Устройство для управления двигателем переменного тока Советский патент 1986 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-управляемым электроприводам, и может быт использовано для управления синхронным и асинхронным двигателями в системах и механизмах различного промышленного назначения.

Целью изобретения является расширение области применения за счет использования устройства для управления как синхронным, так и асинхронным двигателями.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для управления двигателем переменного тока} на фиг.2 - схема управляемого делителя частоты.

Устройство для управления двигателем переменного тока содержит датчик 1 положения (ДП) ротора (фиг.1), предназначенный для установки на валу двигателя (Д) 2 переменного тока, усилитель 3 фазных токов (УФТ), блок 4 фазочувствительных выпрямителей (БФЧВ) с информационными и опорным входами, формирователь 5 амплитуды тока (ФАТ) с информационными и опорными входами, блок 6 задания (БЗ) составляющих тока, генератор (Г) 7 синусоидального напряжения, последовательно соединенные делитель 8 частоты (ДЧ) и первый преобразователь 9 числа фаз (ПЧФ), При этом выходы БФЧВ 4 подключены к входам УФТ 3, а информационные входы - к выходам ФАТ 5, информационные входы которого подключены к выходам БЗ 6, выход Г 7 подключен к входу ДЧ 8 и связан с . Опорными входами ФАТ 5. Выходы первого ПЧФ 9 подключены к входам ДП 1 ротора, выход которого подключен к опорному входу Б.ФЧВ 4.

В устройство, кроме того,введены формирователь 10 импульсов (ФИ), управляемый делитель 11 частоты (УДЧ) с основным и дополнительным входами, блок 12 задания частоты скольжения (БЗЧС), фильтр 13 и второй преобразователь 14 числа фаз (ПЧФ). При этом вход ФИ 10 подключен к выходу Г 7, а выход - к основному входу УДЧ 11, дополнительный вход которого подключен к выходу БЗЧС 12 а выход УДЧ 11 соединен с входом фильтра 13, подключенного выходом к ходу второго ПЧФ 14, выходы которого подключены к опорным входам ФАТ 5.

В качестве ДП 1 могут использоваться серийно выпускаемые двухполюсные датчики положения типа вращающегося трансформатора или сельсина.

УФТ 3 представляет собой m транзисторных или тиристорных првобразователей напряжения (т - число фаз Д 2), каждый из которых охвачен жесткой отрицательной обратной связью по выходному току. БФЧВ 4 состоит из m известных элементов выборки и хранения.

ФАТ 5 выполнен по известной схеме координатного преобразователя, содержащего умножители и сумматоры, БЗ 6 в простейшем случае содержит делители напряжений на резисторах.

ДЧ 8 может быть выполнен на осно ве автогенератора синхронизируемого на субгармонике входного сигнала.

ПЧФ 9 и 14 состоят из необходимого числа фазовращателей для получения требуемых многофазных систем напряжений на выходах и могут быть выполнены на операционных усилителях.

УДЧ 11 содержит i последовательно соединенных ДЧ 15-15+i (фиг.2) с переменным коэффициентом деления и Т-триггер (Т) 16, выполненные на счетчиках. Вход С1 ДЧ 15 образует основной вход УДЧ 11, а выход триггера Т 16 - выход УДЧ 11. Входы V -V. , ДЧ 15-15+i образуют дополнительный вход УДЧ 11.

БЗЧС 12 может быть выполнен на основе аналого-цифрового преобразователя, преобразующего сигнал с резисторного делителя напряжения.

Устройство для управления двигателем переменного тока работает следующим образом.

. Обмотка статора Д 2 (в качестве которого используется синхронный или асинхронный двигатель, многопо люсный или с электромагнитной редукцией) питается токами от УФТ 3. На валу Д 2 установлен ДП 1. Обмотки Д 2 выполнены двухфазными (в общем случае т-фазными). Г 7 вырабатывает 5 синусоидальное напряжение частотой fJ, которое поступает на вход ДЧ 8 и на вход ФИ 10. С выхода ДЧ 8 синусоидальньй сигнал частотой f.,f,/k

ъ ц

((( - целочисленный коэффиЦЯгИт деления ДЧ 8) поступает на входПЧФ9, который формирует на своем выходе многофазную систему синусоидальных напряжений частотой f, требуемую для работы да 1 в режиме фазовращателя. При этом выходное напряжение ДП 1 определяется вьфажением и sin t fn- 1 где f, f .-частота вращения ротора ДПТ/ с выхода Ш 10 импульсное напр жение, имеющее частоту f ,поступа на основной вход УДЧ 11, на допол тельный вход которого поступает к числа N с выхода БЗЧС 12. Приче N, + п где Ng - фиксированное число, п О, i1, +2,... , tn . Частота f напряжения на выхо :УДЧ 11 определяется выражением f f7-N., . f,-n 2iM 2iM 2iM где M - модуль ДЧ 15-15+i (фиг.2) Величины Ng и i выбираются так чтобы выполнялось соотношение -Pf,,- (3) где р - число пар полюсов Д 2. При этом где fj. - заданная частота скольже ния, определяемая числом п. При выполнении соотношения (3) выражение (2) для частоты f мож представить в виде f. Р( Фильтр 13 выделяет первую-гармо,нику вьпсодного напряжения УДЧ 11,из которой на выходах ПЧФ 14 формируется двухфазная система синусоидальных напряжений: «i 2fTf, f и cos 2П, t.,

Эти напряжения поступают на опорные входы ФАТ 5, на информационные входы которого поступают напряжения и и Цд задания продольной и поперечной составляющих тОка Д 2. На выходах ФАТ 5 формируются напряжения вида

U-pCos 2TTf t - 2tff t 5 (6)

и,

sx Uc« 2Tff t + U-cos ,, t ; (7) 37 в 11 у 1 Напряжения U sy поступают на информационные входы БФЧВ 4, который в моменты времени t смены знака напряжения U на его опорном входе с отрицательного на положительный осуществляет выборку величин напряжений и и и и сохраняет эти значения до следующего t момента выборки, формируя на своих выходах напряжения ) и ), задающие токи в обмотках двигателя. Вьфажения для U (t) и U(t ) можно получить, подставляя в выражения (6) и (7) в качестве аргумента t величину временного сдвига t напряжений Uyy и U или U и Ц , соответств5тощую моменту выборки, которая изменяется от О при до l/f при , где число выборки формирующих напряжений U(t) и U,(t). Частота fg выбирается такой,чтобы выполнялись соответствия f бРмакс 8 смйкс (бриркс с «акс ксимальная частота вращения ротора двигателя и максимальная заданная частота скольжения). При этом соотношение частот f . и f приблизительно равняется р - целому числу пар полюсов двигателя (см. выражения (1) и (5)), т.е. в период напряжения U укладывается приблизительно р периодов напряжения или . Временной сдвиг tj , соответствующий k-му моменту выборки, определяется выражением Знак (+) в выражении (8) соответствует соотношению l/f p/f , знак (-) - соотношению 1/f p/f . Выражение (5) для f при подстановке fg из уравнения (1) имеет вид f,, p(f,f,Tf,p) После подстановки величины t из вьфажения (8) в качестве аргумента t в урдвнения (6) и (7) и преобразования выражений с учетом выражени (9) величины U, , (t. ) и U,.. (t. ) имею Ad. ч ВИД 2ТТр ( J ..« - UfjSin 27Тр ( UjjSin 2Яр (if + f u.Ct) 6P Г -Н U-C08 ( Вьфажения (10) и (11) эквивалент ны выражениям, для решетчатых функций, получаемых путем квантования п времени и частотой f напряжений вида и 2пр C±f.:vf«J t - 2Trp.( 2TTp (If.jf A D - + UgCos 2ТГр ( if + fgp) t (13 При соотношении частоты квантования по времени f. и частоты напря жений и, и, (), которое всегда практически может быть достигнуто, вьфажения U4jj(t) и (t с достаточной степенью точности со ответствуют вьфажениям (12) и (13) т.е.: 4( 2ТГр ( - 2ТГр (if.) t U4(t) 27Гр (±f, t + + 2Пр () t. При этом в обмотках Д 2 с помощью УФТ 3 формируются синусоидальные токи, амплитуда которых определяет выходными сигналами U и U БЗ 6, а частота - произведением числа пар .полюсов двигателя и суммы частоты вращения ротора двигателя и частоты скольжения. При управлении синхронным двига телем выходной сигнал N БЗЧС 12 р вен N() и (см. вьфажение (4)), При этом частота токов в обмотках Д 2 опоеделяется произведеием частоты вращения ротора двигаеля и числа пар полюсов двигателя. Таким образом, введение в устойство для управления двигателем еременного тока формирователя импульсов, управляемого делителя часоты с основным и дополнительным ходами, фильтра, второго преобразователя числа фаз и блока задания частоты скольжения с соответствующии связями позволяет применять это устройство для управления как синхронным, так и асинхронным двигателями, т.е, расширить область применения известного устройства. Формула изобретения Устройство для управления двигателем переменного тока, содержащее датчик положения ротора, предназначеншлй для установки на валу двигателя переменного тока, усилитель фазных токов, выходы которого предназначены для подключения к фазным обмоткам двигателя, блок фазочувствительных выпрямителей с информационными и onopiuiM входами, формирователь амплитуда тока с информационными и опорньми входами, блок задания составляющих тока, генератор синусоидального напряжения, последовательно соединенные делитель частоты и первый преобразователь числа фаз, при этом выходы блока фазо- . чувствительных выпрямителей подклн чаны к входам усилителя фазных токов, а информационные входы - к вы-; ходам формирователя амплитуды тока, информационные вхол которого подключены к выходам блока задания составляюп их тока, выход генератора синусоидального напряжения подключен к входу делителя частоты и связан с опорными входами формирователя амшшtyды тока, выходы преобразовате- ля числа фаз подключены к входам датчика положения ротора, выход которого подключен к опорному входу блока фазочувствительных выпрямителей, .отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет организации управления как синхронным, так и асинхронным двигателями, введены формирователь импульсов, управляемый делитель частоты с основным и дополнительным входами, блок задания частоты скольжения, фильтр и второй преобразователь числа фаз, при этом вход формирователя импульсов подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, а выход - к основному входу управляемого делителя частоты, дополнительный вход которого подключен к выходу блока задания частоты скольжения, а выход управляемого делителя частоты соединен с входом фильтра, подключенного выходом к входу второго преобразователя числа фаз, выходы которого подключены к опорным входам формирователя амплитуды тока.

нщ

.

Фиг2