ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 1997 года по МПК H02P6/08 H02K29/14 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам, и может быть использовано в различных областях промышленности в системах, работающих в условиях широкого диапазона скоростей вращения, крутящих моментов и ударных нагрузок с обеспечением точной стабилизации скорости ее плавной регулировки.

Известен электропривод [1] содержащий синхронный двигатель, источник переменного напряжения в виде кварцевого генератора, фазовый дискриминатор, делитель частоты, модулятор, усилитель, корректирующий четырехполюсник и датчик обратной связи, вырабатывающий переменное импульсное напряжение, частота которого пропорциональна скорости вращения ротора.

Недостатком известного электропривода является неравномерность и нестабильность вращения при изменении нагрузки на приводном валу, недостаточно широкий диапазон скоростей вращения, низкое быстродействие и малые запасы устойчивости, непостоянство крутящего момента при различных частотах вращения и невозможность обеспечения однозначности между заданной и фактической частотами вращения приводного вала.

Наиболее близким к предлагаемому является электропривод [2] который содержит синхронный двигатель, усилитель мощности, выходы которых подключены к статорным обмоткам синхронного двигателя, датчики обратной связи, установленные на валу синхронного двигателя, последовательно соединенные блок задания, первый элемент сравнения, регулятор скорости, формирователь управляющего сигнала, элемент токоограничения, блок преобразования координат и датчик фазных токов статора.

Техническими недостатками указанного электропривода являются неширокий диапазон скоростей вращения ротора, недостаточно высокая стабильность и равномерность вращения, низкое быстродействие и устойчивость, непостоянство крутящего момента при изменении частоты вращения, а также неоднозначность между заданной и фактической частотами вращения ротора.

Цель изобретения обеспечение равномерного и стабильного вращения ротора в широком диапазоне чисел оборотов, включая предельно малые, близкие к нулю, и предельно большие однозначности между заданной и фактической скоростями вращения ротора, а также увеличение устойчивости, быстродействия, перегрузочных способностей и экономичности при простоте управления частотой вращения и пуском привода.

Цель достигается тем, что в электроприводе, содержащем электродвигатель, усилители мощности, выходы которых подключены к статорным обмоткам электродвигателя, датчик углового положения ротора, блок задания команд и формирователь сигнала управления с первым и вторым сумматорами, формирователь сигнала управления содержит первый и второй нелинейные преобразователи, сигналы с выхода которых сдвинуты по фазе друг относительно друга на постоянный угол, первый и второй инверторы, при этом выход датчика углового положения ротора через последовательно соединенные первый нелинейный преобразователь и первый инвертор подключен к первому входу первого сумматора, а через последовательно соединенные второй нелинейный преобразователь и второй инвертор к первому входу второго сумматора, вторые входы которых соединены, соответственно, с первым и вторым входами блока задания команд, а выходы сумматоров подключены к входам первого и второго усилителей мощности, соответственно.

Новым в заявленном устройстве является то, что формирователь сигнала управления содержит первый и второй нелинейные преобразователи, сигналы с выхода которых сдвинуты по фазе друг относительно друга на постоянный угол, первый и второй инверторы, а также и то, что выход датчика углового положения ротора через последовательно соединенные первый нелинейный преобразователь и первый инвертор подключен к первому входу первого сумматора, а через последовательно соединенные второй нелинейный преобразователь и второй инвертор к первому входу второго сумматора. Новым является и то, что блок команд имеет два выхода, каждый из которых соединен со вторыми входами, соответственно, первого и второго сумматоров, а также подключение выходов сумматоров ко входам усилителей мощности.

На чертеже представлена функциональная схема электропривода.

Электропривод содержит электродвигатель 1, имеющий по крайней мере первую и вторую статорные обмотки и ротор (на чертеже не показаны), первый 2 и второй 3 усилители мощности, выходы которых подключены к статорным обмоткам двигателя 1, а управляющие входы к выходам формирователя сигнала управления 4. Формирователь сигнала управления 4 состоит из первого 5 и второго 6 нелинейных преобразователей, первого 7 и второго 8 сумматоров, первого 9 и второго 10 инверторов.

Электропривод содержит также блок задания команд 11 с двумя выходами и датчик 12 углового положения ротора электродвигателя 1.

При этом выход датчика 12 углового положения ротора через последовательно соединенные первый нелинейный преобразователь 5 и первый инвертор 8 соединен с первым входом первого сумматора 7, а через последовательно соединенные второй нелинейный преобразователь 6 и второй инвертор 10 соединен с первым входом второго сумматора 8. При этом вторые входы первого 7 и второго 8 сумматоров соединены с первым и вторым выходами блока задания команд 11.

Электропривод работает следующим образом.

Блок задания команд 11, выполненный в виде генератора электрических колебаний, формирует на первом и втором выходах электрические напряжения, соответственно, синусоидальной и косинусоидальной формы с частотой, равной заданному числу оборотов приводного вала, которые подаются на один из входов, соответственно, первого 7 и второго 8 сумматоров, входящих в состав формирователя сигнала управления 4. На другой вход первого сумматора 7 подан сигнал с выхода первого инвертора 9, на вход которого подан сигнал с выхода первого нелинейного преобразователя 5, преобразующего сигнал с выхода датчика 12, пропорциональный угловому положению ротора электродвигателя, в сигнал, пропорциональный синусу угла поворота ротора на выходе нелинейного преобразователя 5.

На другой вход второго сумматора 8 подан сигнал с выхода второго инвертора 10, на вход которого подан сигнал с выхода второго нелинейного преобразователя 6, преобразующего сигнал с выхода датчика 12, пропорциональный угловому положению ротора, в сигнал, пропорциональный синусу углового положения ротора на выходе нелинейного преобразователя 6.

С выхода первого сумматора 7 электрический сигнал подается на управляющий выход первого усилителя мощности 2, а с выхода второго сумматора 8 на управляющий вход второго усилителя мощности 3, посредством которых осуществляется изменение тока в обмотках статора электродвигателя 1, оси которых повернуты друг относительно друга на постоянный угол (в данном примере реализации устройства равный 90^o).

В статорных обмотках электродвигателя 1 указанные токи преобразуются во вращающееся магнитное поле. В результате взаимодействия указанного магнитного поля с магнитным полем ротора электромотора 1 достигается равномерное круговое вращение последнего с частотой, равной частоте колебаний сигнала с выхода генератора электрических колебаний 11.

Благодаря выполнению блока задания команд в виде генератора электрических колебаний, формирующего на своих выходах сигналы, смещенные относительно друг друга на постоянный угол (в данном примере реализации устройства равный 90^o), с соответствующим расположением осей первого и второго статоров электродвигателя 10 достигается равномерное вращение приводного вала привода во всем диапазоне оборотов, включая предельно малые, близкие к нулю, а также однозначность между частотой колебаний электрического сигнала с выхода генератора 11 и фактической частотой вращения приводного вала.

Благодаря преобразованию сигнала с выхода датчика 12 в сигналы, пропорциональные, соответственно, синусу и косинусу угла поворота на выходах первого 5 и второго 6 нелинейных преобразователей с инвертированием этих сигналов посредством инверторов 9 и 10 и последующим суммированием указанных сигналов с электрическими сигналами с выхода блока задания команд 11, выполненного в виде генератора синусоидальных и косинусоидальных колебаний (в данном примере реализации устройства), достигается автоматическое изменение электрического напряжения на выходе сумматоров 7 и 8 пропорционально заданной частоте вращения приводного вала и соответствующее изменение токов в обмотках статора электродвигателя 1 при постоянстве амплитуды с выхода блока задания команд 11, что значительно упрощает процесс регулировки оборотов в диапазоне оборотов от нуля до максимальных.

Благодаря этому также обеспечивается автоматическое изменение напряжения на выходе сумматоров 7 и 8 и, соответственно, токов в обмотках статора электродвигателя 1, что значительно увеличивает динамические и мощностные характеристики электропривода и значительно повышает устойчивость двигателя при широком изменении нагрузок.

Таким образом, использование заявленного технического решения позволяет достичь практически абсолютную равномерность и стабильность вращения приводного вала в широких диапазонах оборотов (от нуля до максимальных) и изменения нагрузки при простоте управления оборотами.

Кроме того, обеспечивается однозначность между сигналом с выхода блока задания команд и фактической частотой вращения выходного вала, увеличивается точность, быстродействие, устойчивость, перегрузочная способность, надежность и долговечность привода, а также значительно упрощается конструкция.

Использование: в различных областях промышленности в системах, работающих в условиях широкого диапазона скоростей вращения, крутящих моментов и ударных нагрузок. Сущность: в электроприводе формирователь 4 сигнала управления составлен из нелинейных преобразователей 5, 6, сумматоров 7, 8 и инверторов 9, 10. Выход датчика 12 углового положения ротора электродвигателя через последовательно соединенные соответственно нелинейный преобразователи и инверторы подключен к первым входам сумматоров 7, 8, вторые входы которых соединены с выходами блока 11 задания команд. В результате обеспечивается плавность регулирования и повышается точность стабилизации частоты вращения в широком диапазоне. 1 ил.

Электропривод, содержащий электродвигатель, усилители мощности, выходы которых подключены к статорным обмоткам электродвигателя, датчик углового положения ротора, блок задания команд и формирователь сигнала управления с первым и вторым сумматорами, отличающийся тем, что формирователь сигнала управления содержит первый и второй нелинейные преобразователи, сигналы с выхода которых сдвинуты по фазе относительно друг друга на постоянный угол, первый и второй инверторы, при этом выход датчика углового положения ротора через последовательно соединенные первый нелинейный преобразователь и первый инвертор подключен к первому входу первого сумматора, а через последовательно соединенные второй нелинейный преобразователь и второй инвертор к первому входу второго сумматора, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами блока задания команд, а выходы сумматоров подключены к входам первого и второго усилителей мощности соответственно.