Устройство для управления машинной коммутацией вентильного двигателя

 

й1 >wv н» т,.;. -."".око»

< g», эт е;1а л (А

О П И С А Н И Е ()702466

ИЗОБРЕТЕМ ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетскик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Зая влено 12.03.73 (21) 1891294/24-07 (51)M. Кл.

Н 02 К 29/04.

Н 02 P 7/62 с присоединением заявки М

focyaapcwwbA комитет

-СССР но делам мзобретений и открытий (28) Приоритет

Опубликовано 05.12 79. Бюллетень М 45 — Дата опубликования описания 05,12.79 (53) УДК621З13 13. .014.2:621.382 (088.8) (72) Авторы изобретения

Н. Н. Горин и В. Д. Кондрашов

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МАШИННОЙ

КОММУТАЦИЕЙ ВЕНТИЛЬ НОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке схем управления вентильными двигателями.

Известны устройства, используемые для регулирования угла опережения открьпия тиристоров вентильного двигателя (1) . 5

Известно также устройство, содержащее датчик режима работы, соединенный через функциональный преобразователь с входом регулятора угла опережения, выполненного на магнитнонакопительном элементе, содержащем цепь управления, цепь синхронизации, цепь питания и выходную цепь, соединенную с управляющими цепями силовых ключей преобразователя частоты(Е).

Недостатком известных устройств является независимость регулирующего воздействия от результата работы системы управления. Из-за неточности воспроизведения отдельными блоками необходимых законов регулирования это приводит к появлению ошибки, что требует дополнительного увеличения угла запаса, что в свою 2О очередь приводит к снижению вращающегося момента и энергетических показателей.

Кроме того, в известном устройстве регулирование угла опережения производится индивидуально в канале каждого плеча преобразова-теля, что свя=ано с необходимостью, при принятом принципе регулирования, иметь информацию о нагрузке в каждом из указанных каналов. Это усложняет систему управления и при несимметрии характеристик разных каналов является источником дополнительных погрешностей.

Целью изобретения является создание замкнутой системы регулирования с обратной связью по значению регулируемой величины, в которой число регуляторов угла опережения меньше числа плеч преобразовательной установки, что приведет к повышению энергетических показателей привода и улучшению использования вентильного двигателя.

Для этого в устройстве, содержащем датчик режима работы, соединенный через функциональный преобразователь со входом регулятора угла опереженйя, выполненного на магнитно-накопительйом элементе, содержащем цепь управления, цепь синхронизации, цепь питания и выходную цепь, соединенную с управляющими цепями силовых ключей преобразователя частоты, задатчнк режима

3 702466

%держит блок измерения угла запаса коммутации и блок измерения фазы

ЭДС вентильного двигателя, а . функциональный преобразователь содержит преобразователь частота-напряжение и множительное устройство причем вход преобразователя "частота-напряжение" и цепи синхронизации магнитно-накопительного элемента соединены с выходом блока измерения фазы ЭДС, выход преобразователя "частота-напряжение" соединен с первым входом множительного устройства и с цепью питания магнитно-накопительного элемента, второй вход множительного устройства соединен с измерителем угла запаса, а выход - с цепью управления магнитно-накопительного элемента, измеритель угла запаса 15 соединен со входом множительного устройства через сумматор, второй вход которого соединен с эадатчиком угла запаса.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство, блочно-функциональная схема; на фиг.2-3 — один из возможных вариантов принципиальной схемы одного из его каналов, Другие каналы устройства выполнены аналогич-. но.:, Устройство содержит датчик 4 фазы ЭДС, измеритель 2 истинного значения углов запаса, задатчик 3 независимого значения углов запаса, преобразователь 4 "частота- напряжение", множащее устройство 5, регулятор б угла опережения, сумматор 7, усилительно-коммутирующее устройство 8, на которое также поступаютзо сигналы с блоков системы управления, не относящихся к предлагаемому устройству. Уси:лительно-коммутирующее устройство подключено непосредственно к управляющим электродам преобразователя 9 частоты и числа фаз двигателя.

Сигналы с датчика 1 ЭДС имеют форму прямоугольных импульсов длительностью

120 эл.град., сдвинутых каждый относительно соседнего на 60 эл.град. Передний фронт сиг4( палов соответствует моменту равенства коммутирующих фазных ЭДС двигателя.

Измеритель 2 истинного значения углов запаса по своему функциональному назначению является датчиком нагрузки двигателя. Напряжение на выходе этого блока пропорционально среднему значению углов запаса Ю инвертора вентильного двигателя. Число усредняемых углов запаса определяат, в .частности, быстродействие системы по каналу слежения за нагрузкой. 50

Уровень напряжения на выходе задатчика 3 велИчины углов запаса соответствует в масштабе выходных напряжений блока 2 среднему значению угла запаса 8g, необходимого для конкретных условий работы вентильйого

55 двигателя. Этот уровень может либо оставаться неизменным, и тогда устройство управления машинной коммутацией будет осуществлять регулирование на постоянство среднего значе 4 йий угла запаса, либо меняться в соответствии с условиями работы двигателя вручную или по заданной программе. Выходные сигналаi с блоков 2 и 3 поступают на сумматор 7, выделяющий величину рассогласования между заданным д и истинным Д значениями угла запаса.

Преобразователь 4 представляет собой устройство, уровень напряжения на выходе которого линейно зависит от частоты поступающих на его вход сигналов с датчиков ЭДС, т.е. от скорости вращения двигателя.

Выходные напряжения с сумматора и ripeобразователя подаются на вход множащего устройства 5, уровень напряжения на выходе которого пропорционален произведению скорости двигателя. пдв на величину рассогласова> (з"вдв)

Регулятор 6 углов опережения представляет собой фазосмещающее устройство, выходной импульс которого опережает момент равенства коммутирующих фазных ЭДС двигателя на угол Р ээлл..ггрраадд., пропорциональный нагрузке двигателя. Специфической особенностью применения такого устройства в системе управления машинной коммутацией вентильиого двигателя является широкий диапазон рабочих частот.

Начало каждого цикла отработки регулятором б решения на выдачу определяемого нагрузкой значешия угла опережения соответствует моменту подачи очередного сигнала с датчика 1 фазы ЭДС. Время же, в течение которого регулятор должен сработать, т.е. временная развертка процессов в этом регуляторе меняется с изменением частоты ЭДС двигателя. Этим обстоятельством обусловлено введение в регулятор сигнала, пропорционального скорости двигателя, с блока 4, а также приведение сигнала о нагрузке к масштабу, этой .скорости, что осуществляется множащим устройством 5. Число каналов в регуляторе 6 определяется его конкретным схемным решением и требованиями, предъявляемыми к качеству регулирования. Наличие в устройстве отдельного блока 2, фиксирующего величину нагрузки двигателя, позволяет сократить количество каналов регулятора до одного— двух, что существенно упрощае устройство в целом и повышает точность его работы.

При этом запуск регулятора осушествль -тся от датчика фазы ЭДС, так как частота запуска регулятора должна быть равна рбмк к, где Тдв - частота сигнала с датчика фазы ЭДС схемы;

K - число каналов в регуляторе 6.

Функции распределения ситналов управления машинной коммутацией по фазам преобразователя, формирование сиг:.алов сетевой

702466

5 коммутации и их усйле ие выполняет устройство 8, связывающее устройство управления машинной коммутацией и преобразовательную установку, но являющуюся предметом предполагаемого изобретения.

Принципиальная схема, представленная

5 на фиг,2-3, является вариантом, иллюстрирующим двухканальное исполнение регулятора угла опережения, Сигналы с датчиков фазы

ЭДС дифференцируются RC-цепочками 10 на входе преобразователя 4. Выделяющиеся на сопротивлении 11 дифференцированные импульсы запускают одновибратор на транзисторах

12-13, длительность импульсов которого выбирается меньшей или равной интервалу между сигналами с датчиков соседних каналов на мак- t5 симальной скорости двигателя.

Импульсы однойибратора трансформируются обмоткой 14 трансформатора 15 и среднее значение напряжения на сопротивлении 16 равно:

Ъ эдв

СР 0 ДЬ U 6О ДЬ 1 ДЬ где А - амплитуда импульсов;

Р>- число пульсаций тока за период ЭДС 2s двигателя;

Р -число пар полюсов двигателя;

n — скорость двигателя; фильтруется конденсатором 17, т.е. иа выходе преобразователя 4 вырабатывается постоянное напряжение, величина которого линейно зависит от скорости вращения двигателя. Это напряжение по цепи питания(б) поступает на обмотки записи 18 и считывания 19 суммирующих преобразователей регулятора 6.

Измеритель 2 углов запаса представляет собой бистабильный триггер на транзисторах

20-21. Импульс на закрытие транзистора 20 поступает в момент окончания каждой коммутации через трансформатор 22 с датчика длительности углов коммутации на транзисторе 23, сигнал на закрытие транзистора 21 через обмотку 24 трансформатора 15 с блока част амплитудного преобразователя 4. Сигнал на закрытие транзистора 21 может быть получен и непосредственно с датчиков ЭДС, и блок 4 используется в данном случае ие по своему фуиквдональному назначению, а лищь как согласующий усилитель.

Кроме тою, измеритель углов запа-а может совсем не использовать сигналы с датчиков

ЭДС, а быть выполнен, например, на принципе датчика о состоянии проводимости плеч преобразовательной установки двигателя, По сопротивлению 25 протекают импульсы тока с длительностью 5дв (с), среднее значение напряжения иа этом сопротивлении;

АЪ В ДВ

«цк где А= — - амплитуда коллекторного тока 25 транзистора 21;

6 — частота двига1еля; д - угол запаса (с).

Так как длительность угла запаса в электрических градусах равна

ДВ ДЗ АВ

Д =ЯЯЯ 8 да эВ, ср p, ъ 21if 2®,В

АЪ т.е. среднее значение напряжения на сопротивлении 25 пропорционально величине угла запаса в электрических градусах и не зависит от скорости. Это напряжение вычитается из напряжения, задаваемого задатчиком,З,угла паса 5з и поступает на вход множительного устройства 5;

Множительное устройство 5 состоит нз переключателя на транзисторах 26 и 27 равного типа проводимости и реверсивного магнитного усилителя. Открывающие импульсы на транзисторы 26-27 поступают с частотой 1дв, длительность их неизменна и равна Г . Коллекторное напряжение транзисторов 26 и 27 равно

UK=K (5з — 5дв) . IIpH UK)0 импульсы тока на сопротивление, 28 проходят через транзистор

27, при 0к<0 - через транзистор 26. Среднее значение напряжения на сопротивлешш 28 равно: РВ 1эдэ

=K (8 - дДВ) 1, т.е. прерыватель осуществляет перемножение скорости двигателя на величину рассогласования между заданным и истинным значениями углов запаса. Для гальванической развязки цепей множащего устройства и суммирующего преобразователя, их согласования и усиления сигнала используется реверсивный магнитный усилитель, выполненный на усилителях 29 и

30.

Выходное напряжение усилителя, пропорциональное (5з — 5дв) ° n, снимается с RC-ячейки 31 и подается по цепи управления (в) на обмотки

32 обратной связи суммирующих преобразователей регулятора 6. Работа этих преобразователей идентична, лишь цикл процессов в каждом из них сдвинут на 60 эл.град. относительно соседнего. В момент снятия ситнала с запускающего входа преобразователя открывающие сигналы подаются на транзисторы 33-35 и начинается процесс размагничивания сердечника

36 магнитно-накопительного счетчика- от исходного состояния, при котором индукцня в его сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса равна индукции насыщения (-Вз) . Намагничивание происходит под действием двух нарастающих сил (HC) обмотки 18 записи, к которой приложено напряжение неизменного знака

U,в= K, пдв, стремящееся перемагнитить сердечник от Ва |До +Ва, и обмотки 32 обРатной тывяние, а закрыты llpII намагничивании этих средечников запись, и в исчепие времени, соответствующего углу опережения, т.е. от момента насьпцения сердечника до начала записи.

При двухканальном исполнении регулятора период записи равен периоду считывания, и когда в одном канале регулятора происходит запись, в другом его канале происходит считывание.-Таким образом, сигнал на выход схемы совпадения будет возникать лишь в течение

10 интервала, соответствующего углу Р, когда транзистор 39 одного из каналов закрыт.

7 О 2466

I связи, к котпрой приложено напряжение

Оз -Кэ(8 . д,в1 и при дъ-Юдв (О

НС обмотки 32 действует согласно НС обмотки

18 при 5>5>

Величина потока записанного в сердечнике счетчика по истечении T„равна е

Формула изобретения 11АВ

=T

3 Я„

После поступления на запускающий вход преобразователя сигнала с дачтика фазы ЭДС по цепи синхронизации (а), открываются транзисторы 37-38 и начинается процесс размагничивания сердечника до индукции -Es под действием HC обмотки 19. Число витков этой обмотки выбирается таким образом, чтобы длительность размагничивания сердечника была меньше интервала Тс4=60 эл.град. между соседними ситналами с датчиков ЭЛС на величину угла опережения P . Иэ равенства "записанного и "считанного потоков:

И

Ф=т к

131 и (Tcq-РЖРА3

ФсФ

19 и угол опережения равен

19 3 Я

1 ТС4 ТЪ М К (d Ç ЖАБА

1 32.

Ро ь

Следовательно, угол опережения регулирует. ся пропорционально величине рассогласования между заданным и истинным значениями угла запаса. Выходной сигнал регулятора онимается через схему совпадений и коллекторов транзисторов 39 всех каналов регулятора, которые открыты во время размагничивания сер1Ъ дечников 36 регуляторов к состоянию - счи1. Устройство для управления машинной коммутацией вентипьного двигателя, содержащее датчик режима работы, соединенный через. функциональный преобразователь со входом регулятора угла опережения, выполненного на магнитно-накопительном элементе, содержащем цепь управления, цепь синхронизации, цепь питания и выходную цепь, соединенную с управляющими цепями силовых ключей преобразователя частоты, отличающееся: тем, что, с целью пбвышения энергетических показателей и лучшего использования мощности двигателя, датчик режима содержит блок измерения угла запаса коммутации и блок измерения фазы ЭЛС вентильного двигателя, а функ3Q циональный преобразователь содержит преобразователь "частота-напряжение" и множительное устройство, причем вход преобразователя

1"частота-напряжение" и вход цепи синхронизации магнитно-накопительного элемента соединены с выходом блока измерения фазы ЭДС, выход преобразователя "частота-напряжение" соединен с первым входом множительного устройства и с цепью питания магнитно-накопительного элемента„второй вход множительного устройства соединен с измерителем угла запаса, а выход - с цепью управления магнитно-накопительного элемента.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что оно снабжено дополнительно двухвходовым сумматором, включенным после4 довательно в выходную цепь измерителя угла запаса, причем второй вход сумматора соединен с задатчиком угла запаса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

И 1277912, кл. Н 02 К 7/ОО, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 307476, кл. Н 02 P 7/62, 1969.

70гж, Составитель A Санталов

Техред О.Андрейко Корректор М. Пожо

Редактор Ю.Чсл оканов

Заказ 7605/51

Фнлнап 1ПП! "Патент". r, Ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 857 Подписное

11НИИ11И Государственного комитета СССР по цепам изобретений и открытий

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