ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 1994 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в следящих электроприводах подач станков.

Известен электропривод постоянного тока типа ЭТ6 ТУ 16-530, 223-77 (аналог).

Недостатками данного электропривода являются невозможность контроля за уравнительным током, малое быстродействие, наличие импульсных трансформаторов для управления тиристорами, большой тепловой дрейф датчика тока (магнитодиодов) и в связи с этим ограниченный диапазон регулирования.

Известен электропривод постоянного тока [1].

Недостатками данного электропривода являются малая точность датчика тока, отсутствие сигнала, пропорционального уравнительному току, наличие импульсных трансформаторов для управления тиристорами.

Целью изобретения является повышение надежности, точности и технологичности за счет введения второго усилителя-сумматора, блока коммутации, входы которого соединены с системой управления и содержащего в каждом канале две оптопары, к вторичным цепям которого подключены противоположно включенные диоды, и построение высокочастотного блока гальванической развязки на базе высокочастотного генератора, двух высокочастотных трансформаторов, четырех ключах, шести резисторов, двух конденсаторов и выпрямителя.

Цель достигается тем, что в электроприводе постоянного тока с совместным управлением, в дальнейшем электропривод, содержащий силовую часть, электродвигатель, два силовых дросселя, блок управления, блок коммутации, пропорционально-интегральные регуляторы тока и скорости, датчик тока, построенный на высокочастотном блоке гальванической развязки и двух шунтах, датчик скорости, один усилитель-сумматор, второй усилитель-компаратор, два диода, вводится третий усилитель-компаратор, второй усилитель выполнен в виде сумматора, блок коммутации содержит две оптопары, к вторичным цепям которых подключены противоположно включенные диоды, вторые выводы которых соединены с тиристорами преобразователя, а высокочастотный блок гальванической развязки содержит высокочастотный генератор, два высокочастотных трансформатора, четыре ключа, шесть резисторов, два конденсатора и выпрямитель.

Приведенная совокупность новых отличительных признаков неизвестна в источниках, данное устройство проявляет новые свойства, обеспечивающие надежность, точность и технологичность, что отвечает критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1, 2 приведены принципиальные электрические схемы электропривода.

Электропривод содержит силовую часть 1, электродвигатель 2, два силовых дросселя 3 и 4, блок 5 управления, блок 6 коммутации, пропорционально-интегральные регуляторы тока 7 и скорости 8, датчик 9 скорости, усилитель-сумматор 10 и датчик тока, выполненный на двух шунтах 11 и 12, высокочастотный блок 13 гальванической развязки, второй усилитель-сумматор 14, третий усилитель-компаратор 15 и два диода 16, 17.

Блок гальванической развязки состоит из генератора 18 прямоугольных импульсов, первого импульсного трансформатора 19, который имеет пять вторичных обмоток, и второго импульсного трансформатора 20, который имеет четыре вторичных обмотки, четырех ключей 21-24, шести резисторов 25-30 и двух конденсаторов 31, 32.

На выходе пятой вторичной обмотки трансформатора 19 установлен выпрямитель 33.

К одним силовым концам первого 11 и второго 12 шунтов соответственно подключены первый и второй выходы силовой части 1, вторые силовые концы шунтов 11 и 12 подключены соответственно к дросселям 3 и 4. Вторые силовые концы дросселей 3 и 4 объединены и подключены к одному якорному концу электродвигателя 2. Второй якорный конец 2 подключен к третьему силовому выходу силовой части 1. Силовая часть 1 имеет три силовых питающих входа, на которые подается напряжение сети. На 2m управляющих входа 1 подаются 2m управляющих выхода 6. На вход подаются сигналы с выхода 5, а на вход 5 подается сигнал с выхода 7. На первый и второй инверсный входы 7 подаются соответственно выходной сигнал с регулятора 8 скорости и сигнал отрицательной обратной связи по току с усилителя-сумматора 10. На первый и второй неинвертирующий вход регулятора 8 скорости поступают соответственно сигнал задания и сигнал отрицательной обратной связи по скорости с датчика 9 скорости (тахогенератор). Сигнальные провода первого 11 и второго 12 шунтов соединены соответственно с первым и вторым входами 13. Первый и второй выходы 13 соединены соответственно с первым инверсным входом 10 и первым неинверсным входом 14 и вторым инверсным 10 и неинверсным входом 14. Выход усилителя-сумматора 10 соединен с катодом 16 и анодом 17. Анод 17 и катод 16 соответственно соединены с третьим неинверсным и четвертым инверсным входами усилителя-сумматора 14. Сигналы на первом и втором выходах 12 разнополярны и постоянны по знаку. На первом выходе 13 - отрицательный, на втором выходе - положительный. Выход 14 соединен с входом 15 и является сигналом, пропорциональным уравнительному току, и может быть использован в электроприводе с совместным несогласованным управлением выпрямительной и инверсной группами тиристоров силовой части. Сигнал логической единицы на выходе 15 соответствует максимальному значению уравнительного тока. В выходные цепи блока 5 управления каждым тиристором последовательно включены первичные цепи двух оптопар. Плюсовая и отрицательная шины дополнительного напряжения, формируемого в блоке 13, подключены через вторичные цепи соответствующих оптопар, соответственно, через соответствующий диод в прямом направлении и через соответствующий диод в обратном направлении к соответствующим управляющим электродам и катодам соответствующего тиристора силовой части 1. Выходы высокочастотного генератора 18, блока 13 подключены к первичной обмотке трансформатора 19. Первая, вторая, третья и четвертая вторичные обмотки трансформатора 19 подключены к управляющим входам соответственно ключей 21 и 22, 23 и 24. Причем первая и третья обмотки включены в противофазе второй и четвертой обмоток. Первый и второй входы 13 зашунтированы соответственно резисторами 25 и 26. Одни концы входа 1 и входа 2 блока 13 подключены соответственно через ключи 21 и 22 к началам первой и второй обмоток трансформатора 20. Вторые концы входа 1 и входа 2 блока 13 подключены соответственно к концам первой и второй обмоток трансформатора 20. Третья и четвертая обмотки трансформатора 20 зашунтированы соответственно резисторами 27 и 28. Начало третьей и четвертой обмоток соответственно через ключи 24 и 23 подключены к одним концам резисторов 29 и 30. Вторые концы резисторов 29 и 30 соответственно являются выходом 1 и выходом 2 блока 13. Концы третьей и четвертой обмоток объединены и подключены к нулевой шине. Между нулевой шиной и выходами 1 и 2 блока 13 соответственно включены конденсаторы 31 и 32. Пятая вторичная обмотка трансформатора 19 подключена к выпрямителю 33. Два выходных конца этого выпрямителя являются соответственно плюсовой и отрицательной шинами дополнительного постоянного напряжения блока 13.

Электропривод работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда на входе 8 сигнал задания равен нулю, на выходах 8 и 7, а также на выходе 10 сигнал также равен нулю. При этом от первого силового выхода 1 по цепи (11, 3, 4, 12) к второму силовому выходу 1 протекает уравнительный ток. Ток якоря (нагрузки) при этом равен нулю. Так как сигналы с шунтов 11, 12 преобразуются в 13 и на выходе 13 они разнополярны и подаются на инверсные входы 10, то на выходе 10 сигнал равен нулю. Напряжение на выходе 10 пропорционально току якоря (нагрузки).

При подаче на вход 8 задающего напряжения положительной полярности на выходе 8 появляется максимальный отрицательный сигнал, при этом на выходе 7 - максимальный положительный сигнал. Управляющие выходные сигналы 5 в количестве 2m подаются на первичные цепи блока 6. Сигналы с вторичных цепей блока 6 подаются на 2m входов части 1 для управления 2m силовыми тиристорами силовой части 1. При этом по якорной цепи электродвигателя протекает пусковой ток нагрузки, причем по цепи первого дросселя 3 и шунта 11 протекает суммарный ток нагрузки и уравнительного тока, по цепи второго дросселя 4 и шунта 12 протекает уравнительный ток. Происходит разгон электродвигателя.

При подаче на вход 8 задающего напряжения отрицательной полярности по якорной цепи протекает ток нагрузки, по цепи второго дросселя и шунта 12 протекает суммарный ток нагрузки и уравнительного тока, по цепи дросселя 3 и шунта 11 - уравнительный ток. Остальные сигналы, как было указано выше, только наоборот.

В некоторых случаях при скачкообразном задании напряжения ±U_зад может создаться аварийная ситуация, когда выше максимальный уравнительный ток. При этом на выходе усилителя-компаратора 15 появится сигнал, соответствующий логической единице. Этот сигнал используется для защиты электропривода.

В заявляемом электроприводе дрейф датчика тока на выходе в составе электропривода составил 30 мВ при 60^оС.

Дрейф датчика тока в заявленном электроприводе в 4-5 меньше, чем дрейф этого датчика тока (Перельмутер В.М. и др. Системы управления тиристорными электроприводами постоянного тока. Энергоатомиздат, 1988, с.133).

Выходной каскад для управления силовыми тиристорами построен на одном источнике питания.

Применение одного трансформатора 20 с двумя встречно включенными обмотками позволило исключить подмагничивание сердечника трансформатора 20, а также максимально использовать трансформатор 19 и генератор 18 прямоугольных импульсов.

Таким образом в предлагаемом электроприводе повышена надежность, точность и технологичность, что соответствует поставленной цели.

Использование: в следящих электроприводах подач станков. Сущность: повышение надежности, точности и технологичности обеспечивается введением второго усилителя-сумматора, блока коммутации, блока высокочастотного блока гальванической развязки. Блок гальванической развязки содержит высокочастотный генератор, два трансформатора, четыре ключа, шесть резисторов. 2 ил.

ЭЛЕКТРОПРИВОД постоянного тока с совместным управлением, содержащий электродвигатель, один вывод якорной обмотки которого подключен к преобразователю, а другой - к объединенным выводам двух дросселей, вторые выводы дросселей через шунты соединены с выходами преобразователя, последовательно соединенные блок задания, пропорционально-интегральные регуляторы скорости и тока, выход пропорционально-интегрального регулятора тока соединен с системой управления, сигнальные выводы шунтов соединены с входами высокочастотного блока гальванической развязки, инвертирующий выход высокочастотного блока гальванической развязки соединен с первыми инвертирующими входами первого и второго усилителей, неинвертирующий выход - с инвертирующим входом первого усилителя и неинвертирующим входом второго усилителя, вторые неинвертирующий и инвертирующий входы второго усилителя подключены соответственно к аноду и катоду диодов, другие силовые электроды которых объединены и подключены к выходу первого усилителя и второму входу пропорционально-интегрального регулятора тока, к второму входу пропорционально-интегрального регулятора скорости подключен датчик скорости электродвигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, точности и технологичности, в него введен компаратор, второй усилитель выполнен в виде сумматора, причем выход компаратора предназначен для подключения к схеме защиты, а вход соединен с выходом сумматора и с системой управления, а также введен блок коммутации, входами соединенный с системой управления, с каналами управления по числу тиристоров преобразователя, и содержащий две оптопары, к вторичным цепям которой подключены противоположно включенные диоды, вторые выводы которых соединены с тиристорами преобразователя, а высокочастотный блок гальванической развязки содержит высокочастотный генератор, два высокочастотных трансформатора, четыре ключа, шесть резисторов, два конденсатора и выпрямитель, при этом выходы высокочастотного генератора подключены к первичной обмотке первого трансформатора, первая, вторая, третья и четвертая вторичные обмотки которого подключены к управляющим входам соответствующих ключей, первая и третья обмотки указанного трансформатора включены в противофазе второй и четвертой обмоткам, первый и второй входы высокочастотного блока гальванической развязки зашунтованы соответственно первым и вторым резисторам, одни выходы входов указанного блока подключены соответственно через первый и второй ключи к началам первой и второй обмоток второго трансформатора, вторые выводы входов подключены соответственно к концам первой и второй обмоток второго трансформатора, третья и четвертая обмотки которого зашунтированы соответственно третьим и четвертым резисторами, начало третьей и четвертой обмоток через третий и четвертый ключи подключены к одним выводам пятого и шестого резисторов, вторые выводы которых соответственно являются выходами высокочастотного блока гальванической развязки, выводы третьей и четвертой обмоток объединены и подключены к нулевой шине, между нулевой шиной и выходами включены конденсаторы, пятая вторичная обмотка первого трансформатора подключена к выпрямителю, два выходных вывода этого выпрямителя подключены к вторичным цепям оптопар блока коммутации.