Чатотно-регулируемый электропривод с широтно-импульсной модуляцией

 

п11 562049

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свпд-ву (51) Ч. Кл. Н 02Р 7/42 (22) Заявлено 08.12.75 (21) 2196386/07 с присоединением заявки М-Государственный комитет

Совета Министров СССР (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.06.77. Бюллетень ¹ 22 (45) Дата опубликования описания 18.01.78 (53) УДК 62.83:621.314.5 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Е. И. Усышкин и В. А. Данилин

Всесоюзный научно-исследовательский кинофотоинститут (71) Заявитель (54) ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Изобретение относится к частотно-регулируемым электроприводам на основе двигателей переменного тока со статическими преобразователями, имеющими явно выраженное звено постоянного тока, и может быть использовано, в частности, для систем с повышенными требованиями к равномерности вращения двигателей, минимальному уровню магнитного шума, точной остановки в заданных угловых Iloложенпях вала двигателя.

Известны приводы с широтно-импульсной модуляцией (1), в которых система управления предусматривает трехфазный задающий генератор на разностных частотах с фильтрами несущих частот в каждой фазе и три модулятора на основе генератора пилообразного напря>кения и трех фазных компараторов.

Недостатком таких электропрпводов является неидентичность напряжений в его фазах или даже несимметрия этих напряжсний по полупериодам, что объясняется разбросом параметров фильтров трехфазного генератора и неидеальностью компараторов. Эти причины обуславливают, в свою очередь, неравномерность вращения двигателей и наличие постоянных нам агничивающих составляющих, поэтому основная задача, преследуемая при создании систем с широтно-импульсной модуляцией, оказывается не вполне достигнутой.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является система с постоянным коэффициентом модуляции (2).

Структура такого электропривода наряду с

5 ооязательнымп для любой системы подобного типа двигателем, ипвертором, задатчиком частоты вращения и задатчиком напряжения, содер>кит трехфазный узел опорной высокой частоты с генератором шестикратной, по отно10 шеншо к опорной, частоты; три фазных стробоскопнческих узла, комбиннрующнх один из сигналов узла опорной частоты и сигнала задатчика частоты вращения; единый для всей системы широтно-импульсный модулятор, уп15 равляемый задатчиком напряжения; три фазных логических узла управления инвертором, комбннпрующих сигналы от ШИМ и от фазного стробоузла. 1 акая система вырабатывает широтно-модулированное напряжение, 2() «гладкая» составляющая которого модулпрована Ilo прямоугольному закону, причем частота гладкой составляющей равна разности опорной частоты н частоты задатчика частоты, а амплитуда определяется задатчиком на25 пряжения посредством широтно-импульсного модулятора.

Недостатками этой системы являются несинусоидальность гладких составляющих выходного напряжения и, следовательно, неравно30 мерность вращения привода и ухудшение I>e562049

15 э )

iQ со

65 гулпровочных возмо>кностсй управления его движением в силу дискретного характера вращения вектора питающего напряжения и намагничивающего поля.

Для улучшения регулировочных характеристик предлагаемого электропривода в него введены фазовый дискриминатор, перемпо>китель с фильтром и дополнительный оощий для всех фаз широтно-импульсный модулятор, причем входы фазового дискриминатора включены между задатчиком частоты и генератором

6-кратной частоты, входы перемножителя переключены к выходу фазового дискриминатора и задатчика напряжения, а второй модулятор подключен входом к выходу перемно>кителя, а выходом — ко всем фазным логическим узлам, что позволяет обеспечить практически синусоидальную форму гладкой составляющей напря>кения инвертора.

На фиг. 1 дана структурная схема описываемого электропривода; на фиг. 2 — диаграмма его работы.

Электропривод состоит из двигателя 1 переменного тока, трехфазного мостового инвертора 2 на транзисторах или тиристорах и системы 3 управления, которая, в свою очередь, содер>кит опорный генератор 4 с трехфазным узлом опорных частот, задатчик 5 частоты вращения, фазные стробузлы 6, 7 и 8, основной широтно-импульсный модулятор 9 с задатчиком 10 напряжения и логические фазные узлы 11, 12 и 13 управления. Кроме того, система содержит фазовый димкриминатор 14, перемножитель 15 с фильтром и допо IHèòåëüный широтно-импульсный модулятор 16. Оба модулятора 9 и 16 имеют общий тактовый генератор 17 сигнала пилообразной формы.

Опорный генератор 4 подключен к входу трехфазного узла 18, являющегося замкнутым регистром сдвига. Задатчик 5 частоты вращения подключен к входам каждого из стробузлов 6, 7 и 8, а ко второму входу каждого из стробузлов 6, 7 и 8 подключен соответствующий выход узла 18 опорных частот. Каждый из стробузлов 6, 7 и 8 по выходу совместно с выходом модулятора 9 подключен к входам фазных логических узлов 11, 12, 13 управления, Кроме того, .генератор 4 и задатчик 5 подключены к входам фазового дискриминатора 14, а его выход совместно с выходом задатчика 10 подсоединен к перемно>кителю 15.

В свою очередь, перемножитель 15 через дополнительный широтно-импульсный модулятор 16 подключен к логическим фазным узлам

11, 12 и 13.

На фиг. 2 диаграммы 19, 20, 21 соответствуют сигналам от логических выходов стробузлов б, 7 и 8; на диаграмме 22 показаны совместно сигналы задающего генератора 17, (модуляторов 9 и 16) и сигнала задатчика 10 напряжения; диаграмма 23 — сигнал основного модулятора 9; диаграмма 24 — сигнал задающего генератора 17 (модуляторов 9 и 16) и сигнала перемножитсля 15; диаграмма 25— сигнал дополнительного модулятора 16; диаграммы 26, 27, 28 — выходные сигналы логических узлов 11, 12, 13; диаграмма 29 — одно из трех линейных напря>кений мостового ннвертора 2.

Электропривод работает следующим ооразом. Стробузлы б,? и 8 комбинируют сигналы

«высокой частоты» от узла 18 и задатчика 5 н вырабатывают трехфазную систему напряжений 19, 20, 21 прямоугольной формы с частотой, равной разности комбинируемых входных частот узла 18 и задатчика 5. Основной широтно-импульсный модулятор 9 сравнивает сигналы задатчика 10 напряжения и сигнал генератора 17, сочетание которых соответствует диаграмме 22, и вырабатывает широтно-импульсный сигнал 23, поступающий на все фазные логические узлы 11, 12 и 13 управления.

Фазовый дискриминатор 14 вырабатывает импульсы прямоугольной формы, длительность которых определяется интервалами времени между моментами поступления импульсов от генератора 4 6-кратной опорной частоты и задатчика 5 частоты вращения. Перемножитель 15 имеет два входа, на один из которых, являющийся как бы входом питания, поступает непрерывный сигнал от задатчика 10 напряжения, а на другой, импульсный, вход поступает сигнал от дискриминатора 14. При этом сигнал на выходе фильтра перемножителя 15 определяется «фазой» сигнала задатчика 5 частоты и изменяется при вращении двигателя по пилообразному закону с частотой, в

6 раз большей частоты питания двигателя, а его амплитуда пропорциональна сигналу задатчика 10 напряжения. Сочетание сигналов перемножителя 14 и генератора 17 соответствует диаграмме 24. Этот сигнал преобразуется дополнительным модулятором 16 в соответствующую последовательность импульсов 25, которые поступают на фазные логические узлы 11, 12 и 13. Каждый из фазных логических узлов 11, 12, 13 выполняет следующие логические функции: при наличии импульса от дополнительного модулятора 16 они комбинируют сигналы от соответствующего узла б, 7 или

8 стробопреобразования и от модулятора 9 таким образом, что при наличии импульса от модулятора 9 повторяется сигнал от соответствующего стробузла 6, 7, 8, а при наличии паузы тот из сигналов стробузлов б, 7, 8, который в данный момент противофазен двум остальным, инвертируется. При этом все линейные напряжения инвертора 2 оказываются в момент паузы сигнала от модулятора 9 равными нулю, так как все ключи катодной (и анодной) групп инвертора имеют одинаковые состояния.

При наличии паузы от дополнительного модулятора 16 сигнал того стробузла, который переключился по низкой рабочей частоте последним (что фиксируется взаимными логическимн связями между стробузлами), инвертируется за исключением интервалов времени, совпадающих с паузами от основного мочулятора.

562049 с

Благодаря описанным логическим функциям фазных узлов 11, 12, 13 управления их входные сигналы 26, 27, 28 имеют вид последовательностей широтно-модулированных импульсов, промодулированных по специальному кусочно-линейному закону. Линейные напряжения инвертора 2, одно из которых соответствует диаграмме 29, имеют вид симметричных импульсных последовательностей. Гладкие составляющие линейных выходных напря кений являются ломаными кривыми, в которых горизонтальные участки длительностью 1/6 периода по рабочей частоте чередуются с участками линейного изменения длительностью

1/3 периода. Такая кусочно-ломаная функция практически совпадает с синусоидой, поскольку гармоники 3-го порядка в ней отсутствуют, а составляющие 5-ro и 7-го порядка составляют 4/о и 2% от основной соответственно.

Таким образом, благодаря данному изобретению, достигается сочетание полезных технических качеств, отсутствующее у известных электроприводов с широтно-импульсной модуляцией: точность регулирования, идентичность работы инвертора по фазам и полупериодам; упрощение устройства благодаря использованию общих для всех фаз модуляторов; простота управления, плавность регулирования частоты и напряжения; практически синусоидальность формы гладких составляющих выходного напряжения.

Фор»yла изобретения

Частотно-регулируемый электропривод с широтно-импульсной модуляцией, содержаГ ! ! !

1 !

1 !

1

1

1 !

1 ! !

1

I

1

L щий трехфазный мостовой инвертор, задатчики частоты вращения и напряжения инвертора, трехфазный узел высокой опорной частоты с генератором 6-ти кратной частоты, трп фазных стробоскопическпх узла, трп фазных ло.гических узла и общий для всех фаз широтноимпульсный модулятор, отличающийся тем, что, с целью улучшения регулировочных характеристик электропривода, в него дополнительно введены фазовый дискриминатор, перемножитель с фильтром и второй общий для всех фаз широтно-импульсный модулятор, причем входы фазового дискриминатора включены между задатчиком частоты и .гене15 ратором 6-ти кратной частоты, входы перемножителя подключены к выходу фазового дискриминатора и задатчика напряжения, а второй модулятор подключен входом к выходу перемножителя, а выходом — ко всем

20 фазным логическим узлам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Л. С. Сандлер, Ю. Ы. Гусяцкий. «Тиристорные инверторы с широтно-импульсной модуляцией для управления асинхронными двигателями». Энергия, М., 1968, стр. 72 — 92. дч

2. Е. И. Усышкин, В. Ш. Зельдин. «Типовая структура синхронного электропривода профессионального съемочного аппарата». Журнал Техника кино и телевидения», № 12, 1972

35 (прототип).

2D гг

Z7

Составитель А, Мурзакова

Техред О. Тюрина Корректор Т. Добровольская

Редактор И. Шейкин

Заказ 523/2 Изд. Мз 522 Тираж 914 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж-35, Payøñêàÿ наб., д, 4/5

Типография, пр, Сапунова, 2