Электропривод Советский патент 1983 года по МПК H02P5/34 

кэ

DO

65 о ел

2.Электропривод по n.l, отличающийся тем, что формирователь скорости снабжен преобразователем, числа фаз, датчик опорных сигналов снабжен формирователем многофазных опорных сигналов, а фазочувствительный выпрямитель выполнен многофазным, реверсивным, один вход которого через преобразователь числа фаз связан с выходом синхронного редукторного генератора, а другой с формирователем многофазных опорных сигналов.

3.Электропривод по п.п. 1 и 2, отличающийся тем, что датчик опорных сигналов снабжен блоком интеграторов, вход которого подключен к выходу синхронного редукторного генератора, а выход связан

с входом формирователя многофазных опорных сигналов.

4.Электропривод по п.1. Отличающийся тем, что в него введен датчик угла поворота, ротор которого механически соединен

с ротором синхронного редукторного электродвигателя, а его выход электрически связан с датчиком опорных

сиглалов, причем датчик угла поворота выполнен редукторным.

5.Электропривод по п.п. 1-4, о тличающийся тем, что датчик опорных сигналов снабжен блоком фазочувствительных выпрямителей, вход которого связан с редукторным датчиком угла, а выход - р входом блока интеграторов, выполненных в виде апериодических звеньев.

6.Электропривод по п.1, отличающийся тем, что снабжен регулятором угла и цифровым датчиком угла поворота ротора синхронного редукторного электродвигателя, выход которого связан с входами датчика опорных сигналов и регулятора угла, а выход последнего связан с формирователем сигналов управления.

7.Электропривод по п.п. 1-3 и 6, отличающийся тем, что датчик опорных сигналов снабжен преобразователем цифра-аналог, вход которого связан с цифровым датчиком угла поворота ротора синхронного редукторного электродвигателя, а выход - с входом блока интеграторов, выполненных в виде апериодических звеньев.

1

Изобретение относится к электротех нике и может быть использовано во все областях промышленности для регулирования скорости и положения нагрузки в электроприводе без механического редуктора при низких скоростях нагруз ки, например около одного оборота в сутки, и при высоких требованиях к точности и качеству регулирования, например единицы угловых секунд.

Известны электроприводы, предназначенные для регулирования скорости и положения- нагрузки без механического редуктора, содержащие коллекторные двигатель и газогенератор постояв ного тока Ull.

Недостатками тихоходных коллекторных машин являются высокая стоимость, сложность иготовления, а также малая нгщежность,взрывоопасность, неудобство компоновки с объектом регулирования, обусловленные наличием коллектора.

Тихоходные моментные двигатели постоянного тока имеют большие потери в якорной цепи, существенной оказывается и индуктивность якорной цепи, что в свою очередь приводит к- необходимости применения преобразователя энергии с большой установочной мощностью.

Тихоходные тахо.генераторы постоянного тока имеют достаточно большую индуктивность якорной цепи и вследствие этого большую постоянную времени, так же высокий уровень сигналов помех возникающих вследствие коллекторных пульсаций.

Недостатками электроприводов являются малая надежность, высокая стоимость , существенные габариты силовой преобразовательной аппаратуры, сравнительно невысокие регулировочные свойства, обусловленные недостатками коллекторных мащин.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является электропривод, содержащий синхронный электродвигатель, механически связанный с синхронным генератором, преобразователь энергии, выход которого подключен к синхронному электродвигателю, формировательскорости, снабженный фазочувствительным выпрямителем, входом соединенный с выходом синхронного генератора, а выходом с одним входом формирователя сигналов управления, задатчик скорости, подключенный к другому входу формирователя сигналов управления, выход которого подключен к входу управлеНИИ величиной напряжения (тока; преобразователя энергии 2.

Недостатк( известного электропривода являются невысокие точность и плавность управления частотой вращения нагрузки, объясняеьие исполь зованием аналогового задатчика частоты и обычных синхронных электрических машин, из которых двигатель для получения сверхнизких частот вращения соединяется с нагрузкой через механический редуктор.

Цель изобретения - повышение точности и плавности управления частотой вращения нагрузки.

Указанная цель достигается тем, что в электроприводе задатчик скорости снабжен датчиком опорных сигналов, кшод которого связан с входом управления частотой преобразователя энергии и с входом опорных сигналов фазочувствительного шлпрямителя, причем синхронные электродвигатель и генератор вьйтолнешл редукторными.

Формирователь скорости снабжен пр1еобразо1зателем числа фаз, датчик опорных сигналов снабжен формирователем многофазных опорных сигналов, а фазочувствительный выпрямитель выполнен многофазным, реверсивным, оди вход которого через преобразователь числа фаз связан с выходом синхронного редукторного генератора, а другой /- с формирователем многофазных опорных сигналов.

Датчик опорных сигналов снабжен блоком интеграторов, вход которого подключен к выходу синхронного редукторного генератора, а выход связан с входом формирователя многофазных опорных сигналов.

Кроме того, в электропривод введен редукторныП датчик угла поворота ротор которого механически соединен с ротором синхроннного редукторного электродвигателя, а его выход элект{жчески связан с датчиком опорных. сигналов.

Датчик опорных сигналов снабжен блоком фазочувствительных выпрямителей, вход которого связан с редукторнам датчиком угла, а выход - с входом блока интеграторов, выполненных в виде апе жодических звеньев.

Электропривод снабжен регуляторюм угла и цифровь датчиком угла поворота ротора синхронного редукторного электродвигателя, выход которого с входами датчика опорных сигналов к регулятора угла, выход которог связан с формирователем сигналов управления.

При этом датчик опорных сигналов, снабжен преобразователем цифра-аналог, вход которого связан с цифровал датчиком угла поворота ротора сиЧронного редукторного электродви1ате

ля, а выход - с входом блока интеграторов, выполненных в виде апериодических звеньев.

На фиг.1 дана структурная схема электропривода для случая регулирования частоты вращения нагрузки; на;: фиг.2 - схема фОЕ ирователя скорости, на фиг.3 - схема датчика опорных сигналов} на фиг.4 - схема электропривода с редукторным датчиком угла; на фиг.5 - вариант схемы датчика опорных сигналов с блоком апериодических зве ньев/ на фиг.6 - схема электропривода для регулирования скорости и углового положения вала редукторного двигателя; на фиг.7 - вариант схемы датчика опорных сигналов с цифро-аналоговым устройством.

Электропривод содержит редУкторный синхронный электродвигатель 1 с аксиальным возбуждением, подключенный обмотками статора к выходу преобразователя 2 энергии, вход управления величиной тока ( напряжения ) которого подключен к выходу формирователя 3 сигналов управления. Один вход Формирователя 3 связан с задатчиком 4 скорости, который содержит датчик 5 опорных сигналов, -ВЫХОД которого связан с вхЪдом управления частотой преобразователя 2 энергии и с входом формирователя 6 скорости. Другой вход формирователя 6 скорости подключен к выходу синхронного редукторного генератора 7 ротор которого механически соединен с ротором редукторного электродвигателя 1 ( фи г . 1 ).

Формирователь 6 скорости содержит многофазный реверсивный выпрямитель.

Датчик 5 опорных сигналов может содержать формирователь 8 1фиг.2 многофазных опорных сигналов выходы котрого связаны с выпрямителем 9,.который через преобразователь 10 числа фаз соединен с редукторным генератором 7.

Датчик 5 опорных сигналов может содержать блок 11 ( фиг.З) интеграторов, вход которого связан с выходом редукторного генератора, а выход с входом формирователя 8 многофазных опорных сигналов.

Электропривод снабжен редукторным датчиком 12 (фиг.4, угла, ротор которого механически связан с ротором редукторного электродвигателя 1, а выходные обмотки подключены к датчику 5 опорных сигналов.

Датчик 5 опорных сигналов снабжен блоком 13 (фиг.5) фазочувствительных выпрямителей, вход которого связан с выходом редукторного датчика 12 угла, а выход подключен к блоку 11 интеграторов, содержащему апериодические звенья.

Электропривод может содержать регулятор 14 угла (фиг.6) и цифровой датчик 15 угла, выход которого подключен к входу датчика 5 опорных сигналов и через регулятор 14 угла к входу формирователя 3 сигналов управления, электрически с входом блока 11 интеграторов через преобразователь 16 цифра-аналог (фиг.7К

Электропривод работает следующим образом,

Редукторный электродвигатель 1 не посредственно без механического редуктора приводит во вращение нагрузк Для получения высокой точности управления как средним, так и мгновенным значением частоты вращения задатчик 4 скорости фор ирует один сигнгш заДания скорости в виде многофазного напряжения с прецизионной частотой, а другой - в виде аналогового сигнала напряжения постоянного тока.

Сигнал задания в виде многофаэного синусоидального напряжения формируется датчиком 5 опорных сигналов, -в составе которого может быть, например, высокоточный (кварцевый) задатчик иастоты.

Сигналы датчика 5 поступают на вход управления частотой преобразователя 2 энергии, который питает редукторный двигатель током, частота которого строго связана с частотой датчика 5 опорных сигналов.

Так как скорость вращения синхронного двигателя определяется частотой питания, а последняя задается точно, то средняя скорость вращения двигателя 1 1 нагрузки ) регулируется с точностью, определяемой датчиком 5 опорных сигналов,

Вследствие того, что синхронные маишны склонны к качаниям, высокая точность управления мгновенным значением скорости нагрузки достигается использованием аналогового сигнала коррекции, который вырабатывается формирователем 3 сигналов управления. .

Сигнал коррекции формируется по результатам сравнения аналогового сигнала задания скорости, поступающего от зёщатчика 4, и сигнала о мгновенном значении скорости, поступакяцего от формирователя 6 скорости, который вырабатывает этот сигнал следующим образом.

Редукторный синхронный генератор 1 вращается синхронно с редукторным двигателем 1 и формирует многофазное (2 - или. 4 -фазное напряжение, частота которого совпадает с частотой датчика 5 опорных сигналов. Это напряжение преобразуется в напряжение с большим числом фаз (32-64 ) с помощью преобразователя 10 числа фаз и поступает на информационные входы многофазного реверсивного выпрямителя 9, на .входы опорных сигналов которого поступают сигналы от ,формирователя 8 многофазных опорных сигналов ( фиг.2).

При определенной начальной взаимной фазировке редукторных генератора 7, и электродвигателя 1 на выходе выпрямителя 9 формируется аналоговый сигнал скорости (частоты вращения) электродвигателя 1, который из-за многофазности выпрямляемого сигнала содержит малый уровень пульсаций .

Формирование этого сигнала ведется практически без запаздываний постоянная времени цепи формирования скорости ХО,1-1), что обеспечивается, параметрами синхронного редукторного генератора. Наличие бысдействующего каНёша регулирования скрости обеспечивает контроль мгновенного значения скорости, и благодаря этому достигается высокая плавность вращения нагрузки в случае возмущгиоцих воздействий.

Чтобы повысить точность и плав ность управления скоростью нагрузки, необходимо уменьшить уровень пульсаций в сигнале фор№1рователя 6 скорости.

Для этой цели производят более точную фазировку сигналов датчика 5 опорных сигналов относительно напряжений генератора 7, используя напряжения генератора 7 при формировании опорных сигналов.

Напрях ения генератора 7 поступают на входы интеграторов блока 11, сигкалл с выходов которых поступают на входы формирователя 8 многофазных опорных сигналов. В этом случае из рабочей зоны привода исключается область нулевых скоростей, так как интеграторы не могут длительно сохранять информацию о требуемых опорных сигналах.

Перед пуском привода фиг.З) в работу устанавливают начальные значения выходных величин интеграторов блока 11. В случае использования редукторного генератора 7 с электромагнитным возбуяшением начальный заряд конденсаторов в интеграторах обеспечивается при включении напряжения на обмотку возбуждения генератора .

При использовании редукторного датчика 12 угла (фиг.4) обеспечивается получение требуе1.1ых опорных сигналов во всех режимах работы привода, в том числе и при длительных стоянках. Опорные сиГгналы, полученные с помощью датчика 12, испол гзуются и для выпрямления сигналов редукторного генератора 7.

В том случае, когда требует.ся получить мальй уровень пульсаций в сигнале скорости формирователя 6 и необходим режим длитель ной стоянки, применяют электропривод, в котором датчик опорных сигналов содержит блок фазочувствительных выпрямителей 13 (фиг. в качестве блока II -интеграторов используют блок апериодических звеньев, к входу которого подключены выход редукторного генератора 7 и выход редукторного датчика 12 через блок 13 выпрямителей. В этом случае роль датчика 12 сводится к обеспечению работы привода при нулевых скоростях. При скоростях отличных, от нуля сигналы датчика фильтруются блоком Л апериодических звеньев и в формироёании опорных сигналов не принимают участия. В этом случае сигналы с выхода редукторного генератора 7 интегрируются блоком 11 и с его выхода поступают в формирователь 8 мно гофазных опорных сигналов. Таким образсм, при скоростях отличных от нуля опорные сигналы оказы ваются строго увязанными с сигналами генератора 7. Это позволяет осуществить качественное выпрямление сигналов генератора 7, и на выходе формирователя 6 скорости имееи сигна с малым уровнем пульсаций. Для некоторых видов нагрузки управление только одной скоростью оказывается недостаточным. В этом случае используется тихоходный электроприво в котором применена обратная связь по угловому положению нагрузки (фиг. 6 В электроприводе может быть приме нен цифровой датчик угла, при этом цифровой датчик 15 угла используется не только в контуре главной обратной связи, где его выход подключается к входу регулятора 14 угла, но и в цепи формирования опорных сигнгшов. Для этого выход датчика 15 связывает ся с входом датчика опорных сигналов 5, В том случае, когда требуется высокая плавность работы привода и необходимо иметь высококачественный аналоговый сигнал скорости, используют электропривод, в котором сигналы цифрового датчика 15 с помощью преобразователя 16 (фиг.7) цифрааналог преобразуются в аналоговые сигналы, подобные сигналам,, получаемом на выходах блока 13 фазочувстви тельных выпрямителей. Далее эти сигналы поступают на входы блока 11 апериодических звеньев и участвуют в выработке опорных сигналов при рабо привода при нулевой скорости. При скоростях отличных от.нуля основную роль в формировании опорных сигнало начинают -играть сигналы редукторного генератора 7, выход которого подклю чен ко входу формирователя 8 через блок 11 апериодических звеньев. Благодаря сочетанию цифрового датчика 15 угла и аналогового формирователя б скорости, управ.пяемого с помощью сигналов, получаемых с помощью редукторного генератора 7, удается обеспечить высокую точность и плавность отработки скорости и углового положения нагрузки. При этом сигналы задания скорости и угла формируются вычислительной машиной Ч на чертеже не показана). Преобразователь 2 энергии желательно выполнять в виде регулируемого источника тока. В этом случае формирователь сигналов управления вырабатывает сигналы, которые задают в редукторный двигатель ток, величина и фаза которого контролируются и определяются требуемым моментом на валу. В электроприводе с редукторными машинами характерно применение- замкнутых контуров регулирования либо по скорости, либо по скорости и угловому положению нагрузки. Применение в контуре регулирования скорости редукторного генератора со специальной .схемой формирования сигнала скорости (с высокой крутизной и малым уровнем помех ) позволяет строить высококачественные системы регулирования скорости и углового положения. Электропривод обеспечивает управление нагрузкой без механического редуктора. В этом случае электродвигатель играет роль моментного электродвигателя. Отсутствие механического редуктора определяет высокую жесткость кинематической цепи двигатель-нагрузка, что позволяет получать высокие точность и плавность вращения нагрузки. Редукторный электродвигатель 1 (электродвигатель с электромагнитной редукцией), позволяет получать достаточно низкие частоты вращения (порядка 1 об/суд при сравнительно высоких частотах токов в якорных обмотках (порядка единиц герц). При одинаковых с моментным электродвигат,елем постоянного тока размерах и мo leнтax вращения для редукторного двигателя требуется меньший ток, матялк оказываются потери мощности в якоре, и вследствие этого практически отсутствует перегрев двигателя. Такой электропривод имеет простые конструкцию и технологию изготовления благодаря применению машин перемен- ного тока с электромагнитной редукцией. Для частной задачи f регулирование скорости без длительных стоянок нагрузки при нулевой скорости электропривод выполняется без датчика углового положения, что существенно упрощает конструкцию привода при сохран&няя высокой точности и плавности регулирования скорости.

В варианте с цифровым датчике угла достигается высокая точность и плавность регулирования скорости

и углового положения нагрузки, при этом отсутствует специальный датчик для шлработки опорных сигналов, что упроцает и удешевляет электропривод в целом.