ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 2000 года по МПК H02P7/42 

Электропривод относится к области электротехники и может использоваться в системах регулирования скорости или углового положения нагрузки.

Известны электроприводы, содержащие двигатель, преобразовать частоты и датчик скорости в виде формирования ЭДС вращения [1].

Недостатком их является сложность конструкции, включающей в себя низкочастотные трансформаторы и дроссели, включенные совместно с измерительным резистором в цепь статора двигателя. Это, кроме того, понижает КПД устройства.

Наиболее близким к предлагаемому из известных устройств является электропривод, содержащий двигатель, силовые обмотки которого через измерители тока подключены к выходу преобразователя частоты, и формирователь ЭДС в виде измерительных обмоток двигателя [2].

Недостатком известного устройства является неточность формирования скоростного сигнала из-за наличия взаимоиндуктивной связи между силовыми и измерительными обмотками, что ухудшает точность привода в процессе работы (в частности, при увеличении момента нагрузки).

Цель изобретения - повышение точности поддержания скорости вращения.

Указанная цель достигается тем, что электропривод, содержащий двигатель, силовые обмотки которого через измерителя тока подключены к выходу преобразователя частоты, на который подан инициирующий сигнал с выхода блока сравнения, на первый вход которого подается сигнал управления, а на второй - сигнал с выхода датчика скорости, включающего в себя формирователь ЭДС в виде измерительных обмоток двигателя, снабжен вычитающим устройством и устройством дифференцирования, вход которого подключен к выходу измерителя тока, а выход - к первому входу вычитающего устройства, второй вход которого связан с выходом формирователя ЭДС, причем выход вычитающего устройства является выходом датчика скорости. При этом дифференцирующее устройство выполнено в виде дифференцирующего RC-контура, параметры R и C которого выбраны так, что обеспечивается равенство
R_оRC = M,
где
U_ит - выходное напряжение измерителя тока;
I - ток статора двигателя;
M - взаимная индуктивность силовой и измерительной обмоток двигателя.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого электропривода.

Электропривод содержит двигатель 1 с формирователем 2 ЭДС (в виде измерительных обмоток), преобразователь 3 частоты, выполненный как усилитель мощности, охваченный обратной связью по току статора посредством измерителя 4 тока, устройство 5 дифференцирования сигнала с выхода измерителя 4 тока, вычитающее устройство 6, на соответствующие входы которого поданы сигналы U₂ с выхода формирователя 2 ЭДС и U₅ - c выхода устройства 5 дифференцирования, блок 7 сравнения, на первый 8 вход которого подан сигнал управления U_Ω, а на второй 9 - сигнал U_E с выхода вычитающего устройства 6, пропорциональный скорости вращения Ω.
Электропривод работает следующим образом.

При подаче на вход блока 7 сравнения напряжения U_Ω на его выходе образуется сигнал Δ U = U_Ω - U_E, который инициирует преобразователь 3 частоты, а он формирует в статоре двигателя 1 ток I. Последний начинает вращаться, и на его обмотках образуются напряжения переменного тока (из схемы замещения электрической машины) соответственно:
на силовой обмотке -
U₁ = Ir + рIL + E₁
где r, L и E - активное сопротивление, индуктивность и ЭДС силовой обмотки, p - оператор;
на измерительной обмотке -
U₂ = pIM+E,
где M - взаимная индуктивность измерительной и силовой обмоток, E - ЭДС измерительной обмотки. E = C_eΩ, где C_e - коэффициент пропорциональности.

Одновременно с этим на выходе измерителя 4 тока возникает напряжение U_ит, пропорциональное току I : U₄ = U_ит = R_оI, а на выходе устройства 5 дифференцирования - напряжение U₅, пропорциональное производной от величины U_ит:
U₅ = pkU_ит = pkR_оI
Напряжения U₂ и U₅ подаются на соответствующие входы вычитающего устройства 6, на выходе которого образуется напряжение
U₆ = U₂ - U₅ = E + pI(M - kR_о).

Поскольку величина M - kR₀ < M, то влияние второго члена в выражении для U₆ уменьшается, а поэтому точность формирования сигнала, пропорционального скорости вращения, увеличивается.

Если значение kR_о = M, то значение
U₆ = U_E = E = C_eΩ,
и сигнал с датчика скорости формируется без погрешности.

Устройство дифференцирования может быть выполнено как дифференцирующий RC-контур, на выходе которого образуется напряжение

где R и C - параметры контура, а
Полагая (что имеет место при дифференцировании), будем иметь (пренебрегая за малостью значением R в знаменателе):
U'₅ = pIR_оRC.

Тогда выражение для U₆ примет вид:
U₆ = E + pI(M - R_оRC),
и при равенстве R_оRC = M будем иметь:

Таким образом, за счет уменьшения (а в принципе, и исключения) влияния взаимной индуктивности между силовыми и измерительными обмотками двигателя повышается точность отработки заданной скорости приводом под нагрузкой.

Макет предлагаемого устройства мощностью 270 Вт (U_n = 27 B, Iн = 10 А) был испытан при намотке силовой и измерительной обмоток в параллель. Испытания подтвердили возможность полной компенсации влияния взаимной индуктивности на коэффициент передачи датчика скорости.

Литература
1. Авт. свид. СССР N 284868 Бюл. изобр. N 35, 1971 г.

2. Авт. свид. СССР N 675568 кл. H 02 P 7/42 Бюл. изобр. N 27, 1979 г.

Изобретение может быть использовано в следящих системах регулирования. Технический результат заключается в повышении точности регулирования скорости. Электропривод содержит датчик скорости, выполненный в виде устройства вычитания, и преобразователь сигнала, вход которого подключен к выходу измерителя тока, а выход - к первому входу вычитающего устройства, второй вход которого связан с выходом формирователя ЭДС. Выход устройства вычитания является выходом датчика скорости. 1 ил.

Электропривод, содержащий двигатель, силовые обмотки которого через измерители тока подключены к выходу преобразователя частоты, на который подан инициирующий сигнал с выхода блока сравнения, на первый вход которого подается сигнал управления, а на второй - сигнал с выхода датчика скорости, включающего в себя формирователь ЭДС в виде измерительных обмоток двигателя, отличающийся тем, что он снабжен вычитающим устройством и устройством дифференцирования, вход которого подключен к выходу измерителя тока, а выход - к первому входу вычитающего устройства, второй вход которого связан с выходом формирователя ЭДС, причем выход вычитающего устройства образует выход датчика скорости.