Вентильный электропривод Советский патент 1991 года по МПК H02K29/06 H02P6/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в исполнительных механизмах робототехнических устройств с цифровым управлением.

Целью изобретения является уменьшение пульсаций вращающего момента.

На фиг. 1 изображена функциональная схема вентильного электропривода, на фиг. 2 - вариант выполнения функциональной схемы мостового коммутатора; на фиг. 3 - графики напряжений i-й фазы питающей сети (Uc), i-й фазы синхронной машины (Us) и корректирующей функции д ; на фиг. 4 - векторные диаграммы; а - магнитного поля статора Фс при непосредственном подключении обмоток синхронной машины к фазам питающей сети; б - проекции вектора Фс на оси статорных обмоток синхронной машины; в-магнитные поля Oki создаваемые i-и обмотками синхронной машины при формировании их напряжений Usi путем умножения напряжения Uci соответствующей фазы сети на корректирующую функцию д; 2 - результирующие потоки статора Ф5 и ротора Фг синхронной машины.

Вентильный электропривод содержит подключенный к трехфазной сети переменного тока трехфазный трансформатор 1 (фиг. 1), средние точки обмоток которого подключены к общей шине, а выходы соединены с силовыми входами трех мостовых коммутаторов 2-4, выходы последних подключены к гальваническим развязанным обмоткам синхронной машины 5, вал которой соединен с цифровым датчиком 6 угла. Выходы датчика 6 подключены к m младшим входным разрядам постоянного запоминающего устройства 7, кодовые выходы последнего соединены с входными шинами трех широт- но-импульсных модуляторов 8-10, счетные входы которых подключены к выходу управляемого делителя 11 частоты, счетный вход

о j

о

VJ

ел го

ю

которого соединен с выходом генератора 12, а входная шина - с шиной модуля управляющего воздействия. Знаковые выходы постоянного запоминающего устройства 7 соединены со вторыми входами первых схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13-15 трех идентичных блоков 16-18 управления коммутатором. Вторые входы схем 13-15 подключены к шине знака управляющего воздействия, а выходы - к входам первых инверторов 19- 21, выходы последних подключены к первым входам мостовых коммутаторов 2-4, третьи входы которых соединены с выходами вторых инверторов 22-24, входы которых подключены к выходам вторых схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 25-27. Электропривод дополнительно содержит нуль-орган 28, счетчик 29 и генератор 30 импульсов, а постоянное запоминающее устройство 7 снабжено старшими входными разрядами. Первый выход третьей обмотки 31 трехфазного трансформатора 1 соединен с входом нуль-органа 28, выход которого подключен к входу обнуления счетчика 29, счетный вход счетчика 29 соединен с выходом генератора 30 импульсов, а выходы - со старшими входными разрядами постоянного запоминающего устройства 7, содержащего коды модуля и знака гармонических функций. Выходы широтно-импульсных модуляторов 8-10 соединены со вторыми входами вторых схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 25-27. Первые входы схем 25-27 подключены к выходам первых схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13-15 и связаны со вторыми входами мосто вых коммутаторов 2-4, четвертые входы которых связаны с выходами вторых схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 25-27.

Вентильный электропривод работает следующим образом.

В момент прохождения напряжения третьей обмотки 31 через нуль нуль-орган 28 формирует короткий импульс напряжения, сбрасывающий счетчик 29 в нуль, Ука занный импульс формируется лишь при возрастании напряжения, т.е. один раз на период сетевого напряжения Тс. При этом выходной код А к счетчика 29, ведущего счет импульсов с частотой f. может быть найден как

Ak(2L1)- t/Tc(1)

где t - текущее время;

fr(2l-1) Тс - частота генератора 30

Входной адрес запоминающего устройства 7 состоит из двух частей, причем младшие m разрядов адреса равны коду датчика 6 Ду. а старшие I разрядов выходному коду источника 29 A k. Таким образом, текущий адрес запоминающего устройства 7 составляет

АН А/,(2)

Выходное слово запоминающего устрой- ства 7 состоит из четырех частей, причем в 1-м младшем разряде записан код

S--sT «: , -3- Ч4

(3)

где 0 - угол установки датчика 6.

В выражении (3) принято signx O при и sign при , Оставшаяся часть выходного слова содержит три р-разрядных слова, содержащих коды М (2Р - 1) - Ak , -1 о

sin 2л

j+2m

(4)

где i 0, 1, 2 в соответствии с номером ШИМ 8-10. Указанные коды записываются в ШИМ 8, 9, 10 с частотой fs. При этом коэффициент узэполненияимпульсов ШИМ i-й фазы составит

5

0

M-fs

у ТГ

(5)

Частота fs выбирается в соответствии с соотношением

fi

fs(6)

(2n -1 )(2Р -1 ) а частота fu составляет

fu fi/Ag(7)

Следовательно, результирующее значение коэффициента у составит

У

,|П|7Л А. + .a. + L-Z 4e.j

2 - 1 Г - 13

(8)

Блок (16 -18) управления коммутатора i- й фазы на основе сигналов signA g. s. h осуществляет формирование сигналов А, В.

С, D управления ключами 32-35 (фиг. 2) ком мутатора (2-4) в соответствии с таблицей.

Логические переменные signA g. s. h определяются следующим образом. Знак воздействия sign Ag задается внешним управля

ющим устройством и определяет знак вращающего момента. Сигнал s формируется на выходе знаковых разрядов устройства 7 в соответствии с выражением (3). Изменение сигнала s приводит к смене знака напряжения на обмотке синхронной машины 5. Значение выходного сигнала модулятора (8-10) h, равное единице, определяет протекание тока в 1-й фазе; соответствует ди намическому торможению путем короткого

замыкания 1-й фазы.

Компенсация пульсаций вращающего момента синхронной машины 5, обусловленных непосредственным питанием от сети переменного тока, осуществляется путем

широтно-импульсной модуляции перемен

ных напряжений, питающих обмотки. Коэффициент у заполнения импульсов ШИМ в приводе зависит, в соответствии с выражением (8), не только от кода Д(ругла поворота ротора синхронной машины, но и от кода Д k текущей фазы сети. В соответствии с выражениями (3), (8) нормированное среднее значение Us напряжения на 1-й обмотке синхронной машины формируется путем умножения нормированного напряжения Uc i-й фазы питающей сети на корректирующую функцию д (фиг. 3), модуль и знак которой определяются выражениями (8), (3) соответственно.

Графики на фиг. 3 построены при изменении от 0 до 2л текущей фазы / напряжения фазы питающей сети с номером , что соответствует изменению кода Д k фазы напряжения от 0 до 2-1.

Векторные диаграммы (фиг. 4), построенные в соответствии с фиг. 3 при изменении ft с шагом 30 от 0 до 5/6л, иллюстрируют изменение векторов магнитных полей ста- торных обмоток.

Указанный алгоритм модуляции фазных напряжений позволяет обеспечить перпендикулярность полей Ф3 статора и Фг ротора синхронной машины, а также постоянство амплитуды Ф5, задаваемой кодом Д g управляемого делителя частоты.,

Амплитуда Ф5 поля статора при выборе корректирующей функции д в соответствии с (3). (8) составляет /3 Фс/2, т.е. компенсация пульсаций момента достигается за счет некоторого уменьшения предельного момента, развиваемого синхронной машиной 5 при заданном значении питающего напряжения. Указанное уменьшение пре

0

5

0

5

0

5

0

дельного момента может быть скомпенсировано увеличением в напряжения питания.

Компенсация пульсаций вращающего момента СМ в приводе достигается лишь при определенном подключении обмоток к фазам питающей сети. Подключение осуществляется таким образом, чтобы при увеличении номера I статорной обмотки фазовый сдвиг питающего ее напряжения Uci (см. фиг. 3) увеличивался на 120 градусов.

Компенсация пульсаций вращающего момента в приводе реализуется лишь при равенстве амплитуд и синусоидальной форме напряжений всех фаз питающей сети.

Таким образом, за счет изменения амплитуд питающего напряжения каждой фазы синхронной машины, в зависимости от угла поворота ротора и фазы питающего напряжения, снижаются пульсации вращающего момента, что также позволяет уменьшить пульсации частоты вращения.

Формула изобретения Вентильный электропривод по авт.св. № 1585880, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пульсаций вращающего момента, введены ьуль-орган, счетчик и генератор импульсов, а постоянное запоминающее устройство снабжено старшими входными разрядами, причем первый вывод третьей обмотки трехфазного трансформатора подключен к входу нуль-органа, выход которого подключен к входу обнуления счетчика, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выходы - со старшими входными разрядами постоянного запоминающего устройства.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в робототехнике. Целью изобретения является уменьшение пульсаций вращающего момента. Указанная цель достигается тем, что в вентильный электропривод введены нуль-орган (НО) 28, входом подключенный к выводу третьей вторичной обмотки трансформатора 1, счетчик 29 и генератор импульсов (ГИ) 30, а постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 7 снабжено старшими входными разрядами. Выходы НО 28 и ГИ 30 подключены к входам счетчика 30, выход которого соединен со старшими входными разрядами ПЗУ 7. В результате обеспечивается модуляция фазных напряжений синхронной машины 5 по синусоидальному закону, причем аргумент синуса вычисляется путем суммирования кодов синхронной машины 5 и текущей фазы сети. Вычисление закона модуляции производится табличным способом с помощью ПЗУ 7. Фаза сети вычисляется с помощью генератора 12, НО 28 и счетчика 29. 4 ил., 1 табл.

ОЬщ

фиг 2

О 1/3 &/3 Я 4Я/3 5Я/3 2

jr/j гя/з Я tf/з 5Я/з tf

. Фиг.З