Вентильный электропривод Советский патент 1991 года по МПК H02P6/02 

%

оых

& со со

Јь 1 1

3

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано в следящих системах повышенной точности, реализованных на базе вентильных электродвигателей.

Цель изобретения - повышение динамической точности управления вентильным электроприводом, за счет устранения ошибки по частоте вращения.

На фиг.1 изображена функциональная схема вентильного электропривод на фиг.2 - структурная схема следящего электропривода; на фиг.З - осциллограммы изменения напряжения на синусной обмотке вентильного электродвигателя при движении входной оси по гармоническому закону.

Вентильный электропривод содержит двухфазный синхранный электродвигатель Г, механически связанный с элементом 2 сравнения, с датчиком 3 положения ротора и с тахогенератором 4. Датчик 3 положения ротора выполнен в виде вращающегося трансформатора г синусной 5 и косинусной 6 Е.ЫХОДНЫМЧ обмотками. Тахогенератор выполнен в виде двухфазного синхронного генератора с синусным 7 и косинусным 8 выходами. Вентильный электропривод содержит также предварительный усилитель 9, вход которого подключен к элементу сравнения, а выход - к входной обмотке 10 датчика 3 положения ротора. Синусная обмотка 5 датчика 3 положения ротора подключена к входу первого фазочув- ствительного выпрямителя 11, выход которого подключен к неинвертирующему входу первого суммирующего усилителя 12. Выход первого суммирующего усилителя подключен к синусной обмотке 13 двухфазного синхронного электродвигателя 1. Конусная обмотка 6 датчика 3 положения ротора подключена к входу второго фазочув- ствительного выпрямителя 14, выход которого подключен к инвертирующему входу второго суммирующего усилителя 15, выход которого подключен к косинусной обмотке 16 двухфазного синхронного электродвигателя 1. Синусный 7 и косинусный 8 выходы тахогене ратора 4 подключены к инвертирующим входам соответственно первого 12 и второго 15 суммирующих усилителен.

,

Вход элемента 12 сравнения является входом управления электропривода.

Кроме того, вентильный электропривод содержит первый 17 и второй 18 инерционные блоки, входы которых подключены соответственно к синусному 7 и косинусному 8 выходам тахо- генератора 4, а выходы - к неинвер-

Q тирующим входам первого 12 и второго 15 суммирующих усилителей соответственно.

Вентильный электропривод работает следующим образом.

5 При движении входной оси с постоянной частотой вращения в системе возникает скоростная ошибка

Л Q

TQ

Q где Кф - добротность системы по

скорости.

При подаче сигнала ошибки 9 на первичную обмотку 10 датчика 3 положения ротора (ДПР) на синусной 5 и 5 косинусной 6 обмотках последнего образуются напряжения переменного тока, огибающие которых равны U 5 - K9Kn6nsin mXf; (1) Us K.KnQncos m(f,

Q где Кq - коэффициент трансформации

ДПР 3;

Кл - коэффициент усиления предварительного усилителя 9; qj - угол поворота ротора электродвигателя 1;

га - число пар полюсов электродвигателя 1 и ДПР 3. Далее эти сигналы выпрямляются, фазочувствительными выпрямителями 11 и 14, усиливаются усилителями 12 и

15и подаются на синусную 13 и косинусную 16 якорные обмотки синхронного электродвигателя 1. В результате взаимодействия магнитных пое токов, создаваемых обмотками 13 и

16якоря, с магнитным потоком ротора 19 создается вращающий момент, обеспечивающий слежение выходной оси .за входной.

0

Сигналы стабилизации следящего привода снимаются и формируются на синусном 7 и косинусном 8 выходах тахогенератора 4 и поступают соответственно на инвертирующие входы суммирующих усилителей 12 и 15. Сигналы для компенсации скоростной ошибки формируются в инерционных блоках 17 и 18 и поступают соответ э 1

ственно на неинвертирующие входы усилителей 12 и 15. Под действием этих сигналов выходная ось довернется в пространстве на угол QQПри изменении напряжений на синус ной и косинусной U соз обмотках электродвигателя при вращении его ори с постоянной скоростью п.в круговая частота СО равна

С0 2 ,(2)

полюсов вентиль-

где m - число пар

кого электродвигателя 1.

На фиг.З приведены осциллограммы изменения напряжения на синусной обмотке 13 вентильного электродвигателя 1 при движении входной оси по гармоническому закону. Частота огибающей сигнала равна частоте входного сигнала 0 Ву , частота несущей переменна и зависит от частоты вращения оси двигателя. Минимум частоты (нулевое значение) - в точке пересечения огибающей с временной осью.

Для того, чтобы компенсирующая обратная связь была эффективной, необходимо, чтобы круговая частота СО находилась в полосе пропускания частот инерционного блока, т.е. выполнялось условие

63

;

V

(3)

где Т - постоянная времени инерционного блока 17/18 (апериодического звена). Условие (3) с учетом (2) можно

записать

2lTn,

,m --.

(4)

Из последнего выражения можно определить частоту вращения двигателя

Г

Покажем возмокность устранения скоростной ошибки.

Величины сигналов на выходах инерционных блоков 17 и 18 равны

(5)

U

17 W(p) КТГ 0ВЫ)( sin mcf U1g W(P).KTr-0Bb(y.Cos тф.

(6)

Если привести чти сигналы к входной обмотке 10 ДПР 3, то получим U5 W(p)W9MB(p)- &1гвеь 51п Щ+

+ V,4P)Wcp4b-(p)KT .cos2mq (7 W(p)(p)KTr.

Аналогично можно привести к входной обмотке 10 и сигналы стабнлизи334776

рующей обратной связи с тахогенера- тора А.

На фиг.2 изображена структурная схема следящего привода, эквивалент- ная схеме, изображенной на фиг.1.

Передаточная функция разомкнутой системы равна

w(p) .bl5lWjfilElJ l/E:r. ,

10 мр; 1 - (P)KTr :Koc2w(p)-Koc,

где Wno - передаточная функ3

Т +1 Vf

ция электродвигателя 1;

5

1

0

5

0

5

W(p) - передаточная функ ция инерционного

блока 17 (18); К - коэффициент усиле- ния усилителя 12

(15);

К-. - коэффициент передачи тахогенера- тора 4;

К и КОС2 коэффициенты передачи сигналов обратной связи с тахогенератора; к К7,. к« кп-ифчв(р)

К - крутизна выходной характеристики элемента сравнения 2;

К - коэффициент усиления предварительного усилителя 9.

Для простоты математических выкладок примем W(Jg(p) Kmqg. Если

0 выполнять условие

к„ i KMKie KoL« KrrT,

осЈ

Кцк9вкос( Ктг

oci

- Ј. L

К I

где К 1 + К КдвКОС1Ктг

(9)

то передаточная функция системы с учетом стабилизирующей и компенсирующей связей равна

50

W(p)

КЈ.)

2 ДпР Т, % (Ю)

р ст ггр + О

np +

т;;-т-т;

- добротность системы по ускорению Т

115

К

RP

К .- - добротность системы по скорости. Наличие астатизма второго порядка в системе указывает на отсутст- вне ошибки по скорости.

Таким образом, за счет введения коррекции позиционного сигнала обрат- ной связи по частоте вращения в каждом канале управления вентильным электродвигателем обеспечивается устранение ошибки по скорости и тем самым повышается динамическая точность управления электроприводом.

Формула изобретения

Вентильный электропривод,, содержащий двухфазный синхронный электродвигатель, механически связанный с элементом сравнения, с датчиком положения ротора, выполненным в виде вращающегося трансформатора с синусной и косинусной выходными обмотками, и с тахогенератором, выполненным в виде двухфазного синхронного генератора, предварительный

усилитель, вход которого подключен к выходу элемента сравнения, а выход подключен к входной обмотке датчика положения ротора, синусная и косинусная обмотки которого соответственно через первый и второй фазо- чувствительные выпрямители,-первый и второй суммирующие усилители сое-, динены с синусной и косинусной якорными обмотками двухфазного синхронного электродвигателя, синусный и косинусный выходы тахогенератора подключены к инвертирующим входам соответственно первого и второго суммирующих усилителей, вход элемента сравнения является входом управления электропривода, отличающийся тем, что, с целью повышения динамической точности управления путем устранения ошибки по частоте вращения, в него дополнительно введены первый и второй инерционные блоки, входы которых соответственно подключены к синусному и косинусному выходам тахо- генератора, а выходы - к неинвертирующим входам первого и второго суммирующих усилителей соответственно.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в следящих системах повышенной точности. Целью изобретения является повышение динамической точности управления за счет устранения ошибки частоты вращения. Для достижения указанной цели вентильный электропривод дополнительно содержит первый и второй инерционнее блоки, включенные в каждый канал обратной связи по частоте вращения. На выходе датчика 3 положения ротора формируются сигналы управления каждой фазой двухфазного синхронного электродвигателя 1. С выхода синхронного тахогенератора 4 гармонические сигналы коррекции по частоте вращения заводятся на инвертирующие входы усилителей 12 и 15. Параллельно этим сигналам на неинвертирующие входы этих же усилителей подаются сигналы с инерционных блоков 17 и 18, За счет коррекции сигнала обратной связи по частоте вращения обеспечивается достижение положительного эффекта. 3 ил. (/

вь.

1 I 7v /

Фаз. 2

Фиг.3