Частотно-управляемый электропривод Советский патент 1987 года по МПК H02P7/42 

меченное Bbiiioiinefuie счетчика 8 и датчика 3 гюзиоляет организовать пусковой режим, при котором в качестве управляю 1а1х сигналов источника 4 тока используется выходной сигнал регулятора 5 скорости определенной полярности, выбранной сигналом соответствующего кодового канала датчика 3, Кроме того, при повороте вала синхронного двигателя (СД) 1 на угловую величину, не превьпиающую 1/8 оборота до первого изменения полярности заИзобретение относится к электротехнике, а именно к автоматизированному электроприводу, и может быть использовано в электроприводах подачи тяжелых металлорежущих станков и других механизмов, в которых предъявляются высокие требования к точности и диапазону регулирования скорости и диидмическим качествам.

Цель изобретения - повышение точности управления скоростью вращения.,

На фиг. I представлена функциональная схема частотно-управляемого электропривода; на фиг. 2 и 3 - ди- arpaf tMbi, поясняющие работу электропривода .

Частотно-управляемый электропривод содержит синхронный двигатель 1, тахогене 1атор 2 и датчик 3 углового положения, установленные на валу синхронного дгвигателя 1 , управляемый источник 4 тока, выходы которого под- ключенк. к ста торным обмоткам синхронного двигателя I, регулятор 5 скорости, подключенный одним входом к выходу задатчика 6 скорости, а другим - к выходу Taxortигератора 2, формирователь 7 гармон гческих сигналов, выполненный со счетчиком 8 на входе, двумя блоками 9 и 10 постоянной памяти и двумя цифроаналоговыми умножителями 11 и 12, выходы которых образуют выходы формирователя 7 гармонических сигналов, при этом цифровые входы цифроаналоговых умножителей 11 и 12 подключены к выходам соответствующих блоков 9 и 10 постоянной падающего сигнала для одной иг ilias СД 1, осуществляется параллельная запись в счетчик информации о положении ротора СД, формируя гармонические задающие сигнал), синхронизированные по положению, и плавный перевод СД 1 из nycKOBOi o режима в рабочий. В устройстве обеспечивается требуемое направление вращающегося момента на валу СД 1, т.е. обеспечивается как двигательный, так и тормозной режим. 3 ил.

мяти, а аналоговые входы подключены к выходу регулятора 5 скорости, входы блоков 9 и 10 постоянной памяти подключены к выходу счетчика 8.

В частотно-управляемый электропривод введены два переключателя 13 и 14 полярности сигнала, каждый из которых выполнен с сигнальным и кодовым входами, три управляемых коммутатора 15-17, каждый из которых выполнен с двумя переключаемыми и одним средним выводами, блок 18 определения направления вращения с двумя

входами, дешифратор 19 кодов с двумя кодовыми и одним управляюащм входами, формирователь 20 импульсов с двумя входами триггер 21 режима работы. Счетчик 8 в формирователе 7

гармонических сигналов выполнен реверсивным с суммирующим и вычитающим счетными входами, кодовым входом и управляющим входом записи, а датчик 3 углового положения выполнен с двумя частотно-импульсными и двумя кодовыми выходами. Кодовые выходы датчика углового положения 3 подключены к соответствующим входам дешифратора 19 кодов, формирователя 20 импульсов и

кодовым входам соответствующих переключателей 13 и 14 полярности сигналов. Первый частотно импульсный выход датчика 3 углового положения подключен к первому входу блока 18 определения направления вращения и среднему вьшоду первого управляемого коммутатора 15. Второй частотно-импульсный выход датчика 3 углового по

31

ложения подключен к второму входу блока определения направления .вращения 18, выход которого соединен с управляющими входами первого управляемого коммутатора 15 и дешифратора 19 кодов. Суммирующий и вычитающий счетные входы счетчика 8 подключе}1ы к соответствующим переключаемым вьшодам первого управляемого коммутатора 15 Кодовый вход счетчика 8 подключен к выходу дешифратора 19 кодов, а управляющий вход счетчика 8 объединен с входом триггера 21 режима работы и подключен к выходу формирователя 20 импульсов. Выход триггера 21 режима работы подключен к управляющим входа второго 16 и третьего 17 управляемых коммутаторов. Переключаемые выводы второго управляемого коммутатора 16 подключены соответственно к выходу первого переключателя 13 полярности сигнала и выходу первого цифроанало- гового умножителя 11. Переключаемые вьшоды третьего управляемого коммутатора 17 подключены соответственно к выходу второго переключателя 14 полярности сигнала и выходу второго цифроаналогового умножителя 12. Входы переключателей 13 и 14 полярности сигналов подключены к выходу регулятора 5 скорости, а средние выводы второго 16 и третьего 17 управляемых коммутаторов подключены к соответствующим управлякщим входам управляемого источника 4 тока.

В качестве синхронного двигателя 1 применен двухфазный четырехполюс- ный бесколлекторный синхронный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов.

В управляемом источнике тока 4 применены реверсивные шестиимпульс- ные тиристорные преобразователи 22 и 23, работающие как преобразователи частоты с непосредственной связью.

Частотно-управляемый электропривод работает следующим образом.

На кодовых выходах датчика 3 углового положения сигналы Q., Q, совпадают по фазе ЭДС, наводимыми вращающимся полем ротора соответственно в первой и второй статорных обмотках синхронного двигателя 1, и дают информацию о полярности ЭДС в каждой из указанных обмоток в функции положения ротора. На частотно-импульсньк выходах датчика 3 углового положения формируются импульсные сигналы f и f

0

5

(фиг, 5

2) при каждом повороте ротора

2ТГ

синхронного двигателя 1 на угол -

п

(где п - конструктивное число, равное количеству импульсов, сформированных датчиком за один оборот вала двигателя 1), причем сигналы f и f датчика 3 угловогоположения сдвинуты по фазе друг относительно друга на 90 эл.град. для обеспечения возможности определения направления вращения ротора. При изменении направления вращения меняется временная последовательность сигналов ff и fi датчика 3, на что реагирует блок 18 определения направления вращения, срабатьшающий по первому поступившему после изменения направления вращения фронту или срезу сигнала f, или

f, Выходной сигнал F блока 18 постуii

пает на управляющий вход управляющего коммутатора 15, который подключает частотно-импульсный сигнал с первого выхода датчика 3 углового положения ротора либо на суммирующий, либо на вычитающий счетные входы реверсивного счетчика 8. Кодовый сигнал на выходах реверсивного счетчика 8, характеризую1ций текущее положения ротора двигателя, с приходом каждого очередного импульса с первого частотно-импульсного выхода датчика углового положения 3 ротора либо увеличивается, либо уменьшается на единицу. Объем К реверсивного счетчика 8 выбип / рается равным - (где р - число пар

Р

полюсов синхронного двигателя 1), Q при этом период изменения информации в реверсивном счетчике 8 равен периоду изменения ЭДС в обмотках синхронного двигателя 1 и соответствует для выбранного 4-полюсного синхронного двигателя с угловому повороту ротора

a,t. f- . Период следования частотно-им0

5

5

50

пульсных сигналов f и f датчика 3 соответствует повороту ротора на угол

}t,

Z7/

55

где о) - скорость вращения; t,t/ - время поворота ротора.

Дешифратор 19 кодов из комбинаций кодовых сигналов Qy и р Дешифрнрует положение ротора двигателя 1 в каждой зоне, равной четверти периода следования сигналов Q, и QI, соответствующей повороту ротора н а и вьщает в зависимости от этого на своих выходах NK инфЬрмацию в виде одного из кодов , ...,N| о положении ротора двигателя (фиг. 3). Поскольку при различных- направлениях вращения ротора двигателя 1 подход ротора к одному и тому же своему положению, например точкам а , Ь, с, d диаграммы фиг. 3, осуществляетс с разных сторон, то и кодовые комбинации сигналов (2, nQj. на вход дешифратора кодов 19 при этом различны Блок 18 определения направления вращения своим выходным сигналом F изменяет в функции направления вращения ротора логику работы дешифратора 19 кодов для получения на его выходах однозначной информации N,,...,Ni при прохождении точек а, Ь, с, d ротором двигателя независимо от направления его вращения.

Формирователь 20 импульсов формирует по фронту и срезу каждого из кодовых сигналов Q и Q короткие импульсы f, (фиг. 3), которыми в точках а, Ь, с, d производится запись соот- bf гс гвующеи ка;к/г,ой из этих точек lu,- ХОДНО11 информации N/, . . ., К , дешифратора кодол 19 о пол жении ротора дви- гггтеля в реверсивный счетчик 8. Точ- а, I , с, Л угловой поворот ротора двигателя, р.мвпы; за время которого часготно-импульсным сигналом f |, формируется количество мпульсов, равное К, дели 1 ся на четыре части. Следовательно, из последующих К(.)довых информации К / , . . ., Ni, должна

К

отличаться от ире;пиду1цеи

на - .

Таюш оГ разом, на выходах ревер- )1 о счетчика 8 содержится периодически повторяюп1аяся кодовая информация Ng о текущем угловом положении ротора .ля 1 з пределах угловой зоиь, равно -Т, значение которой меняется дискретно ггри каждом поворо, 7Г те ротора двигателя 1 на угол - с

К

приходом импульса с первого частотно импульсного выхода датчика 3 положения ротора па счетный вход реверсивного счетчика 8. При этом в сторону увеличения паи уменьшения в з&виси- мости от направления вращения рото

5

0

5

g

5

ра двигателя 1 работы счетчик; 3 синхронизируется по реальному положению ротора четыре раза за период изменения информации на выходах счетчика 8 или через каждый угол поворота ротора, равный ///Ч , путем параллельной записи в реверсивный счетчик 8 кодовой информации N с выхода дешифратора кодов 19 в определенных точках положения ротора а, Ь, с, d, причем поворот ротора двигателя 1 на соответствует периоду изменения ЭДС в обмотках двигателя 1.

Линейно изменяемая кодовая информация реверсивного счетчика 8 преобразуется запрограммированными по синусоидальному и коси.нусоидальному законам блоками 9 и 10 постоянной памяти в два изменяющихся по этим законам периодических кодовых сигнала, KOTopij C поступают на цифровые входы цифроаналоговых умножителей 11 и 12. На аналоговые входы указанных умножителей подается выходной сигнал Up регулятора 5 скорости.

На выходах цифроаналоговых умножителей 11 и 12 формируются гармонические сигналы с амплитудой, равной модулю выходного сигнала Up регулятора 5 скорости, синхронизированные д;1 гчиком 3 углового положения ротора с )L C, наводимыми, соответственно в первой и второй статорных обмотках двигателя. Сигналы Up является функ- разности сигнала задатчика 6 скорости и сигнала жесткой отрицательной обратной связи по скоростр.

снимаемой с тахогенератора

Выход

ные сигналы формирователя га1)мони- ческих сигналов 7 являются задающими токовыми сигналами для двух реверсивных тиристорных преобразователей 22 и 23 управляемого источника 4 тока, на входы которых они поступают через управляемые коммутаторы 16 и 17,

На двух раздельных однофазных выходах управляемого источника тока 4, питающего статорные обмотки синхронного двигателя 1, создаются токи гармонической формы с регулируемой амплитудой, синхронизированные с ЭДС, наводимыми в соответствующих обмотках статора вращающимся полем ротора вигателя.

Для обеспечения запуска синхронного двигателя 1 после подачи напряения питания и до прихода первого им1г льса записи информации в ревер11

CHBHbit i г.четчик 8, формирус-Moi u (орми рователем импульсо 20, т.е. пока информация в реверсивном счетчике 8 имеет произвольный характер, предусмотрен пусковой режим работы электропривода. Выбор режима работы производится триггером 21 режима работ;, и управляемыми коммутаторами 16 и 17 Триггер 21 режима работы при подаче напряжения питания устанавливается в состояние, соответствующее пусковому режиму, при этом управляемые коммутаторы 16 и 17 подключают по входам управляемого источника А тока выходы переключателей 13 и 14 полярности сигнала. Последние переключают полярность выходного сигнала Up регулятора скорости 5 по командам, поступающим на первый из них с первого, на второй со второго кодовых выходов датчика углового положения 3 ротора, т.е. в пусковом режиме на входы управляемого источника 4 тока поступают вместо сформированных гармонических сигналов с амплитудой, равной модулю выходного сигнала Up регулятора 5 скорости,сигналы,величина которых постоянно равна модулю сигнала Up, а полярное ти синхронизированы с соответствующи- ми полярностями ЭДС, наводимыми полем ротора в статорных обмотках дни- гателя 1 кодовыми сигналами датчика 3 углового положения.

При повороте ротора двигателя 1 на угол до прихода первого фронта или среза сигнала Q, или Q.j на выходе формирователя 20 импульсов формируется импульс записи, по которому в реверсивный счетчик 8 записывается кодовый сигнал о положении ротора двигателя 1, синхронизируя работу формирователя 7 гармонических сигналов по положению ротора двигателя 1. Одновременно с этим, импульс с выхода формирователя 20 импульсов переключает триггер 21 режима работы из пускового в рабочий режимы, а управляемые коммутаторы 16 и 17 подключают к входам управляемого источника тока выходы формирователя 7 гармонических сигналов.

В момент переключения электропривода из пускового в рабочий режим не происходит скачкообразных изменений полярности и задающих сигналов ид, U, (фиг. 3) на управляющих входах источника 4 тока и соответствуюпц м им резких изменений направления протека

8

IQ д 2о 25

е

40

ЛЬ

0

;in;i Toicn в статорных обмотках двигателя 1 , кот. : 1ые могли бы вызвать ди- н лмические Проск: вращающего момента и колебания скорости синхронного двигателя 1. В электроприводе сразу же г момента его пуска после включения напряжения питания обеспечивается требуодМое для станочных привоцов высокое значение коэффициента неравномерности вращения при глубогсом (до 10000) диапазоне регулирования скорости двигателя.

Синхронный двигатель может быть выбран с jiwOfiiM числом пар полюсов, что обеспечивается соотвстглвующей конструкцией кодовых каналов датчика положения 3 ротора.

Таким образом, при использовании предлагаемого электропривода обеспечивается т акой пусковой режип, при котором задающими токовыми сигналами для управляемого источника тока является выходной сигнал рег улятора скорости, взятый для каждой из фаз со своей строго определенной полярностью, выбранной сигналом соответствую- цг Г о кодового канала датчик ; углового попоженич ротора, rijiH noij:)pore BaJK двигателя на угловую неличину, не превышающую 1/8 обор-ота до первого изменения полярности задающего сигнала для любой из фаз синхронного доягателя, организуется параллельная запись в счетчик кодовой и)1ф(фмации о положении ротора синхронного двигателя, формируя необходимые, синхронизированные по положению ротора гармонические задающие сигналы, и в этот же момент проводится перевод электропривода из пускового в рабочий режим с работой от гармонических задающих токовых сигналов, причем этот переход осуществляется плавно без возникновения существенных динамических бросков тока и момента в двигателе.

Кроме того при изменении направления вращения двигателя можно проводить соответствующее изменение гармонических сигналов, что создает требуемое направление вращающего мо-- менга на валу двигателя, т.е. электропривод может работать в двигательном и тормозном режимах, благодаря чему повышается точность управления скоростью вращения и обеспечивается реверсивность управления.

Формула изобретения

Частотно-управляемый электропривод, содержащий синхронный двигатель, тахогенератор и датчик углового положения, установленные на валу синхронного двигателя, управляемьй источник тока, выходы которого подключены к статорным обмоткам синхронного двигателя, регулятор скорости, подключенный одним входом к выходу задатчика скорости, а другим - к выходу тахогенератора, формирователь гармонических сигналов, выполненный со счетчиком на входе, двумя блоками постоянной памяти и двумя цифроана- поговымн умножителями, выходы которых образуют выходы формирователя гармонических сигналов, при этом цифровые- входы цифроаналоговых умножите- 20 подключены к соответствующим пере

лей подключены к выходам соответствующих блоков постоянной памяти, а аналоговые входы подключены к выходу регулятора скорости, входы блоков постоянной памяти подключены к выход счетчика, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности управления, в него введены два переключателя полярности сигнала, каждый из которых выполнен с сигнальным и кодовым входами, три управляемых коммутатора, каждый из которых выполнен с двумя переключаемыми и одним средним выводами, блок определения направления вращения с двумя входами, дешифратор кодов с двумя кодовыми и одним управляющим входами, формирователь импульсов с двумя входами и триггер режима работы, счетчик в формирователе гармонических сигналов выполнен реверсивным с суммирующим и вычитающим счетными входами, кодовым входом и управляющим входом записи, а датчик углового положения выполнен с двумя частотно-импульсными и двумя кодовыми выходами, при этом кодовые

, 330725

выходы датчика углового положения подключены к соответствующим входам дешифратора кодов, формирователя импульсов и к кодовым входам соответствующих переключателей полярности сигналов, первый частотно-импульсный выход датчика углового положения подключен к первому входу блока опреде- 10 ления направления вращения и среднему выводу первого управляемого коммутатора, второй частотно-импульсный выход датчика углового положения подключен к второму входу блока опреде- 15 ления направления вращения, выход которого соединен с управляющими входами первого управляемого коммутатора и дешифратора кодов, суммирующий и вычитающий счетные входы счетчика

0

5

5

0

5

ключаемым выводам первого управляемого коммутатора, кодовый вход счетчика подключен к выходу дешифратора кодов, а управляющий вход записи счетчика объединен с входом триггера режима работы и подключен к выходу формирователя импульсов, выход триггера режима работы подключен к управляющим входам второго и третьего управляемых коммутаторов, переключаемые выводы второго управляемого коммутатора подключены соответственно к выходу первого переключателя полярности сигнала и выходу первого цифро- аналогового умножителя, переключаемые выводы третьего управляемого коммутатора подключены соответственно к выходу второго переключателя полярности сигнала и выходу второго цифро- аналогового умножителя, входы переключателей полярности сигнала подключены к выходу регулятора скорости, а средние выводы второго и третьего управляемых коммутаторов подключены к соответствующим управляющим входам управляемого источника тока.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в станкостроении в тяжелых металлорежущих станках. Целью изобретения является повышение точности управления. Указанная цель достигается введением в частотно-управляемый электропривод двух переключателей 13, 14 полярности сигнала, трех управляемых коммутаторов 15, 16, 17, блока 18 определения направления вращения, дешифратора 19 кодов, формирователя 20 импульсов, триггера 21 режима работы. Счетчик 8 выполнен реверсивньм, а датчик 3 углового положения - с частотно-импульсными и кодовыми выходами. Введение указанных блоков и от(Л Фиг.1