Электропривод с частотно-токовым управлением Советский патент 1984 года по МПК H02P5/34 

Изобретение относится к электроте нике, а именно к электроприводам с частотно-токовым управлением, и может использовано для построения высокоточных и глубокорегулируемых следяпр х систем управления скоростью и положением нагрузки. Известен электропривод с частотно токовым управлением, содержащий двигатель переменного тока, к фазным обмоткам которого подключены выходы усилителей тока датчик углового положения в виде бесконтактного сельсина, установленного на валу двигате ля переменного тока, блок задания момента подключенный к усилителю, выход которого соединен с обмоткой возбуждения датчика углового положения и с входом генератора опорного напряжения, два фазочувствительных вьшрямителя, выходы которых подключены к первым входам соответствующих элементов сравнения, вторыми входами соединенных с выходами соответствующих измерителей фазных токов, включенных в фазные цепи двигателя переменного тока, при этом выходы элемен тов сравнения подключены к управляющим входам соответствукяцих усилителе тока, а выходы генератора опорного напряжения подключены к пофазно соединенньм между собой первым входам фазочувствительных выпрямителей, вторые входы которых связаны с выходами датчика углового положения tl Выходные сигналы фазочувствительных выпрямителей определяют токи в фазах двигателя и представляют собой гармонические сигналы в функции углового положения рбтора с амплитудой пропорциональной сигналу задания момента, т.е. Ue n UM-sin6f uiy , где Ogy; - вькодной сигнал фазочувст-, тельного выпрямителяJ - сигнал задания момента - угловое положение ротора; д-г - фазовый сдвиг для i -и фазы Недостатком известного электропри вода с частотно-токовым управлением явхгяется низкая точность формирования системы токов, а следовательно, и канала задания момента, обусловлен ная такими элементами, как датчик углового положения, фазочувствительные выпрямители, а также отсутствием фильтра после фазочувствительных выпрямителрй для высокочастотной Счастота генератора опорного напряжения) составляницей. Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является электропривод с частотно-токовым управлением,, содержащий двигатель переменного тока к фазным обмоткам которого подключелы выходы усилителя тока, датчик углового положения, установленный на валу двигателя переменного тока, соединенные последовательно для каждой фазы демодулятор и фильтр, подключенный к соответст- вующему фазному управляющему входу усилителя TOKai при этом вход каждого фазного демодулятора соединен с соотвётствунщим фазным выходом датчика углового положения 121-, Недостатком известного электопривода является низкая точность, з равления моментом, обусловленная наличием модуляторов и демодуляторов в це.пях задания фазных токов. Кроме того, в известном электроприводе ограничен выбор типа датчика углового положения: фазность датчика углового положения должна быть равна фазности обмоток двигателя переменного тока, а также затруднена реализация большого диапазона регулирования частоты вращения, так как при увеличении скорости вращения требуется пропоризнональное увеличе™ частоты тока в обмотке двигателя. Так, например, для синхронной двухполюсной редукторной машины с коэффициентом электромагнитной редукции при частоте вращения 500 об/мин требуется частота тока порядка 400 Гц, При отсутствии ограничений на полосу пропускания усилителя мощности уменьшение соотношений частот модуляции и тока в обмотке двигателя приводит к увеличению ошибки в канале задания момента и к снижению точности зтхравления. Цель изобретения - повьш1ение точности управления. Указанная цель достигается тем, что в электропривод с частотно-токовым управлением, содержащий двигатель переменного тока, к фазным обмоткам которого подключены выходы усилителя тока, датчик углового положения, установленный на валу двигателя пе- ,. ременного тока, и блок задания момента, связанный с фазными управляющими входами усилителя тока, введены функ3циональньш преобразователь с арккос нусной характеристикой, инвертор, два сумматора, блок синхронизации и блок фазкГых преобразований, снабженный в каждой фазе функциональными преобразователя1 ш с синусн ми характеристиками и фазным сумматором, выход которого подключен к соответствующему фазному уп завляющему входу усилителя тока, а входы соединены с выходами функциональных преобразователей с синусными характеристиками, входы которых подключе ны соответственно к выходам первого и второго сумматоров, при этом вход функционального преобразователя с арккосинусной характеристикой подкл чен к выходу блока задания момента, а выход соединен с первым входом пе вого сумматора и входом инвертора, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выход датчика углового положения подключен к входу блока синхронизации, выходо соединенного с объединенными между собой вторыми входами cyMMaiTopoB. Датчик углового положения вьтолнен в виде электромашинного фазовра щателя с коэффициентом электрическо редукции, равным отношению частоты вращения поля статора к частоте вра щения ротора двигателя переменного тока, а блок синхронизации вьтолнен в виде преобразователя временного интервала в цифровой код. На чертеже представлена функциональная схема электроприВ(Зда с частотно-токовым з равлением. Электропривод с частотно-токовым управлением содержит двигатель 1 пере менного тока,к фазньц обмоткам кото рого подключены выходы усилителя 2 тока, датчик 3 углового положения установленный на валу двигателя 1 переменного тока, и блок 4 задания момента, связанный с фазными управляющими входами усилителя 2 тока. I .1 . - В электропривод с частотно-токовым управлением введены функциональ ный преобразователь 5 с арккосинусной характеристикой, инвертор 6, дв сумматора 7 и 8, блок 9 синхронизации и блок 10 фазных преобразований снабженньй в каждой фазе двумяфунк циональными преобразователями 11 и 12 с синусйыми характеристиками и фазным сумматором 13, выход которого подключен к соответствующему 34 фазному управляющему входу усилителя 2 тока, а входы соединены с выходами функциональньЬс преобразователей 11 и 12 с синусными характеристиками, входы которых подключены соответственно к выходам первого 7 и второго 8 сумматоров, при этом вход функционального преобразователя 5 с арккосинусной характеристикой подключен к выходу блока 4 задания момента, а выход соединен с первым входом первого сумматора 7 и входом инвертора 6, выход которого подключен к первому входу второго сумматора 8, выход датчика 3 углового положения подключен к входу блока 9 син- хронизации, выходом соединенного с объединенными между собой вторыми . входами сумматоров 7 и 8. Датчик 3 углового положения выполнен в виде электромашинного фазовращателя с коэффициентом электрической редукции, равным отношению частоты вращения поля статора к частоте вращения ротора двигателя 1 переменного тока, а блок 9 синхрони.зации вьтолнен в виде преобразователя временного интервала в цифровой код. Электроприво)д с частотно-токовым управлением работает следукицим образом. Согласно принципу частотно-токового управления ток 3 в Ti-й- фазе обмотки двигателя 1 переменного тока связан с сигналом задания момента UH и угловым положением вала «С дпя соответствующего начала отсчета след5тощим соотношением . j Jk-U,.5..riH) (2) где К - коэффициент пропорциональности, определяемый кон. структивнь&ш параметрами двигателя} а- коэффициент электромагнит-; ;ной редукции двигателя. Для i 1 имеем J-kUMuk Ca i . Соотношение (3) для одной фазы вигателя 1 переменного тока реалиуется в электроприводе следуюим образом. На выходе блока 4 задания момента U,.k.u«. , ( где К - коэффициент пропорциональнос ти. Сигнал поступает на вход функционального преобразователя 5 с арккосинусной характеристикой, причем надо учитывать диапазон изменения сигнала и нормировать его, чтобы привести в соответствие с диапазоном изменения входного сигнала функционального преобразователя 5. На выходе функционального преоб, разователя 5 с арккосинусной характ ристикой в соответствии с (4) Us ciirccos(iUM) . На входы сумматора 7 поступают сигналили сигналiJq с выхода блока 9 синхронизации, а на входы сумматор 8 поступают сигнал и , полученный в результате инвертирования сигнала ((}, и сигнал Ug с выхода блока 9 син хронизации. С у 1етом того, что Ug -05 , а также с учетом (5) на выходах сумматоров 7 и 8 U,ai.ccos( 8 сч:ссоз(ки„-|)-и9/ (6) На выходах функциональных преобра зователей 1 1 и 12 с синусными характ ристиками с учетом (6) ; (Ji, Sin IbtHJCDS (kU) Uii sin C-oi«:cos (ки„-| - и, j На выходе сумматора 13 с учетом (7) U,5 kU«SittUq i S Аналогично фазному управляющему сигналу в блоке фазных преобразований формируются управляющие сиг налы и для других фаз. При этом функциональные преобразователи с си нусными характеристиками для каждой фазы имеют свой постоянньй фазовый Сдвиг, зависяпщй от фазности обмотк двигателя 1 переменного тока. Сигнал Uij поступает на соответст вующий управляющий вход усилителя 2 тока, которьй обеспечивает питани фазы двигателя 1 переменного тока током JJ, определяемым по (8), т.е. На выходе датчика 3 углового пол kemiH формируется сигнал vUj , пропор АЗ .. циональный. угловому положению вала С двигателя 1 переменного тока,т.е. и, 0) и изменяющийся в пределах одного оборота от О до 2л. Блок 9 синхронизации служит для согласования диапазона изменения входных сигналов функциональньпс преобразователей 11 и 12 с синусными характеристиками и углового положения вала f . При этом выходной сигнал Ug жестко связан с угловым положением вала (( по вьфажению Uoj Q « И изменяется от О до 2jr. Количество циклов изменения Uq от О, до 2jf на одном обороте равно величине а (отношению частоты вращения поля к частоте вращения ротора). Для синхронных редукторных двигателей указанное отношение равно коэффициенту электромагнитной редукции Из (9) с учетом (11) получают: J kUMSiM cjc, что соответствует требуемому соотнощению (3) для частотно-токового управления. В качестве датчика 3 углового положения в предлагаемом электроприводе с частотно-токовым управлением целесообразно использование электромашиннйго фазовращателя с преобразованием его входного сигнала в цифровой код. При этом изменение фазы вькодного сигнала датчика углового положения относительно входного на 360 эл.град. должно соответствовать геометрическим градусам положения вала, т.е. отношение частоты вращения поля статора к частоте вращения ротора двигателя 1 переменного тока и коэффициент электрической редукции датчика 3 углового положения должны быть одинаковыми. Например при использовании в качестве датчика углового положения вращающегося трансформатора ив качестве двигателя переменного тока синхронной редукторной машины число пар полюсов датчика углового.положения должно равняться коэффициенту электромагнитной редукции двигателя переменного тока. Блок 9 синхронизации в данном случае является преобразователем

711

рассогласования фаз (временного интер вала) между опорным и выходным напряжением в цифровой код.

Функцио1 альные преобразователи 5,11 и 12 также оперируют сигналами в цифровом виде, что увеличивает точность управления фазными точками и моментом в электроприводе,

Существующая,в настоящее время элементная база позволяет строить функциональные преобразователи с высокой точностью (ошибка составляет

112438

доли процента) например, на основе цифровых микросхем типа 505 РЕЗ, 155 РЕЗ и т.п.

Таким образом, применение предла5 гаемого устройства позволяет построит систему задания фазных токов двигателя переменного тока в цифровом виде без выполнения операции модуляции и демодуляции, что обеспечивает боtO лее высокую точность управления моментом в сравнении с известным техническим решением.

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД С ЧАСТОТНОТОКОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ, содержащий двигатель переменного тока к фазным обмоткам которого подключены выходы усилителя тока, датчик углового положения, установленный на валу двигателя переменного тока, и блок задания момента, связанный с фазными управляющими входами усилителя тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности управления, введены функциональный преобразователь с арккосинусной характе- . ристикой, инвертор, два сумматора, блок синхронизации и блок фазных преобразований, снабженный в каждой фазе двумя функциональными преобразователями с синусными характеристиками, и фазным сумматором, выход которого подключен к соответствующему фазному управляющему входу усилителя тока, а входы соединены с выходами функциональных преобразователей с синусными характеристиками, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, при этом вход функционального преобразователя с арккосинусной характеристикой .подключен к выходу блока задания момента, а выход соединен с первым входом первого сумматора и входом инвертора, е выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выход датчика (Л углового положения подключен к входу блока синхронизации, выходом соединенного с объединенными между собой вторыми входами сумматоров. 2. Электропривод с частотно-токовым управлением поп.1, отличающийся тем, что, датчик угловотго положения выполнен в виде электромашинного фазовращателя с коэффициентом электрической редукции, равным отношению частоты вращения Поля статора к частоте вращения ротора двигателя переменного тока, а блок синхронизации вьтолнен в виде преобразователя временного интервала в цифровой код

MZP