Вентильный электропривод Советский патент 1989 года по МПК H02P6/06 

315

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу j и может быть использовано в вентильных электроприводах с низкой частотой вращения.

Целью изобретения является повьше- ние точности регулирования частоты вращения вентильного электропривода.

На чертеже изображена функциональная схема вентильного электропривода

Вентильный электропривод содержит электродйигатель 1, включающий двухфазную синхронную машину 2, первый 3 и второй 4 блоки умножения, первые входы которых объединены и образуют вход вентильного электродвигателя 1, а выходы через усилители 5 и 6 мощности подключены соответственно к синусной 7 и косинусной 8 фазам обмотки якоря синхронной машины 2. Последняя механически связана с датчиком 9 положения ротора, синусная 10 и косинусная .11 обмотки которого подключены через фазочувст- вительные выпрямители 12 и 13 к вторым входам соответственно первого 3 и второго 4 блоков умножения. Вентильный электродвигатель 1 включает также источник 14. напряжения возбуждения, выход которого соединен с обмоткой возбуждения датчика 9 положения и через формирователь 15 опорного напряжения с опорными входами фазочувствитель- ных выпрямителей 12 и 13.

Кроме того,. вентильный электропривод содержит задатчик 16 частоты вращения, подключенный через последовательно включенные блок 17 сравнения и предварительный усилитель 18 к входу вентильного электродвигателя 1, датчик 19 частоты вращения, выход которого подключен к второму входу блока 17 сравнения, а первый 20, второй 21 и третий 22 входы подключены соответственно к входу вентильного электродвигателя 1, выходу 23 первого фазочувствительного выпрямителя 12 и выходу второго фазочувствительного выпрямителя 13. Датчик 19 частоты вращения содержит первый сумматора 24 и устройство 25 формирования сигнала частоты вращения с двумя входами, первый из которых образует первый вход 20 датчика 19 частоты вращения, а выход - выход датчика 19 частоты вращения.

Дополнительно вентильный электропривод содержит первьй 26 и второй 27

04

датчики тока, входы которых соединены соответственно с синусной 7 и косинусной 8 фазами обмотки синхронной машины 2. Датчик 19 частоты вращения дополнительно содержит третий 28 и четвертый 29 блоки умножения, первые входы которых образуют соответственно второй и третий, а вторые входы - соответственно четвертый и пятый входы датчика 19 частоты вращения, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам первого сумматора 24. Выход сумматора 24 подклю- чен к второму входу устройства 25 формирования сигнала частоты вращения. Четвертый и пятый входы датчика 19 частоты вращения подключены соответственно к вьпсодам первого 26 и второго 27 датчиков тока.

Кроме того, в вентильном электроприводе устройство 25 формирования сигнала частоты вращения содержит первый 30 и второй 31 фильтры, вто- рой 32, третий 33 и четвертый 34 сумматоры и интегратор 35, выход которого является выходом устройства 25 формирования сигнала частоты вращения и подключен к первому входу вто- рого сумматора 32, второй вход которого подключен к выходу первого фильтра 30, вход которого образует первый вход устройства 25. Третий вход сумматора 32 подключен к объединенным первому входу третьего сумматора 33 и выходу четвертого сумматора 34, первый вход которого образует второй вход устройства 25 формирования сигнала частоты вращения. Второй вход четвертого сумматора 34 подключен к выходу второго фильтра 31 и второму входу третьего сумматора 33, выход которого подключен к входу интегратора 35. Выход второго сумматора 32 подключен к входу второго фильтра 31.

Датчики 26 и 27 тока, блоки 28 и 29 умножения и сумматор 24 предназначены для воспроизведения (в виде выходного напряжения сумматора 24) тока i а J т.е. суммы проекций фазных токов синхронной машины 2 на ось q, на основании информации о фазных токах и снимаемой с выходов фазочувст- вительных вьтрямителей 12 и 13 информации о синусе и косинусе электрического угла поворота ротора электродвигателя 1. В .устройстве 25 формирования сигнала частоты вращения

0

5

5блоки 30 - 35 вместе с соответствующими связями образуют модель вентильного электродвигателя. Фильтр 30 учитывает запаздывание, вносимое датчиком 9 положения, фазочувстви- тельными выпрямителями 12 и 13 и усилителями 5 и 6 мощности. Оценкой частоты вращения двигателя служит выходной сигнал интегратора 35. Для более точной и быстрой сходимости этой оценки к истинному значению частоты вращения двигателя в сз ммато- ре 34 осуществляется сравнение вырабатываемой на выходе фильтра 31 оценки тока iл с выходным сигналом

С

блока 24, и полученный таким образом на выходе блока 34 сигнал ошибки подается с соответствующими весами на входы модели.

Вентильный электропривод работает следующим образом.

Задатчик 16 вырабатывает сигнал задания частоты вращения вентильного электродвигателя 1, который в блоке 17 сравнения сравнивается с выходным сигналом датчика 19. Сигнал ошибки с выхода блока 17 сравнения, усиленный в предварительном усилителе 18, поступает в виде напряжения постоянного тока на вход вентршьного электродвигателя 1. На обмотку возбуждения датчика 9 положения с выхода источника 14 напряжения возбуждения подается напряжение возбуждения синусоидальной формь, в результате чего на синусной и косинусной выходных обмотках датчика 9 положения появляются также синусоидальные напряжения той же частоты, но модулйрова- лные соответственно синусом и косинусом электрического угла поворота ротора 9 положения, или, что то же са- ,мое, электрргческого угла поворота i ротора синхронной машины 2, отсчитываемого от некоторой неподвижной оси связанной со статором синхронной машины. Эти напряжения поступают на входы фазочувствительных выпрямителей 12 и 13. Формирователь 15 опорного напряжения преобразует синусоидальное напряжение подаваемое с выхода источника 14 напряжения возбуждения, в напряжение прямоугольной формы, которое подается на опорные ходы фазочувствительных выпрямите- лей 12 и 13. В результате на выходах этих выпрямителей формируются напря- жения постоянного тока, пропорцио00606

нальные соответственно синусу и косинусу электрического угла поворота двигателя. Эти напряжения, будучи умножены в блоках 3 и 4 умножения на входное напряжение двигателя и уси- ,ленные в усилителях 5 и 6 мощности, преобразуются в напряжения, приложенные к сдвинутым друг относительно

o ДРУа на 90 эл.град. фазам 7 и 8

якорной обмотки синхронной машины 2. При этом в расточке статора машины возникает результирующая МДС, вектор которой, представляющий собой сумму

5 векторов МДС синусной 7 и косинусной 8 фаз, направлен под углом ц к оси отсчета углов и, таким образом, оказывается жестко связан с ротором синхронной машины 2. Установленные на

0. роторе постоянные магниты (либо полюсы с обмоткой возбуждения) ориентированы так, что вектор их МДС перпендикулярен вектору ВДС якорной обмотки. При такой ориентации полей

5 электромагнитный момент, приложенный к ротору двигателя, максимален. Под действием этого момента ротор вращается, а вместе с ним вращается и вектор МДС якорной обмотки, а также век-

0 тор МДС возбуждения синхронной маши- ны. Поскольку при этом взаимная ориентация названных векторов не меняется, значение момента двигателя, как и в обычном коллекторном двигателе постоянного тока, не зависит от углового положения ротора и определяется фазными токами обмотки якоря, а последние, в свою очередь, разностью между фазными напряжениями, проQ порциональными входному напряжению вентильного электродвигателя 1, и про- тиво-ЭДС, пропорциональной частоте вращения. Благодаря действию отрицательной связи по частоте вращения,

с реализуемой с помощью датчика 19 скорости, значение частоты вращения двигателя поддерживается равным заданному путем воздействия на входное напряжение двигателя.

Q Датчик 19 работает следующим образом.

На первые входы блоков 28 и 29 умножения поступают с выходов блоков 12 и 13 напряжения, пропорциональные соответственно Sini/и Соз«/ а на втО рые входы с выходов блоков 26 и 27 - - напряжения, пропорциональные фазным токам синхронной машины 2 ij-.и i , которые могут быть записаны как

5

i . If-

i i Sint/+ i coscp,

где 1j и 1 о суммарные проекции фазных токов ic и L на оси d и q соответственно.

В сумматоре 24 выходные сигналы блоков 28 и 29 суммируются с равными весами и с разными знаками, поэтому на его выходе формируется напряжение пропорциональное величине

i costf - ipSin / (i Sintf +

+ i cosi) costf- (i cos cc- Sinif) Sin4 IQ.

Ток io и управляющее напряжение и „ в вентильном двигателе играют такую же роль, что и ток и напряжение якоря коллекторной машины постоянного тока, а сам вентильный двигатель относительно этих переменных и электрической частоты вращения ы математически описывается аналогично коллекторной машине как динамическая система с постоянными параметрами. Ее моделью служат блоки 30 - 35 вместе с соответствующими связями. На вход этой модели (вход фильтра 30), как и на вход самого электродвигателя 1, подается напряжение с выхода усилителя 18, в результате чего на выходах блоков 30, 31 и 25 формируются сигналы оценок соответственно переменных Uo (суммы проекций фазных напряжений синхронной мащины 2 на ось q ) , i и to. В сумматоре 34 сигнал оценки тока in и вычисленное значение этой переменной, поступающее с выхода сумматора 24, суммируются с разными знаками. Предположим, что вследствие несовпадения начальных значений переменных, характеризующих поведение модели и реального двгателя, выходной сигнал фильтра 31 превьщ1ает выходной сигнал сумматора 24. Тогда на выходе сумматора 34 появляется отрицательный сигнал ошибки который, будучи подан на вход сумматора 32, уменьшает выходной сигнал фильтра 31 до тех пор, пока он не

сравняется с выходным напряжением сумматора 24i Таким образом, оценка тока i а (выходной сигнал блока 31)стремится к фактическому значению if. Но

5

5

0

5 30 Q . 50

55

это неизбежно означает, что и оценка другой переменной - частоты вращения стремится к действительному значению частоты вращения двигателя. В самом деле, сигнал ошибки оценивания тока icj, с выхода сумматора 34 поступает не только на вход сумматора 32, но и .на вход сумматора 33. Если выходное напряжение интегратора 35 (оценка хт ) не соответствует действительной частоте вращения двигателя, то., поскольку в модели двигателявыход интегратора 35 связан с входом сумматора 32, это неизбежно вызывает отличие оценки ia от действительного значения . Поэтому на выходе сумматора 34 существует сигнал ошибки, который, проходя через блоки 33 и 35, изменяет выходной сигнал интегратора 35 до тех пор, пока он не станет точно соответствовать фактической частоте вращения двигателя (желаемая динамика описанного процесса может быть задана выбором весовых коэффициентов, с которыми выходной сигнал блока 34 подается на входы блоков 32 и 33). Таким образом, на выходе датчика 19 действительно вырабатывается сигнал, пропорциональный частоте вращения вентильного электродвигателя 1.

Таким образом, за счет использо вания при формировании сигнала частоты вращения модели электродвигателя, входными сигналами для которой служат поперечная составляющая фазного тока электродвигателя и задающее напряжение, исключены провалы сигнала частоты вращения без использования запоминающих элементов, что повьщ ает .точность регулирования.

Формулаизобр е тения

1 .Вентильный электропривод,содержащий двухфазную синхронную машину, первый и второй блоки умножения, выходы которых через усилители мощности подключены соответственно к синусной и косинусной фазам обмотки якоря синхронной машины, механически связанной с датчиком положения ротора, синусная и косинусная выходные обмотки которого подключены через фазочув- ствительные выпрямители к вторым входам соответственно первого и второго блоков умножения, источник напряжения возбуждения, выход которого соединен с обмоткой возбуждения датчика

положения и через формирователь опорного напряжения с опорными входами фазочувствитепьных выпрямителей, за- датчик частоты вращения, подключенный через последовательно соединенные блок сравнения и предварительный усилитель к объединенным первым входам блоков умножения, датчик частоты вращения, выход которого подключен к второму входу блока сравнения, а первый, второй и третий входы подключены соответственно к первым входам блоков умножения, выходам первого и второго фазочувствительных вьшрямите- лей, причем датчик частоты вращения снабжен первым сз мматором и блоком формирования сигнала частоты враще- ння с двумя входами, первый из кото- рыу образует первый вход датчика частоты вращения, а выход - выход датчика частоты вращения, отличающийся тем, что, с целью повы- щения точности регулирования частоты вращения, дополнительно введены первый и второй датчики тока, входы которых соединены соответственно с си- .нусной и косинусной фазами синхронной машины, а датчик частоты вращения дополнительно снабжен двумя блоками умножения, первые входы которых образуют соответственно второй .и третий, а вторые входы - соответственно четвертый и пятый входы датчика

частоты вращения, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам первого сумматора, выход которого соединен с вторым входом блока формирования сигнала частоты вращения, причем четвертый и .пятый входы датчика частоты вращения подключены соответственно к выходам пер- 0 вого и второго датчиков тока.

2. Электропривод по , о т л и- чающийся тем, что блок формирования сигнала частоты вращения содержит первый и второй фильтры, вто- 5 рой третий и четвертый сумматоры и интегратор, выход которого является выходом блока формирования сигнала частоты вращения и подключен к первому входу второго сумматора, второй 0 вход которого подключён к выходу первого фильтра, вход которого образует первый вход устройства формирования частоты вращения, а третий вход вто- рого.сумматора подключен к объединен- 5 ным первому входу третьего сумматора и выходу четвертого.сумматора, первый вход которого образует второй вход устройства формирования сигнала частоты вращения, а второй вход 0 подключен к выходу второго фильтра и второму входу третьего сумматора, выход которого подключен к входу интегратора, а выход второго сумматора подключен к входу второго фильтра.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильных электроприводах с низкой частотой вращения. Целью изобретения является повышение точности регулирования частоты вращения. Для этого вентильный электропривод содержит датчик частоты вращения, выполненный на базе модели двигателя постоянного тока. Задающее напряжение поступает одновременно на вентильный электродвигатель и на датчик частоты вращения, где формируется поперечная составляющая фазного тока вентильного электродвигателя. Путем моделирования получается сигнал, пропорциональный частоте вращения, который сравнивается с задающим сигналом, что обеспечивается повышением точности регулирования частоты вращения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.