Многодвигательный электропривод

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социвлистических

Республик (ii) 97454 I (61) Дополнительное к авт. свид-вур 942232

{22) Заявлено 17.07.78 (21) 2643405/24-07

Р М К з с присоединением заявки №

Н 02 P 7/68

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

4531 УДК 621. 313..292(088.8) Опубликовано 1 1182 ° Бюллетень ¹ 42

Дата опубликования опи=ания 15 ° 11.82 (54) МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫИ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Изобретение относится к электротехнике, а именно к синхронизи рованному электроприводу,содержаще,му несколько вентильных двигателей с механически несвязанными валами,и может найти применение в приводах систем для обеспечения синхронного перемещения исполнительных органов в широком диапазоне изменения нагрузки.

По основному авт.св. Р 942232 известен многодвигательный электропривод с синхронно-вращающимися электродвигателями, содержащий каждый синхронную машину с многоканальными датчиком положения индуктора и коммутатор.

Синхронное вращение механически несвязанных валов обеспечивается тем, что многоканальный датчик положения индуктора через двухфункциональный преобразователь каждого сигнала датчика в последовательность импульсов, следующих друг за другом с интервалом времени, соответствукщим величине пространственного рассогласования между индуктором данного электродвигателя и индуктором отстающего по направлению электродвигателя, связан с целью управления, по крайней мере, одного ключа коммутатора, к цепи управления которого подключен формировате.ль, по крайней мере,. одного импульса на временном интервале между двумя -оследовательностями импульсов, длительность которого соответствует указанному пространственному рассогласованию между индукторами электродвигателей (1 .

Недостатком такого электропривода является снижение энергетических показателей установившихся режимах работы при неодинаковых моментах нагрузки электродвигателей, вызванное тем, что менее нагруженный электродвигатель работает в режиме: разгонактивное торможение. Другим недостатком электропровода являются его ограниченные функциональные возможности, непозволяющие, в частности, осуществлять изменение характера алгоритма управления в процессе работы электропривода.

Цель изобретения — повышение энергетических показателей электропривода и расширение его функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что основной многодвигательный электропривод дополнительно снабжен уст974541

Электродвигатели 1 и 2 подключены к источнику электроэнергии любого типа, например источнику постоянного тока 147. Якорные обмотки 11 и 32 синхронных машин 3 и 4 подключены к выходам коммутаторов 7 и 8.Многоканальные датчики положения индукторов

5 и б связаны с цепями управления ключей 25-30 и 31-36 коммутаторов 7 и 8 через функциональные преобразо1 ватели 37-42 и 43-48. К цепям управления упомянутых ключей 25-30 и 3136 подключены формирователи импульсов 49-54 и 55-60 соответственно. ройством сравнения с приемным и инверсным выходами, задающим устройством и датчиком контролируемого аппарата, причем функциональный преобразователь выполнен с цепью управления, а формирователь снабжен регулятором числа формируемых импульсов, управляющий вход которого подключен к одному из выходов, например прямому, устройства сравнения, к другому выходу которого подключена цепь 30 управления функционального преобразователя.

На фиг. 1 изображена блок-схема двухдвигательного электропривода; на фиг. 2 — пример реализации на эле-35 ментах логики функционального преобразователя с цепью управления форми! рователя импульсов с регулятором чис- . ла формируемых импульсов и устройства сравнения величины фазового рассогла-2О сования с пороговым значением; на фиг. 3 - диаграммы напряжений в узлах двухдвигательного основного электропривода в установившемся режиме: на фиг. 4 - диаграммы напряжений в узлах 25 двухдвигательного электропривода, схематически изображенного на фиг.1 и 2 в установившемся режиме„на фиг.5 то же, в переходных режимах..

На фиг. 1 изображен двухдвигатель-30 ный электропривод с двумя электродвига- телями 1 и 2. Электродвигатели 1 и 2.

1. содержат, соответственно, синхронные машины 3 и 4 смногоканальнымидат- чиками положения индуктора 5 и б и 35 двухполупериодные коммутаторы 7 и 8.

Синхронные машины могут быть любого типа, например с магнитоэлектрическим возбуждением, и содержат индукторы 9 и 10 и якорные обмотки 11 и 4Q

12. Датчики положения индуктора могут быть любого типа, например индуктивные, и содержат в данном конкретном случае по шесть чувствительных элементов (каналов) каждый, соответст- 45 венно, 13-18.и 19-24. Коммутаторы

7 и 8 содержат по шесть ключей каждый, соответственно 25-30 и 31-36, которые могут быть выполнены на любых управляемых переключающих приборах, например транзисторах. Электродвигатели в данном случае содержат по шесть функциональных преобразователей каждый, соответственно, 37-42 и 43-48, осуществляющих преобразование каждого сигнала датчика в последовательность импульсов, следующих друг за другом с интервалом времени, соответствующим величине пространственного рассогласования между индуктором данного электродвигателя и индуктором отстающего по направлению движения.

Электропривод содержит по шесть формирователей импульсов для каждого электродвигателя, соответственно, 49-54 и 55-60. Каждый из указанных 65 формирователей формирует, по крайней мере, один импульс на временном интервале межцу двумя последовательностями импульсов, длительность которого соответствует указанной величине пространственного рассогласования.

Функциональные преобразователи

37-42 и 43-48 снабжены цепями управления, соответственно 61-66 и 67-72.

При одиничном сигнале в цепи управления функциональный преобразователь выполняет предписанную ему функцию, а при нулевом сигнале запрещает прохождение сигнала с датчика в цепь управления клича коммутатора.

Формирователи импульсов 49-54 и

55-60 выполнены с регулятором числа формируемых импульсов (регуляторы условно изображены в составе формирователей),снабженных управляющими входами 73-78 и 79-84 соответственно .

При изменении характера сигнала на управляющем входе регулятор изменяет число формируемых импульсов на выходе формирователя. Например,при . изменении сигнала с нуля на единицу число импульсов на выходе формирователя может быть изменено с нуля на один, с одного на два или с любого сочетания импульсов на любое другое сочетание импульсов.

Электродвигатели содержат по шесть устройств сравнения каждый, соответственно, 85-90 и 91-96. Устройетва сравнения снабжены первыми входами, соответственно, 97-102 и 103108, вторыми входами, соответственно, 109-114 и 115-120, прямыми выходами, соответственно, 121-126 и 127-132 и инверсными выходами соответственно, 133-138 и 139-144. Электропривод содержит задающее устройство 145 и датчик контролируемого параметра 146. цепи управления 61-66 и 67-72 функциональных преобразователей 3742 и 43-49 подключены к инверсным выходам 133-138 и 139-144 устройств сравнения 85-90 и 91-96. Управляющие входы 73-78 и 79-84 регуляторов числа формируемых импульсов формирователей 49-54 и 55-60 подключены к прямым выхоДам 121-126 и 127-132 устройств сравнения 85-90 и 91-96, пер974541 вые входы 97-102 и 103-108 которых подключены к задающему устройству 145, а вторые входы 109-114 и 115-150 к датчику контролируемого параметра

146. на примере двух функциональных пре- 5 образователей 37 и 43 и двух формирователей 49 и 55 показаны их связи с каналами датчиков 5 и 6.

Функциональные преобразователи 37 и 43 связаны с одноименными каналами

13 и 19 датчиков 5 и 6.

Формирователи 49 и 55 связаны с каналами датчиков 5 и б; первый (49) с каналами 16 и 24, второй (55) — с каналами 18 и 22. 15

Эти связи являются необходиыюми (но недостаточными) и показаны условно в том смысле, что кахсцый конкретный функциональный преобразователь

37, осуществляет преобразование каждо-2О го сигнала 13 датчика положения индуктора 5 и в последовательность импульсов, следующих друг за другом с интервалом времени,, соответствующим величине пространственного рассогласования между индуктором 9 данного электродвигателя 1 и индуктором 10 остающего по направлению движения к измеренным с помощью сигнала одноименного с каналом 13 канала 19 датчика положения индуктора б, и что формирователь импульсов 49 осуществляет формирование по крайней мере одногс импульса на временном интервале между двумя последовательностями импульсов,длительность которого соответствует указанной величине пространственного рассогласования, измеренного с помощью сигналов каналов 16 и 24 датчиков 5 и 6.

Иа фиг. 2 показан пример реалиэа- 4О ции на элементах логики функционального преобразователя с цепью управления формирователя с регулятором числа формируемых импульсов и устройства сравнения с прямым и инверсными 45 выходами на примере двухдвигательного электропривода, изображенного на фиг.1.

Преобразователь, формирователь и устройство сравнения, например, 37, 49 и 85 могут быть реализованы с помощью логической ячейки 148, включающей одну четырехвходовую схему

ИЛИ 149, шесть схем И,. одна из которых четырехвходовая 150, три трех.входовые 151, 152 и 153, две - двувходовые 154, 155 и двух инверторов

156, 157 и логической ячейки 158.

К входам схемы И 150 подключены каналы (чувствительные элементы) 13 6О и 17 датчика 5, 19 датчика б и выход инвертора 156; к входам схемы И 151— каналы 15 датчика 5, 24 датчика 6 и выход инвертора 157; к входам схемы

И 152 - каналы 16 датчика 5, 24 дат- 65 чика б и выход схемы И 154; к входам схемы И 153 — каналы 15 датчика 5, 20 датчика 6 и выход схемы И 155; к входам схема И 154 - каналы 16 дат чика 5 и 19 датчика б; к входам схемя И 155 — каналы 15 5 и 24

:датчика б. Выходы схем совпадения

150-153 подключены к входам схемы

ИЛИ 149, а выходы схем 154 и 155 подключены к входам инверторов 156 и

157, соответственно..Выход схема ИЛИ

149 подключен к цепи управления ключа 25 коммутатора 7 электродвигателя 1.

Аналогичные соединения выполнены и для логических схем 159-167 электродвигателя 2. В каналах 14-18 и 2024 датчиков 5 и 6 включены соединенные аналогичным образом логические ячейки 168-172 и 173-177.

Работа электропривода поясняется диаграммами напряжений в их узлах на фиг. 3, 4 и 5.

Устройство работает следующим образом.

Для случаев, когда индуктор 10 отстает от индуктора 9, на угол д, который меньше заданного значения ь, Сигналы в каналах датчика б

Uq - U> отстают в фазовом отношении от одноименных с ними сигналов

U<> - U < в каналах датчика 5 на угол ь„. Преобразование в данном случае осуществляется в каналах 13-18 датчика 5. При этом функционируют преобразователи 37-42, формирователи 49-54 и устройства сравнения 85-90, которые сравнивают текущее значение пространственного рассогласования между индукторами электродвигателей 1 и 2 с заданным значением ьо . Рассмотрим преобразование сигнала канала 13 датчика Б электродвигателя 1 с помощью логической ячейки 149, содержащей преобразователь 37, выполненный на логических схемах 150, 151 совместно с 149, формирователь 49, выполненный на логических схемах 152, 153 совместно с 149 и устройство сравнения

85, выполненное на логических схемах

154, 155 совместно с инверторами 156, 157, соответственно. В качестве задающего устройства 145 используется датчик б электродвигателей 2 (каналы

19 и 24 датчика, подключенные к схемам 154, 155 устройств сравнения

85). Датчиком контролируемого параметра служит датчик 5 электродвигателя

1 (каналы 16 и 15 датчика, подключенные к входам схем 154, 155 устройства сравнения 85). Целью управления

61 функционального преобразователя

37 являются входы схем 150, 151, которые подключены к инверторам 156, 157, управляющим входом 73 регулятора числа импульсов формирователя

49 являются входы схем, подключенные

974 541 к выходам схем 154 и 155. Пряьым вы- ходом 121 устройства сравнения 85 являются выходы схем 154, 155, инверсным выходом 133 — выхоцы инверторов 156, 157. Для рассматриваемого случая (фиг. 4) пространственное рассогласование между индукторами 9 и

10 электродвигателей 1 и 2 меньше заданного значения Ь, определяемого в данном конкретном случае подключением устройства сравнения 85 к соответствующим каналам датчиков 5 и 6 электродвигателей 1 и 2. Поступающие на входы логических схем 154 и 155 сигналы U<>, U > и V«, 11 4соответственно, не совпадают (фиг. 4), и на выходе этих схем, а следовательно, и на управляющем входе регулятора числа импульсов формирователя 49, логических схемах 152 и 153 сигналы отсутствуют (сигналы V

Фиг. 4 имеют нулевой уровень) .

На управляющих цепях преобразова» теля 37, схемах 150 и 151 сигналы присутствуют (11„, 11„ ) на Фиг. 4 имеют единичный уровень), так как они поступают с инверсных выходов устройства сравнения 85, с выхода схем 154 и 155 через инверторы 156 и 157, соответственно.

Устройства сравнения пространственного рассогласования 85-90 разрешают прохождение сигналов каналов

13-18 на управляющие входы ключей

25»30 коммутатора 7 через преобразователи 37-42 запрещают прохождение сигналов через формирователь импульсов 49"54 (число импульсов на выходе формирователя равно нулю).

На ключи 25-30 коммутатора 7 поступают преобразованные сигналы 015-U> (фиг. 4).

Преобразователи, формирователи и устройства сравнения электродвигателя 2 не осуществляют преобразования, поскольку его индуктор 10 отстает в фазовом отношении от индуктора 9 электродвигателя 1.

Линейное напряжение UA«на якорной обмотке 11 для рассматриваемого случая изображено на фиг. 4. Для сравнения там же изображена Форма линейного напряжения V4e „„ на якорных обмотках 11 и 12 при синфазном вращении ротора электродвигателей 1 и 2.

Рассмотрим работу электропривода для случая, когда индуктор 10 также отстает от индуктора 9, Ho npu этом угол пространственного рассогласования а больше заданного значения о(Фиг. 5).

Сигналы в каналах датчиков 111ц -11>4 отстают в фазовом отношении от одноименных с ними сигналов U

Преобразование в данном случае осуществляется.в каналах 13-18 датчика 5 электродвигателя 1. При этом

Функционируют преобразователи 37-42", формирователи 49-54 и устройства сравнения 85-90, которые сравнивают текущее значение пространственного рассогласования между индукторами электродвигателей 1 и 2 с заданным значением ьо .

10 Рассмотрим преобразование сигнала канала 13 датчика 5 электродвигателя

1 с помощью логической ячейки 148, содержащей преобразователь 37 на логи,ческих схемах 150, 151 совяестно с

14., формирователь 49, выполненный на логических семах 152, 153, совместно с 149 и устройство сравнения

85, выполненное на логических схемах

154, 155, совместно с инверторами

156 и 157 соответственно.

В качестве задающего устройства

145 используется датчик. б электродвигателя 2 (каналы 19 и 24 датчика подкл.учены к входам схем 154, 155 устройства сравнения 85) . Датчиком контролируемого параметра служит датчик

5 э ектродвигателя 1 (каналы 16 и

15 датчика, подключенные к входам схем 154, 155 устройства 85).Прямым выходом 121 устройства сравнения 85 являются выходы схем 154, 155, инверс. ным выходом 133 — выходы инверторов

156, 157 °

Для рассматриваемого случая (фиг. 5) пространственное рассогласо.вание Ag между индукторами 9 и 10 электродвигателей 1 и 2 больше заданного значения ао, определяемого в данном конкретном случае подключением устройства сравнения 85 к соответствующим каналам датчиков 5 и б электродвигателей 1 и 2.

Пос;упающие на входы логических схем 154 и 155 сигналы V U и

U,«, U>« соответственно, совпадают

45 (фиг. 5) . С выхода схем 154, 155 на управляющий вход регулятора числа импульсов формирователей 49 входы логических схем 152, 153 поступает сигнал в виде импульсов 184, 185

50 (cM. Ugg4 H Upped на Фиг. 5) .

На управляющую цепь преобразователя 37, логические схемы 150, 151 в это время поступает запрещающий сигнал через инверторы 156, 157 в виде отрицательных импульсов нулевого уровня 182, 183 (см. U и Upped на фиг. 5) .

Таким образом, устройства сравнения пространственного рассогласования 85-90 в данном случае разрешают прохождение сигналов каналов 13-18 на управляющие входы ключей 25-30 коммутатора 7 электродвигателя 1 через формирователи 49-54 и запрещают прохождение сигналов на управляющие

974541 входы указанных ключей через преобразователи 37-42. На ключи 25-30 коммутатора 7 поступают преобразованные сигналы Иqq — U>,„.

Преобразователи, формирователи и устройства сравнения электродвигателя 2 не осуществляют преобразования, поскольку его индуктор 10 отстает в фазовом отношении от индуктора 9 электродвигателя 1.

Таким образом, для изобретения . имеют место два случая. Первый случай имеет место при малых углах пространственного рассоглясования роторов электродвигателей; когда ненагруженный электродвигатель 1 работает в режиме разгона, т.е. тормозится на выбеге при отключении источ!

15 ника электроэнергии от якорной обмотки. Второй случай имеет место при больших углах пространственного рассогласования ротора электродвигателей, когда ненагруженный электродви20 гатель работает только в режиме торморавной частоте вращения нагруженного электродвигателя, электроэнергию на торможение и на дополнительный разгон, обусловленный этим торможением.

Кроме того, в установившемся режиме работы, когда угол рассогласования меньше 4р формирователь с регулятором числа формируемых импульсов может осуществлять менее эффективное торможение, например динамическое (случай когда формируются импульсы управления в установившемся режиме .только для управления верхними ключами).

При этом сигналы на ключи проходят через функциональный преобразователь, формирователь с регулятором числа формируемых импульсов создает импульсы динамического торможения °

65 жения противовключением и на выбеге.

Значительные углы пространственного рассогласования роторов электродвигателей имеют место в переходных режимах, например при значительном скачкообразном изменении нагрузки на валу или напряжения питания на одном йз электродвигателей. Таким образом, в предлагаемом устройстве режим торможения противовключением осуществляется лишь при переходных процессах в электроприводе, т.е. кратковре- 35 менно.

В остальных случаях, когда электропривод работает в установившихся режимах, ненагруженный электродвигатель работает в. квазиустановившемся ф} режиме: разгон-торможение на выбеге, в то время как в устройстве по прототипу ненагруженный электродвигатель в любом случае работает в режиме разгон-активное торможение, расходуя при 45 этом кроме электроэнергии, требуемой для поддержания частоты вращения, При угле рассогласования больше а О по сигналам устройства сравнения формирователь увеличивает количество формируемых импульсов, а функциональный преобразователь во время действия этих импульсов снимает сигнал с цепей управления ключами коммутатора, что и изменяет режим разгона и торможения опережающего электродвигателя, обеспечения более эффективное торможение.

Примером, поясняющим расширение функциональных возможностей электропривода, может служить случай, когда в качестве задающего устройства 145 будет источник эталонной частоты, а в качестве датчика контролируемого параметра 146, например, датчик 5 электродвигателя 1 (фиг. 1). Пусть первые входы 97-10? устройства сравнения 85-90 подключены к источнику эталонной частоты, а вторые входы

109-114 подключены к одному из каналов 13-18 датчика 5.При частоте вращения электропривода выше эталонной ее величина на входах 109-114 больше, чем на входах 97-102 устройств: сравнения.85-92. При этом на прямых выходах 121-126 устройств . сравнения появляется разрешающий сигнал, и на инверсных выходах 133-138 — запрещающий. Разрешающий сигнал, поступая на управляющие входы 73-78 регулятора числа импульсов формирователей

49-54, разрешает прохождение импульсов на управлякицие входы ключей 25-30.

Запрещающий сигнал, поступая на управляющие цепи 61-66 функциональных преобразователей 37-42, запрещает прохож. дение сигналов с каналов 13-18 датчика 5 на управляющие входы 25-30 коммутатора 7.

На управляющих входах 25-30 будут сигналы типа U>>- U>z (см. фиг. 5) .

В соответствии с напряжением U„ „„ (фиг. 5) электродвигатель 1 активно тормозится, а частота вращения электропривода снижается. При снижении частоты вращения электропривода ниже эталонной ее величина на входах 109114 становится ниже чем на входах

97-102 устройств сравнения 85-92.

При этом на прямых выходах 121-126 устройств сравнения появляется запрещающий сигнал, а на инверсных выходах

133-138 — разрешающий.

Запрещающий сигнал, поступая на входы 73-78 регулятора числа импульсов формирователей 49-54, запрещает прохождение импульсов на управля яцие входы ключей 25-30 коммутатора 7.Разрешающий сигнал, поступая на управляющие цепи 61-66 функциональных преобразователей 37-42, разрешает прохождение сигналов с каналов 13-18 датчика 5 на управляющие входы 25-30 ключей коммутатора 7. На .управляющих

974541

12 входах 25-30 поступают сигналы. типа на фиг. 4. B соответствии с линейным напрщКением на якорной обмотке

11 U„„+.(ôèã. 4) с электродвигателя

1 активное торможение снижается, и частота вращения электропривода возрастает.

Таким образом, многодвигательный синхронный электропривод выполняет функцию стабилизации частоты, поддерживая ее на заданном уровне. 10

Задающим устройством может быть я эадатчик чередования фаз, например, относителвно друг друга электродвигателей 1 и 2, что позволит обеспечить синхронную связь электро- 15 двигателей электропривода при различных аварийных ситуациях (внезапный оссианов одного из электродвигателей, обрыв цепи питания и -т.п.) .

Задающим устройством может быть, 20 например, датчик разности моментов на валах электродвигателей и др.

При реализации перечисленных многодвигательных электроприводов с различными задающими устройствами д функциональная схема предложенного электропривода не изменяется.

Данный электропривод позволяет повысить энергетические показатели электропривода и расщирить его функ циональиые воэможности.

Формула изобретения

Иногодвигательный электропривод по авт.св. Ю 942232,о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повиаения энергетических показателей, Ълектропривод дополнительно снабжен устройством сравнения с прямком и ,инверсным выходами, задающим устройством и датчиком контролируемого параметра, причем функциональный преобразователь выполнен с цепью управления,а формирователь снабжен регуля тором числа формируемых импульсов, управляющий вход которого подключен к одному их выходов, например, прямому, устройства сранения, к другому выхоцу которого подключена цепь управления функционального преобра-, зователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 942232, кл. Н 02 Р 7/б8,13.03.7S.

974541

Ц

У

У

0)

У

02

У, 02

02

556

6 f5

Ug

У@

<и

Составитель Е. Перемяслова

Редактор A,Долинич. Техред M.Коштура Корректор H . .Король

Заказ 8731/75 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раумская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород,ул. Проектная, 4