Многодвигательный электропривод Советский патент 1983 года по МПК H02P7/68 

Изобретение относится к электро технике, а именно к области синхро низированного электропривода, соде жащего несколько вентильных электр двигателей, и может найти применение в построении систем синхронного вращейия нескольких механически несвязанных валов в широком диапаз не изменения нагрузки. По основному авт. св. № 9.42232 известен многодвигательный электро привод с синхронно вращающимися электродвигателями, содержащими каж дый синхронную машину с многокангшь ным датчиком положения индуктора, связанного по части каналов с цепью управления по крайней мере одного ключа коммутатора через функциональ ный преобразователь каждого сигнала в последойательность импульсов, следящих друг за другом с интервалом времени, соответствующим величине пространственного рассогласования между индуктором данного элек родвигателя и индуктором электродви гателя, отстающего по направлению движения, к цепи управления указанного ключа дополнительно подключен формирователь по крайней мере одного импульса на временном интервале между двумя указанными последовательностями импульсов, длительность которого соответствует указанной ве личине пространственного рассогласования tl. Недостатками из естного электропривода являются значительные величины угла пространственного рассо ласования Д между индуктором данного апектродвигателя и индуктора№1 электродвигателей, отстающих по направлению движения, низкая устойчивость к сильным несимметричным возмуааюйшм воздействиям и заачител ноё время переходного процесса при построении электропривода на базе ббадепринятых электродвигателей, управляемых коммутатором шэ сигнаЛам датчика положения индзйктора. Для таких электродвигателей с m-cek ЦиОНной якорной обмоткой угловая длительность % сигнала в канале многоканального датчика положения индуктора выбирается из условия % oiC2 « k) эл.рад., где оС,- г угловая длительность ее тественного такта ком: - -MyTauHH/ , к 0,1,2... - целое цисло, :„-:) €т-2. С йэложенного дискретное зйачевия аеличйн угловой длительности % лежат в пределах синхронное движение механически Несвязанных индукторов электродвигателей обеспечивается путем выявления в каждом естественном такте коммутации отстающего в пространст венном отношении электродвигателя и обеспечения ему работы на естественной механической характеристике Н выявления также в каждом естественном такте коммутации опережающих в пространственном отнснаении электродвигателей и перевода их на регулировочную механическую характеристику. Вид регулировочной механической характеристики определяется количеством ключей коммутатора которые подвержены управляющему воздействию со стороны указанного формировате 1я импульсов и количеством импульсов, которые этот фо1рмирователь фО1 1Ирует. В частности, для опережающих электродв1игателей могут быть сформ1 рованы следующие квазиустановившиеся режимы: динамическое торможение на угле пространственного рассогласования д, разгон на угле (), или противовключение на угле U - разгон на угле W-u),. Оценим в первом приближении точностные возможности многодвигательного электропривода (величину угла пространственного рассогласования д ), построенного на базе электродвигателей, выполненных по общепринятьм рекомендациям. Сделав дрпушения, аналогичные тем, которые принимаются при исследовании маломощйых коллекторных электродвигателей постоянного тока для враща1ощего момента /t/ , -развиваемого отстающим в пространственном отнесении электродвигателем, работающим на естественной мехайической характеристике, получим : (А , ., , где - относительная частота; вращения, Е, О - эле кТродвижущая сила t и найряжение питания. ВеджчинаврадакядегоЛ момента 41 опере жающего в пространственном отношении электродвигателя определяется величиной ТОРМОЗНОГО момента, организуемого на угле пространственного рассргласования Ь в пределах УГЛОВОЙ длительности каждого естестBiEHHorO такта коммутации о. При организации динамического торможения tf a-t-uj Ъг, S при организации прЬти1Вовключения ( to - - . Поскольку электродвигатели вращаются с одинаковой частотой вращения, то после несложных преобразований для искомой величины угла пространственного рассогласования получим . - при организации динамического торможения/ Лр ( -при организаций противовключения. Из приведенных выражений видно, что величина угла пространственного рассогласования для выбранного алгоритма управления определяется разностью моментов нагрузки на элект родвигателях и абсолютной величиной угловой длительности естественного такта коммутации сС . Ц электроприводе, построенном на базе трехсекционных электродвигателей с шестиключевымн двухполупериодны№1 коммутатс ами ( , расчётные значения углов пространствеийого рассогласования в зависимости от выбранного алгоритма управления ДЛя конкретных значеййй моментов нагрузки ,2 ( О соответственно равны .... -. ::Это статические значения углов пространственного рассогласования, В переходных режймазс указанные углы могут прини1у1ать существенно большие .значения, что приводит к низкой устойчивости и значительному времени переходного процесса. Для ряда элек роприводов указанные значения углов Л являются недопустимо большими, например в электроприводах органов управления, в технике кино, видеоза писи и др. Повышени1е точности путем уменьшения углов пространственного рассогласования может быть достигнуто увеличением едсла секций якорной обмот й электродвигателя и чис. ла ключей коммутатора. Однако ,это нецелесбобразно, поскольку ведет к увеличени1с установленной мокности ключей коммутатора, его усложйению и увеличению числа силовых проводов между электродвигателем и коммутатором. Более рационально искусствен ио увеличить число тактов коммутации в пределах естественного такта ко 1утации электродйигателя. Цель изобретения - повышение точ ности, устойчивости и быстродействия электропривода. Поставленная цель достигается тем, что многодвигательный электропривод с синхронно вращающимися электродвигателями, содержащими каж дый синхронную машину с многоканаль ным датчиком положения И11дуктора, связанного по части каналов с цепью / управления по крайней мере одного ключа коммутатора через функциональ ный преобразователь каждого сигнала в последовательность импульсов, сле дуюишх друг за другом с интервалом времени, соответствующим величине пространственного рассогласования между индуктором данйого электродвигателя и индуктором электродвй ателя, отстающего по направлению движения, к цепи управления указанного ключа подключен .формирователь по крайней мере одного импульса на временном интервале Между двумя указанными последовательностями импуль сов, длительность которого соЬт- ; ветствует указанной величине nixjcT-: ранственного рассогласования, дополнительно снабжен по крайней мере бд ним блоком задержки, включенным между многоканальным датчиком положения индуктора и функциональным преобразователем, причем упомянутый блок задержки выполнен с выхбдной . характеристикой ,f.,4/lil ±) vi+K+s/, а многоканальный датчик положения индуктора выполнен с выхбднсЛ характеристикойЧ- (2 - k )с, в каждом канале, где vf - угловая Длительность сигнала на выходе блока за держки; -угловая длительность сигнала в канале; ; угловая длительность естестаенного такта коквлутацни электродвигателя J m - число секций якорной обмот;кй электрбдв1игателя ,1,2... и ,1,2 - целые числа, n kSm-2, Ц - дрОбное число, 0,4 S ( « 0,6. На фиг. 1 изобрс1Жена блок схем двухдвигательного электропривода; на фиг. 2 - прйтлер реализации функционального преобразователя, формирователя и блока задержки) на фиг. -3 диаграммы напряжений в уэлах двухдвигательного электропривода. На фиг. 1 для примера изображен двухдвигательный электропривод с двумя электродвигателяьо 1 и 2. Электродвигатели 1 и 2 соответственно синхронные машины 3 и 4 С многоканальными датчиками 5 и б положения индуктора двухполупериодные коммутаторы 7 и 8. Синхронные .МШ12ИНЫ могут быть любого типа, например с возбуждением от постоян.ных магнитов, и содержат индукторы р и 10 и якорные обмотки 11 и 12. Датчики 5 и 6 положения индуктора могут быть любого типа, например индуктивные с пбдмагничиванием, и сбдержат в данном случае по шесть чу вствительных элементов (кангтов) . каждаШ, соответственно 13-18 и 19-24. Коммутаторы могут быть выполнены на любых известных управляемых переключающих приборах (ключах), например на. транзисторах, и содержат в данном случае по шесть ключей ка дый, соответственно 25-30 и 31-36. Электродвигатели в данном случае содержат по шесть функциональных преобразователей каждый, соответст венно 37-42 и 43-48, осуществляющих преобразование каждого сигнала датчиков 5 и 6 положения индуктора в последовательность импульсов, следующих друг за.другом с интервалом времени, соответствующим .вел чине пространственного рассогласования между индуктором данного электродвигателя и индуктором отст щего по направлению движения. Элек родвигатели в данном случае содержат по шесть формирователей импуль сов каждый, соответственно 49-54 и 55-60. Каждый из указанных формирователей формирует по крайней мере один импульс на временном интервале между двумя последовательностями импульсов, длительность ко торого соответствует указанной величине пространственного рассогласования. Электродвигатели дополнительно содержат по шесть блоков за держки сигнала на постоянную угловую длительность t/ оС( € п) 6 ( , п 0 ) каждьтй, соответственно 61-66°и 67-72. Отношение угловой длительности SC задержки сигнала на выходе блока задержки к угловой длительности U) 2.-tr t Ч 0/5, к 1) сигнала Ь в канале многоканального датчйка положения индуктора в данном случа равно Ч чГ OL+K-t-S 5 7 угловая длительность сигнала на вы ходе блока задержки равна -Ч1Щ-) а отношение угловой длительности сигнала в канале многоканального датчика положения индуктора к угловой длительности ai Е-2 естестьенного, такта коммутации электродвигателя равно лр 3,5, 2 -f к + где - число секций якорной обмотки электродвигателя, К 0,1,2... и п 0,1,2... целые числа, п « k « т- 21 k 1 , п О, 0,4 5 : 0,6, f 0,5.. Электродвигатели 1 и 2 подкл оче ны к источнику электроэнергии любого типа, например источнику постоянного напряжения 73. Якорные обмотки 11 и 12 синхронных машин 3 и 4 подключены к выходам коммутатороЗв 7 и 8. Многоканальные датчики 5 и 6. положения индуктора связаны с цепями управления ключей 25-30 и 31-36 коммутаторов 7 и 8 через последовательно включенные блоки задержки 61-66 и 67-72 и функциональные преобразователи 37-42 и 43-48. В частности, чувствительный элемент (канал) 13 связан с цепью управления ключа 25 коммутатора 7 через последовательно включенные блок задержки 61 и функциональный преобразователь 37. К цепям управления ключей 25-30 и 31-36 подключены формирователи импульсов 49-54 и 55-60 соответственно. На примере двух функциональных преобразователей 37 и 43 и двух формирователей 49 и 55 показаны их связи с каналами датчиков 5 и 6 положения индуктора. Функциональные преобразователи 37 и 43 связаны с одноименными каналами 13 и 19 датчиков 5 и 6 положения индуктора. Формирователи 49 и .55 связаны с каналами датчиков 5 и 6 положения индуктора: первый - с каналами 16 и 24, а второй - с каналами 18 и 22. Все эти связи являются необходимым (но не достаточными) и показаны условно в том смысле, что каждый конкретный функциональный преобразователь, например 37, осуществляет преобразование каждого сигнала канала 13 датчика 5 положения индуктора (после задержки его в блоке задержки 61 на указанную угловук длительность f ) в последовательность импульсов, следующих друг, за другом с интервалом времени, соответствующим величине Пространственного рассогласования между индуктором 9 данного электродвигателя 1 и индуктором 10 отстающего по направлению движения и измеренным с помощью сигнала одноименного с каналом 13 канала 19 датчика 6 положения индуктора, и что формирователь, например, 49, осуществляет формирование по крайней мере одного импульса на временном интервале между двумя указанными последовательностями импульсов, длительность которого соответствует указанной величине пространственного рассогласования, измеренного с помощью сигналсэв каналов 16 и 24 датчиков 5 и 6 положения индуктора. На фиг. 2 показан пример схемотехнической реализации на элементах логики функционального преобразователя, формирователя и блока задержки для двух, одноименных ключей 25 и 31 коммутаторов 7 и 8 на примере двухдвигательного электропривода, изображенного на фиг. 1. Блок задержки 61(67) сигнала на постоянную угловую длительность может быть реализован с помощью двухвходовой логической схемы ИЛИ 74(75) и двухвходовой логической И 76(77). Функциональный преобразователь 37(43) и формирователь импульсов 49(55) могут быть реализованы с помощью логической ячейки 78(79) , включающей одну одиннадцативходовутс логическую схему ИЛИ 80(81) и одиннадцать логических схем И 82-92(93-103), четыре из которых 82, 83, 85, 87(93,94,96,98)трехвходовые, а остальные 84, 86, 88, 89, 92 (95, 97, 99, 100, 103) двухвходовые. Для осуществления задержки, преобразования и формирования сигналов в-электроприводе предусмотрены логические схемы инвертирования 104, 109 (110, 115). К двум входам.логической схемы ИЛИ 74(75) подключены выхода логической схемы инвертирования 106, 107, 112, 113, а к двум входам логической схемы И 76 (.77) подключены выход логической схемы ИЛИ 74(75 и выход канала 13(19). К трем входам логической схемы И 82(93) подключены выход блока задержки 61(67) сигнала на постоянную угловую длительность f и выход логической схемы инвертирования 109(115). К трем входам логической схемы И 83(94) подключены выход канала 15(21) одноименного датчика 5(6) положения индуктора и выходы каналов 23(17) и 24(18) датчика 6(5) положения индуктора. К двум входам логическрй схемы И 84(95) подключены выходы логических схем инвертирования 112(106)и 105(111). К трех входам логической схемы И 85(96) подключены выходы каналов 17(23), 19(13), 20(14). К двум входам логической схемы И 86(97) подключены выходы логических схем инвертирования 114(108) и 107(113). К трем, входам логической схемы И 87(98) подключены выходад каналов 13(19), 19(13) и 22(16). К двум входам логической схемы И 88(99) подключены выход канала 15(21) и выход логической схемы инвертирования 112(106). К двум входам логической схемы 89(100 подключены выход логической схемы . инвертирования 109(115) и выход канала 24 (18).;К входам логической схемы И 90(101) подключены выход канала 17(23) и выход логической схемы инвертирования 114(108). К двум входам логической схемы И 91(102) подключены выход логической инвертирования 105(111) и выход канала 20(14). К двум входам логической схемы И 92(103) подключены выход канала 13(19) и выход логической схемы инвертирования 110(104). Выходы логических схем И 82-92 (93-103) подключены к входам логической схемл ИЛИ 80(81), выход которой подключен к .цепи управления ключа 25(31).

Построение блоков задержки, функциональных .преобразователей и фор0мирователей. Управляющих другими ключами, выполняются аналогично с учетом угловых сдвигов в каналах управления.

В каналах 13-18(19-24) датчика 5(6 )положения индуктора сформиро5ваны сигналы Ц| 24) (фиг. 3) длительностью фа7/67. Отношение угловой длительности f сигнала в канале к угловой длительности

0

d. естественного такта коммутации электродвигателя равно р/об 3,5. Блок задержки, например, 61 осуществляет .задержку сигнале. U в канале 13 на постоянную величину угловой

5 длительности . Отношение угловой длительности сигнала Ч к угловой длительности сигнала равно

Двухдвигательный электропривод

0 работает следующим образом.

Пусть сигналы U - 4 (Фиг. 3) в каналах датчика 6 положения индуктора отстают от одноименных с ними сигналов Щ в о5налах 13-18 датчика 5 положения индуктора на угол д (индуктор 10 электродвигателя 2 отстает в направлении движения от индуктора 9 электродвигателя 1). Блоки задерж0ки 61-66 и 67-72 осуществляют задержку каждого сигнала в каналах датчиков 5 и 6 положения индуктоРЭ на Постоянную величину, угловая длительность которой равна (f- fc/6t На выходе указанных блоков задержки

5 61-66 и 67-72 формируются сигналы, например 1)57 UTI угловая длительность которых соответствует общепринятым 3Ha4eHHHN; Vp- V-V Дальнейшее преобразование задержг1Н0ных сигналов осуществляется в каналах 13-18 датчика 5 положения индуктора. Функциональные преобразователи 37-42 осуществляют преобразование каждого задержанного сигна5ла, например, задержанного на угол V сигнала в канале 13 в последовательность импульсов 82-87, следующих друг за другом с интервалом времени , соответствующим величине прост0ранственного рассогласования Д между индукторами 9 и 10. Указанное преобразование в канале 13 датчика 5 положения индуктора осуществляют логические схемы И 82-87 совместно 5 с логической схемой ИЛИ 80. Совместно с функциональными преобразователями 37-42 функционируют формиро ватели импульсов 49-54. Формирователь импульсов 49 формирует в данном случае в управляюще цепи ключа 25 пять импульсов Ugg - i (фиг. 3) на временном интервале между двумя последовательностями импульсов Ug2 Ug7 Эти импульсы сформированы с помощью логических схем И 88-92 совместно с логическо схемой ИЛИ 80. На ключи 25-30 коммутатора 7 поступают преобразованны сигналы U25- - ъо (фиг. 3). Логические выражения для преобразованных, импульсов в каналах 13 и 19 датчиков 5 и б положения инду тора имеют вид - и- U6TU,oO l. , и.оа U.9 - го - Ц о7Ч/ U i-Ul9 ia - -, 4,,i 24 WU20 W 4в -/4 -«9 V U-f6 U-f06 Ч,«-и и,,,.и, - и,. ц,о. Логические выражения для сигнало на выходах блоков задержки 61 и 67 имеют вид Ufe ( + ) 67 )Функциональные преобразователи .и формирователи импульсов электродвигателя 2 не осуществляют преобразование в каналах датчиков 6 положения индуктора, поскольку индуктор 10 этого электродвигателя 2 отстает в пространственном отношении от индуктора 9 электродви -.ателя 1. На цепи управления ключей 31-36 коммутатора в соответствии с логикой работы функциональных преобразовате лей и формирователей импульсов Поступают задержанные на угол V сигналы вида Uj - Линейное напряжение Uy на якор ной Обмотке 11 для рассматриваемого случая изображено на фиг. 3. Для сравнения там же изображена форма линейного напряжения якорных обмотках 11 и 12 при синфазном вращении индукторов электродвигателей 1 и 2. Ч-, сформированное таким образом линейное напряжение U на якорной обмотке 11 опережавшего в пространственном отношении электродвигателя 1 обеспечивает на интервалах времени, соответствующих измеренным величинам пространственного рассогласования между синхронно вращающимися индукторами электродвигателей, эффективное торможение протИвовключением. Анализ изображенных на фиг. 3 и фиг. 4 диаграмм показывает, что в предложенном устройстве искусственно увеличено по сравнению с известным электроприводом в два разачисло тактов коммутации в пределах естественного такта коммутации электродвигателя. Теперь такт коммутации электродвигателя при работе в двухдвигательном электроприводе . равен ри-ТГ/б Tje. стал в два раза меньше по угловой длительности, чем при работе его в режиме с естественным тактом коммутации Соответственно в два раза повысилась и точность работы электропривода (в два раза при прочих равных условиях уменьшилась величина прю- i странственногр рассогласования Л). Это стало возможный благодаря введёнию блоков задержки сигнала на постоянную угловую длительность f и нетрадиционному выполнению датчика положения индуктора в части формирования длительности выходных сигналов. В частности, в данном случае сформирован сигнал «Is /feTt , который Еообше неприемлем для управления электродвигателем в обычном исполнении, поскольку при такой Длительности управляющего сигнала в коммутаторе возникает режим сквоз- кого короткого эа азкаккя (режим новременного включения ключей, принадлежащих одной секции якорной обмотки). : с точки зрения симметрии выходного напряжения и максимальной перегрузочной способности электропривода величина коэффициента должна выбираться равной f 0,5. Однако с учетом неточности изготовления сигнального элемента датчика положен я индуктора в формулу Вводится допустимое поле изменения этого коэффициента 0,4 а . В данном случае коэффициент п О, что обеспечивает формирование .упра ляющих сигналов ключами коммутатора отстающего в пространственном отношении электродвигателя длительностью Чо- ЯГ . Коэффициент п может быть, выбран из условия , т.е. п 1. В этом случае длительность указанных управляющих сигналов равна ..,,- . Изобретение распространяется на -секционные электродвигатели с однополупериодмыми и двухполупериодными коммутат ами, Изобретение расширяет функциональные возможности известного электроривода в ча:сти фо{илирования различых «алгоритмов управления путем изенения количества ключей коммутаора(-которые подвержены управляютему воздействию со стороны формирователя импульсов, и количества импульсов, которые .этот формирователь формируют. В данном случае количество импульсов можно изменять от О до 5, в то время как в известном электроприводе от О до 2. Таким образом, изобретение повышает, точность работы электропривода с синхронно вращающимися электродвигателями при

прочих равйых условиях (тип электродвигателя, тип коммутатора) в два раза за счет уменьшения в два раза величины угла пространственного рассогласования. Уменьшение времени переходного процесса .в электроприводе при возмушаияоих воздействиях достигается за счет того что индукторы электродвигателей смещаются в фазовом отношении на меньший угол.

МНОГОДВИГАТЕЛЬНЙЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД fto авт. св. № 942232, о тл и ч а ю щ и и -с я тем, что, с целью повышения точности работы, устойчивости и быстродействия, он снабжён по крайней Мере о;цним блоком задержки, включённьол между мйогоканальным датчике положения ийдукто ра и функциональным преобразователем, пцичем упомянутый блок задержки выпол йен с выходной характеркс1 У О i М V тикой Ч г V я-.; 1, а многоканальный датчик положения индуктора выполнен с выходшЬй характеристикой vp