники и может быть применено в качестве датчика угла фазового сдвига между напряжением и током в системах регулирования возбуждения синхронных электродвигателей, когда они работают в режиме стабилизации коэффициента мощности в узле нагрузки, а также в системах регулирования компенсации реактивной мощности индукционных нагревательных установок, работающих на промышленной и средней частотах при нагреве до высоких температур, к выходу устройства может подключаться прибор для измерения угла фазового сдвига ±80°

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматизированном электроприводе, предназначенном для промышленных технологических комплексов прокатного производства. Техническим результатом является повышение качества регулирования скорости в электроприводе. Технический результат в электроприводе прокатного стана, содержащем задатчик (1) угловой скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения (13), масштабирующий усилитель (2), два элемента сравнения (3, 4), два нелинейных функциональных преобразователя (5, 6), реализующих функции, указанные в изобретении, управляемый ключ (7), блок ограничения (8), регуляторы скорости и тока (9, 10), усилитель мощности (11), датчики (12, 14) тока и напряжения, датчики (15, 16) угловой скорости двигателя и скорости прокатки, обеспечивается путем демпфирования колебаний, вызванных нелинейной зависимостью момента прокатки от угловой скорости электропривода, смещением рабочей точки электропривода в область устойчивой работы, которое при критических угловых скоростях вращения двигателя, на которых появляются колебания, осуществляется путем подключения к входному сигналу регулятора тока постоянного сигнала U0, обеспечивающего контролируемое изменение скорости и соответственно перевод соответствующей рабочей точки на устойчивый участок. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматизированном электроприводе. Техническим результатом является уменьшение динамических нагрузок и повышение качества регулирования при прокатке металлов. Электрический привод прокатного стана содержит задатчик (1) угловой скорости двигателя, масштабирующий усилитель (2), два элемента (3, 4) сравнения, нелинейный функциональный преобразователь (5), управляемый ключ (7), блок ограничения (8), регулятор скорости (9), регулятор тока (10), усилитель мощности (11), датчик тока (12), двигатель постоянного тока независимого возбуждения (13), датчик напряжения (14), датчик угловой скорости двигателя (15), датчик скорости прокатки (16), датчик перемещений слитка (17), управляемый таймер (18), формирующий задержку, и формирователь импульсов (19) амплитудой U0 и длительностью Δτ. Повышение качества регулирования в электроприводе и снижение динамических нагрузок, вызванных раскрытием люфта, достигается упреждающим увеличением электромагнитного момента электродвигателя перед захватом слитка валками. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленных технологических комплексах прокатного производства. Технический результат - повышение качества регулирования и снижение динамических нагрузок путем ограничения колебаний, вызванных нелинейной зависимостью момента прокатки от угловой скорости электропривода при коррекции контура тока электропривода. Автоматизированный электропривод прокатного стана содержит задатчик (1), регулятор напряжения (2), блок ограничения (3), блок регулируемого запаздывания (4), регулятор тока (5), линейное динамическое звено (6) с передаточной функцией, указанной в формуле изобретения, датчик скорости прокатки (7), усилитель мощности (8), датчик тока (9), датчик напряжения (10), двигатель постоянного тока (11). При захвате слитка валками происходит возрастание тока электрического двигателя и формирование корректирующего сигнала, действующего на входе регулятора тока и способствующего стабилизации скорости и быстрому установлению тока, необходимого для создания момента прокатки. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению пуском асинхронного электродвигателя. Способ управления пуском асинхронного электродвигателя погружного насоса состоит в подаче команды на включение блоков силового модуля двух фаз в амплитуде линейного напряжения, после чего подают команду на включение третьего блока силового модуля в амплитуде фазного напряжения и на включение вакуумного высоковольтного шунтирующего контактора. При таком способе управления отсутствуют свободные составляющие тока в статорных обмотках и присутствуют в статорных обмотках электродвигателя только принужденные составляющие тока. Применение предложенного способа позволяет исключить влияние высших гармонических составляющих тока, связанных с ними тормозных моментов и электрических потерь, как в электродвигателе, так и в сети во время пуска. Технический результат состоит в повышении энергетической эффективности и надежности управления пуском и расклинивания ротора асинхронного электродвигателя погружного насоса. 3 ил.
Наверх