Электропривод с частотно-токовым управлением Советский патент 1989 года по МПК H02P7/42 

Изобр.етение относится к электроехнике, а именно к частотно-управяемым электроприводам на базе синхронных двигателей, и может быть использовано в пpo lыпшeнныx системах воспроизведения движений, в которых определяющими требованиями являются бесконтактность привода, надежность и точность, например в приводах ме JQ таллорежущих станков, моделирующих стендов и т.д.

Цель изобретения - упрощение элек- тропривода путем сокращения числа каналов формирования гармонических |5 сигналов.

На фиг.1 представлена функцио- нальная схема электропривода с частотно-токовым управлением; на фиг,2- схема блока преобразования и пере- 20 ключения кода; на фиг.З - схема формирования импульсов выборки; на , фиг.4 - эпюры сигналов в узловых точках электропривода.

.Электропривод с частотно-токовым 25 управлением содержит синхронный двигатель 1 (фиг.1), обмотки которого подключены к выходам усилите- ля 2 фазных токов, датчик(3 положения, ротор которого механически сое- 30 динен с ротором синхронного двигате- ля 15 генератор 4 опорной частоты, к выходу которого подключен счетчик 5, задатчики 6 и 7 реактивной и ак-, тивной составляющих тока двигателя, блок 8 вьщеления модуля, фазосмещаю- щий блок 9 и последовательно соединенные постоянное запоминающее устройство 10 и цифроаналоговьй преобразователь 115 образующие формиро- 40 ватель 12 гармонических сигналов

При этом первые входы блока 8 выделения модуля и фазосмещающего блока 9 подключены к выходу задатчика 7 активной составляющей тока двигателя.

Выход задатчика 6 реактивной составляющей тока двигателя подключен к второму входу блока 8 выделения модуля, соединенного выходом с опорным входом цифроаналогового преобразова- теля 11, а второй вход фазосмещающего блока 9 подключен к выходу датчика 3 положения.

В электропривод введены блок 13 преобразования и переключения кода с информационным и управляющим входами, блок 14 выборки-хранения с ин- формационным входотч, четырьмя управляющими входами и двумя napaivn-i

50

5 0 5 0

0

выходов и формирователь 15 импульсов выборки с двумя входами и четырьмя выходамиэ подключенными к соответствующим управляющим входам блока 14 выборки-хранения.

При этом выход счетчика 5 подключен к информационному входу блока i 3 . преобразования и переключения кода, управляющий вход которого объединен С первым входом формирователя 15 импульсов выборки и подключен к выходу генератора 4 опорной частоты. Выход блока 13 преобразования и переключения кода подключен к входу постоянно- го запоминающего,устройства 10 Второй вход формирователя 15 импульсов выборки подключен к выходу фазосме- щающего блока 9, Выход цифроаналогового преобразователя 11 соединен с информационным входом блока 14 вы I ;борки-хранения, первая пара выходов которого подключена к соответствую- щим управляющим, входам, усилителя 2 фазнысх токовJ а вторая пара выходов к соответствующим входам датчика 3 положения.

Блок 13 преобразования и переключения кода содержит два логических элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 16 и 17 (фиг.2) и два элемента И-НЕ 18 и 19. При этом первые входы элементов ИС1СЛЮЧА1ОДЕЕ ИЛИ 16 и 17 образуют информационный вход указанного блока 13. -Второй вход элемента 16 объединен с первым йходом элемента 18 и образует управляющий в;код блока 13, Выход элемента 18 подключен к второму входу элемента 175 .соединенного выходом с входом элемента 19, выход которого и объединенные между собой выход элемента 16 и второй вход элемента 18 образуют выход блока 13 преобразования и переключения кода.

Формирователь 15 импульсов выборки содержит пять элементоа И-НЕ 20-24 (фиг.З) с Первый вход форм1-фователя 15 образован входом указанного элемента 20, а второй вход - объединенными между собой первыми входами элементов 21 и 23.

Второй вход элемента 21 объединен с входом элемента 20, а второй вход элемента 23 с выходом элемента 20. Вход,-,элемента 22 подключен к выходу элемента ,215 а вход злем-ента 24 к выходу элемента 23.

Первый вход формирователя 15 и вы™ ход элемента 20 образуют первую пару

управляющих выходов формирователя 15, а выходы элементов 22 и 24 вторую пару управляющих выходов формирователя 15.

Усилитель- 2 фазных токов представляет собой многофазный усилитель напряжений, охваченный пофазно жесткой отрицательной обратной связью по выходному току и может быть выполнен, например, на базе непосредственного преобразователя частоты.

В качестве задатчиков 6 и 7 могут быть использованы любые регулируемые источники .напряжения, в лростейшем случае в виде потенциометров,подключенных к шинам питания.

Блок 8 выделения модуля реализует, например, зависимость извлечения кор

ня квадратного из суммы квадратов входных сигналов.

Фазосмещающий блок 9 может быть вьшолнен из последовательно соединенных суммирующего компаратора и формирователя импульсов.

Блок 14 выборки-хранения может иметь четыре однотипных устройства выборки-хранения, информационные входы которых объединены, а две пары выходов предназначены соответственно для подключения к усилителю 2 фазных токов и датчику 3 положения

На эпюрах сигналов (фиг.4) обозначены сигнал Рд на выходе генератора опорной частоты 4 с периодом Т, сигналы F, , F

N-l

FN а

выходах соответствующих разрядов счетчика 5; сигналы FJij.,, F на выходах блока 13; напряжение U на выходе формирователя гармонических сигналов Т2; напряжение и для питания одной из первичных обмоток датчика положения 3; сигнал S на выходе фазосмещающего блока 9j сигнал S. на выходе формирователя 15; напряжение U на первом выходе блока 14 выборки-хранения.

Электропривод с частотно-токовым управлением работает следующим образом.

Обмотки синхронного двигателя 1 питается токами от усилителя 2 фазных токов. Датчик 3 положения, в качестве которого используется электрическая машина типа вращающего трансформатора, работает в режиме фазовращателя .

В блоке 13 преобразования и переключения кода выполняются одновременно функции регистра сдвига и мультиплексора. Здесь код F(t), а именно два его старших разряда F , и F,, преобразуются в функции FO таким образом, что для цифрового N-разрядно- го кода F (t) выполняются условия:

F4t) F(t) при Г„ 0; ,

10

TN F (t) F(t - -i--)

при .

5

0

5

Это означает, что два старших разряда кода на выходе блока 13 изменяют свое значение один раз в полупериод сигнала Fj, и соответственно с частотой 2fд изменяются адреса слов,-записанных в постоянном запоминающем устройстве 10 по заданной таблице переключений. Б устройстве 10 записаны, например, предварительно затабулированные значения косинуса. Аналогично смене адресов на входе устройства 10 изменяются закодированные значения косинуса на его выходе, а также на выходе цифроаналогового преобразователя 11, где код преобразуется в аналоговый сигнал.

Амплитуда сигнала на выходе преобразователя 11 определяется выражением

и

m

К

+ и

г

5

где и

Q

UDнапряжения задания активной и реактивной составляющих тока, поступающие с выходов задат- чиков 6 и 7.

Для выходного сигнала преобразователя 11 выполняется условие

и,и,

и COS

2l(f t При

F 0« f о t

cos

(2Ff t - -2f)

sin 2fff t при FO 1

и

m

где

N 0

5

частота импульсов старшего разряда на выходе счетчика 5.

В блоке 14 выборки-хранения происходит демультиплексирование выходного сигнала преобразователя 11. Напряжения питания для датчика 3 положения вырабатываются по сигналу F, поступающему на вход формирователя t5. При этом один из входов датчика 3 подключается к выходу формирователя 12 синусоидальных сигналов когда ,

а вход другого - когда F(,1, На выходе датчика 3 получают

,, (),

;Где К - коэффициент трансформации; в - угол, равный механическому : углу между осью первичной : обмотки датчика 3, питаю- I щийся напряжением U j ; и.sin ZfTfujt, и осью выход ; ной обмотки, I Напряжение U, поступает на первый Вход фазосмещающего блока 9, в кото- :ром получает смещение на угол

, К-г KiUe : -) arcs in ---- ,

К

и.

1где K,j, Kj - весовые коэффициенты по входам блока 9.

ттKl 1

При вьтолнении условия --- --К

Ki

|угол -v полностью определяется напря- фениями задания U, U, так как

UQ, UQ

и.

arcsin

arcsin

К

м +UQ

2К1Г+б+т В моменты времени tc -г::т-,-

7( I

где К 0,1,2,3..., т.е. в моменты смены знака алгебраической суммы входньк напряжений фазосмещающего блока 9 с отрицательного на положи- тельный, на выходе его формируется опросный импульс S. В формирователе 15 при наличии импульса S формируются импульс управления Sj. при Fj,0 и

S g при .

Чтобы формирование импульсов управления происходило всегда, независимо от временного положения переднего фронта опросного импульса по оношению к фронтам сигналов F и F,

длительность опросного импульса выбирается больше периода сигнала F.

На выходах блока 14 формируются следуницие задания для фазных токов двухфазного двигателя 1:

(2П . U/ir 9irf.,

Uj vziir ,- (6 + -i-ZKI);

u,u,sin (2frf,-2gl-e-il)

N

Un, sin (e + 5.+2Kff).

5

Q 5

0

5

п

35

40

45

55

В случае применения га-фазного двигателя 1 соответственно т-фазным выполняется усилитель 2 фазных токов, а блок 14 снабжается преобразователем числа фаз.

Таким образом, введение в электропривод блока преобразования и переключения кода, блока выборки-хранения и формирователя импульсов выборки позволяет формировать напряжения задания фазных токов с использованием только одного одноканального формирователя гармонического сигнала с одним цифроаналоговым преобразователем и одним постоянным запоминающим устройством, в которое может быть записана любая синусоидальная функция, что в сравнении, с известным решением определяет упрощение электропривода.

Формула изобретения

Электропривод с частотно-токовым управлением, содержащий синхронный двигатель, фазные обмотки которого подключены к выходам усилителя фазных токов, датчик положения, ротор которого механически соединен с ротором синхронного двигателя, генератор опорной частоты, к выходу которого подключен счетчик, задатчики реактивной и активной составляющих тока двигателя, блок выделения модуля, фазосмещающий блок и последовательно соединенные постоянно запоминающее устройство и цифроаналоговый преобразователь, образующие формирователь гармонических сигналов, при этом первые входы блока выделения модуля и фазосмещающего блока подключены к. выходу задатчика активной составляющей тока двигателя, выход задатчика ре активной составляющей тока двигателя подключен к второму, входу блока вьщеления модуля, соединенного выходом с опорным входом цифроаналогово- го преобразователя, а второй вход фазосмещающего блока подключен к выходу датчика положения, отличающийся тем, что, с целью упрощения, введены блок преобразования и переключения крда с информационным и управляющим входами, блок выборки-хранения с информационным входом, четырьмя управляющими входами и двумя парами выходов и формирователь импульсов выборки с двумя вхо- , дами и четырьмя выходами, подключенными к соответствующим управляющим входам блока выборки-хранения, при этом выход счетчика подключен к информационному входу блока преобразования и переключения кода, управляющий вход которого объединен с лервым йходом формирователя импульсов выбор-, ки и подключен к выходу генератора опорной частоты, выход блока преоб- раэования и переключения кода подключен к входу постоянного запоми

кающего устройства, второй вход формирователя импульсов выб9рки - ,к выходу фазосмещающего блоки, а выход , цифроаналогового преобразователя соединен с информационным входом блока выборки-хранения, первая пара выходов которого подключена к соответствующим управляющим входам усилителя фазных токов, а вторая пара выходов - к соответствующим входам датчика положения.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-управляемым электроприводам на базе синхронных двигателей, и может быть использовано в промышленных системах воспроизведения движений, в которых определяющими требованиями являются бесконтактность привода, надежность и точность, например в приводах металлорежущих станков. Целью изобретения является упрощение электропривода путем сокращения числа каналов формирования гармонических сигналов.В электропривод с ч астотно-токовым управлением введены блок 13 преобразования и переключения кода, блок 14 выборки-хранения и формирователь 15 импульсов выборки. При этом напряжения задания фазных токов синхронного двигателя 1 формируются с использованием только одного одноканального формирователя 12 гармонических сигналов с одним цифроаналоговым преобразователем 11 и одним постоянным запоминающим устройством 10. Указанный формирователь подключается попеременно к усилителю 2 фазных токов и к датчику 3 положения в функции частоты генератора 4 опорной частоты. 3 ил.

н-2 FO

16

W

Физ.2

Фие.З

olллшгnшllшгjшnллnлшшшгnшшлllnnгl t

«UTJrnJTJTJTJTnrinnjTn Л t

Л1

Ff.f

X

1

fltяллJ ллnJ1Jшnллл ШIпrшп г t

plnnnn nnnni umnn ПППП1

ФиеЛ