Формирователь многофазного синусоидального напряжения для частотно-управляемого электропривода Советский патент 1990 года по МПК H02P5/34 H02P7/42 H03L1/00 

Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике, и может быть использовано, например, для задания частоты скольжения в асинхронном электроприводе с частотно-токовым управлением.

Целью изобретения является увеличение точности путем устранения пульсирующей составляющей напряжения.

На фиг. 1 приведена функциональная схема формирователя многофазного синусоидального напряжения для частотно-управляемого электропривода; на фиг. 2 - схема блока деления.

Формирователь многофазного синусоидального напряжения для частотно управляемых электроприводов содержит два блока 1 и 2 заданий напряжений постоянного тока (фиг. t), последовательно соединен- ные первый умножитель 3, первый сумматор 4, первое апериодическое звено 5 и первый инвертирующий усилитель б, последовательно соединенные второй умножитель 7, второй сумматор 8, второе апериодическое звено 9 и второй инвертирующий усилитель 10, третий и четвертый умножители 11 и 12, подключенные быхода- ми к вторым входам первого и второго сумматоров 4 и 8 соответственно, два блока 13 и 14 деления и блок 15 определения амплитуды, соединенный входами с выходами апериодических звеньев 5 и 9 и инвертирующих усилителей 6 и 10. При этом первые входы умножителей 3 и 7 объединены между собой, а выход блока определения амплитуды подключен к входам делителей блоков 13 и 14 деления. Выход апериодического звена 5 подключен к вторым входам умножителей 7 и 11. Выход апериодического звена 9 подключен к вторым входам умножителей 3 и 12. Выходы делимых блоков 13 и 14 деления подключены к выходам соответствующих блоков 1 и 2 задания. Выход блока 13 деления подключен к объединенным между собой первым входам умножителей 3 и 7, а выход блока 14 деления подключен к объединенным между собой первым входам умножителей 11 и 12. Выходы апериодических звеньев 5 и 9 могут быть подключены к преобразователю 16 числа фаз, осуществляющему преобразование двухфазной системы напряжений в т-фазную.

Каждый из блоков 13 и 14 деления может быть выполнен в виде широтно-импуль- сного преобразователя с пороговым элементом 17 (фиг. 2), RC-цепью 18, диодным мостом 19 и двумя резисторами 20 и 21, первые выводы которых образуют раз- нополярный вход делителя блока деления. Другие выводы резисторов 20 и 21 подключены к одной из диагоналей диодного

моста 19, другая диагональ которого подключена к входу и выходу порогового эле- . мента 17. Общая точка элементов RC-цепи 18 подключена к входу порогового элемента 5 17, выход которого и другой вывод резистора RC-цепи 18 образуют соответственно выход и вход делимого блока деления.

Каждый из умножителей 3, 7, 11 и 12 может быть выполнен на основе операцион0 ного усилителя 22 и ключа 23, управляющий вход которого образует первый вход умножителя. Второй вход умножителя образован инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя 22, связан5 ными через резисторы.

Блоки заданий напряжений постоянного тока могут быть выполнены в виде потенциометров, выводами подключенных к шинам питающего напряжения. Сумматоры

0 4 и 8, апериодические звенья 5 и 9. инвертирующие усилители 6 и 10 выполняются на основе операционных усилителей.

Формирователь двухфазного синусоидального напряжения функционирует сле5 дующим образом.

Апериодические звенья 5 и 9 вклю-. чены в последовательный замкнутый контур, аналогичный контуру так называемого электрического маятника. Каждое из ука0 занных звеньев 5 и 9 охвачено, кроме того, цепью положительной обратной связи через умножители 11 и 12 соответственно, обеспечивающей компенсацию активной составляющей выходного тока. При этом

5 апериодические звенья в контуре колебаний имеют по существу роль интеграторов. Для упрощения аналитического анализа процессов в формирователе полагаем, что коэффициенты передачи блоков 13 и 14

0 деления и определителя амплитуды равны единице, коэффициенты передачи. других однотипных элементов равны между собой. Для напряжений Uf, Ug на выходах апериодических звеньев 5 и 9 в установившем5 ся режиме работы имеем (а операторной форме):

Uf(p) KiK2te- -Uf(p)

Ub Кз .. f. ТГТТ 9W

(1)

Ug(p) K,K2fe- -Ug(p)-b

UQ Кз .. -.Л -u-rT Uf(p)|

+

где KI, К2, Кз - коэффициенты статической передачи сумматоров, умножителей и апериодических звеньев соответственно;

Т - постоянная времени апериодических звеньев;

UQ, UD - напряжения задания постоянного тока,

и - напряжение на выходе блока 15, определяемое по выражению:

и Vuf 2 -t- Ug .

(2)

Решение системы уравнений (1) с учетом (2) относительно Uf, Ug приводит к дифференциальным уравнениям 2-го порядка вида

p x+aipx+a2X 0,(3)

где X - переменное напряжение в контуре генерирования колебаний (Uf или Ug),

ai. 32 коэффициенты, зависящие от напряжений задания UQ, UD, амплитуды U, коэффициентов Ki-Кз и постоянной времени Т.

Уравнение (3) описывает систему с незатухающими колебаниями при выполнении условия или

и

(4)

КгК2-Кз -. UD

С учетом (4) уравнение (3) преобразуется к виду

ft/ х О, , (5) где ft -частота колебаний напряжений

О)

Lb .1

(6)

UD Т Решая (5), получают Uf KiK2(UDCOsftJt-UQSin(M);1

Ug KlK2 (UoSin yt+UQCOSWt) J

или

Uf U

COS (

);

sin (a). f arctg,

и Ki K2 VUD 2 -I- UQ

Полученные выражения (6)-(8) соответ- ствуют требованиям формирования управляющих воздействий в электроприводе с частотно-токовым управлением, в котором сигналы Uf, Ug определяют задания на токи в соответствующих фазах двухфазного асинхронного двигателя, а сигналы UD, UQ определяют соответственно реактивную 1р и активную 1а составляющие тока статора во вращающейся ортогональной системе координат, ориентированной относительно

опорного вектора потокосцепления и вращающийся относительно неподвижного статора с частотой скольжения (т.е. ft; Q ). При этом реализация (7) связана с получением

5 нормированных с единичной амплитудой гармонических опорных функций sinoit, cos ал, характеризующих текущее угловое положение опорного вектора относительно соответствующих фаз неподвижного стато10 ра. Указанные нормированные гармонические функции можно получить, как это следует из сопоставления (1) и (7), путем деления соответствующей фазной составляющей Uf, Ug выходного напряжения на его

15 модуль и.

Поскольку каждый из блоков деления имеет соответственную погрешность (достигающую 3-5% при широтно-импульсном преобразовании сигналов), а полученные с

20 их помощью каждая из нормированных гармонических функций определяет как реактивную, так и активную составляющие тока статора в двигателе, то суммарный вектор тока имеет дополнительную пульсирующую

25 составляющую, соответствующую погрешностям блоков деления и изменяющуюся с частотой изменения выходных напряжений формирователя. Это в свою очередь определяет колебания момента на валу двигателя

30 и низкую точность управления. Компенсирование указанных возмущений по току статора в электроприводе предъявляет дополнительные требования к расширению полосы пропускания замкнутых контуров

35 регулирования фазных токов.

При реализ,чции (1) получают частные

и -JY и -rj- с помощью блоков 13 и 14

деления, подключенных к выходам блоков 1 40 и 2 задания. Теперь каждое из указанных частных определяет лишь одну из составляющих тока статора, реактивную и активную соответственно. Вектор тока в статоре двигателя не имеет при этом пульсирующей со- 45 ставляющей, определяемой погрещностями блоков деления, благодаря чему повышается точность управления моментом в электроприводе. Имеющаяся постоянная по величине погрешность может быть ском- 50 пенсирована в замкнутом контуре регулирования тока без дополнительных требований к полосе пропускания.

В каждом из блоков 13 и 14 деления (фиг. 2) осуществляется преобразование соответствующего напряжения задания UQ, UD в напряжение пилообразной формы с помощью RC-цепи 18 и порогового элемента 17. Величина порога срабатывания определяется соотношением резисторов в цепи обратной связи с резистора, подключенного к неинвертирующему входу операционного усилителя. При достижении напряжения заряда на конденсаторе RC-цепи 18 уровня, соответствующего порогу срабатывания элемента 17, напряжение на выходе этого элемента и ток заряда конденсатора меняют знак.

Напряжение, соответствующее модулю и (двухполярное), поступает на цепь, состоящую из резисторов 20 и 21 и диодного моста 19. При равенстве нулю модуля U, т.е. при , напряжение на выходе порогового элемента 17 (на выходе блока деления) представляет собой разнополярное напряжение прямоугольной формы с одинаковой длительностью положительных и отрицательных импульсов (скважность равна нулю). При (J О обеспечивается изменение порога срабатывания элемента 17 в ту или иную сторону и напряжение на его выходе имеет различные длительности положительных и отрицательных импульсов (скважность не равна нулю). Соотношение длительностей указанных импульсов (скважность) определяется соотношением напряжений UQ(UD) и U, что соответствует операции деления.

Таким образом, введение в предлагаемый формирователь многофазного синусоидального напряжения блоков деления, подключенных входами делимых к выходам соответствующих блоков заданий напряжений, позволяет в сравнении с известным получить выходные напряжения с более высокой точностью, без пульсирующей составляющей, определяемой погрешностями блоков деления, и изменяющиеся с частотой колебаний. Применение формирователя в электроприводе с частотно-токовым управлением в качестве задатчика частоты скольжения обеспечивает увеличение на 3- 5% точности формируемых токов статора и момента на валу двигателя.

Формула изобретения

1. Формирователь многофазного синусоидального напряжения для частотно-управляемого электропривода, содержащий два блока заданий напряжений постоянного тока, последовательно соединенные первые умножитель, сумматор, апериодическое звено и инвертирующий усилитель, последовательно соединенные вторые умножитель, сумматор, апериодическое звено и инвертирующий усилитель, третий и четвертый умножители, подключенные выходами к

вторым входам первого и второго сумматоров соответственно, два блока деления и блок определения амплитуды, соединенный входами с выходами апериодических звеньев и инвертирующих усилителей, при этом

первые входы первого и второго умножителей объединены и первые входы третьего и четвертого умножителей объединены, а выход блока определения амплитуды подключен к входам делителей блоков деления, о тличающийся тем, что, с целью увеличения точности путем устранения пульсирующей составляющей напряжения, выход;, первого апериодического звена подключен к вторым входам второго и третьего умножителей, выход второго апериодического звена - к вторым входам первого и четвертого умножителей, входы делимого блоков деления подключены к выходам соответствующих блоков задания напряжений

постоянного тока, выходы первого и второго блоков деления подключены к объединенным первым входам соответственно первого и второго, третьего и четвертого умножителей.

2. Формирователь по п. 1, отличающийся тем, что каждый блок деления выполнен в виде широтно-импульсного преобразователя с пороговым элементом, RC- цепью, диодным мостом и двумя

резисторами, первые выводы которых образуют разнополярный вход делителя блока деления, другие выводы резисторов подключены к одной из диагоналей диодного моста, другая диагональ которого подключена к входу и выходу порогового элемента, при этом общая точка элементов RC-цепи подключена к входу, порогового элемента, выход которого и другой вывод резистора RC-цепи образуют соответственно выход и

вход делимого блока деления.

«4J

i

9.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, для задания частоты скольжения в асинхронном электроприводе с частотно-токовым управлением. Целью изобретения является повышение точности путем устранения пульсирующей составляющей напряжения. С этой целью в формирователе многофазного синусоидального напряжения для частотно-управляемого электропривода выходы апериодических звеньев 5,9 подключены к вторым входам умножителей 7, 11 и 3, 12 соответственно. Входы делимого блоков 13,14 деления подключены к выходам соответствующих блоков 1,2 задания напряжений постоянного тока. Выход первого блока 13 деления подключен к объединенным между собой первым входам первого и второго умножителей 3,7, а выход второго блока 14 деления - к объединенным между собой первым входам третьего и четвертого умножителей 11, 12. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.