Устройство для формирования опорных сигналов управления синхронным двигателем Советский патент 1991 года по МПК H02P7/42 

х| О О х|

СО XI

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах с частотно-токовым управлением. Цель изобретения - расширение области применения путем использования фазовращателя с коэффициентом электрической редукции большим, чем у синхронного двигателя. Указанная цель достигается тем, что в устройство для формирования опорных сигналов управления синхронным двигателем введены вспомогательный датчик 7 положения для установки на валу синхронного двигателя 2 и узел сравнения 8, подключенный первым входом к выходу датчика 7. вторым входом - к выходу фазочувствительного выпрямителя 3, а выходом - к запрещающему входу делителя частоты 6. Устройство может найти применение при управлении как круговыми, так и линейными синхронными двигателями. 4 ил. сл С

Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах с частотно-токовым управлением, в частности в линейном приводе.

Известно устройство для формирования опорных сигналов управления синхрон- ным двигателем, которое содержит коммутаторе двумя многофазными входами и одним многофазным выходом, синусно- косинусную матрицу на резисторах, после- довательносоединенные

фазорасщепитель, формирователь импульсов, делитель частоты, формирователь гармонических функций и инвертор.

Формирователь опорных сигналов управления с помощью синусно-косинусной матрицы на основе ступенчатой аппроксимации формирует трехфазный гармонический сишал, который поступает на выход устройства непосредственно, либо через инвертор 1,

Недостатками устройства являются сложность, обусловленная многоканальным принципом построения, а также ограниченные функциональные возможности, связанные с проблемой устранения неоднозначности выходного сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для формирования опорных сигналов .управления синхронным двигателем, содержащее фазовращатель, ротор которого механически соединен с ротором двигателя, фазочувствительный выпрямитель, выход которого является выходом устройства, задающий генератор, первый выход которого подключен к входным обмоткам фазовращателя, а второй - к первым входам фазочувствительного выпрямителя, выход фазовращателя подключен к входу формирователя коротких импульсов, делитель частоты с запрещающим входом. При этом делитель частоты подключен сигнальным входом к генератору импульсов, запрещающим входом - к выходу формирователя коротких импульсов, а выходом т через фильтр к управляющему входу фазочувствительного выпрямителя

Недостатком известного устройства является ограниченная область применения. Представляется возможным управлять синхронным двигателем с использованием фазовращателей с коэффициентом электрической редукции меньше коэффициента . электрической редукции синхронного двигателя.

Целью изобретения является расширение области применения путем использования фазовращателей с коэффициентом электрической редукции больше коэффициента электрической редукции синхронного двигателя.

Указанная цель достигается тем. что устройство для формирования опорных сигналов управления синхронным двигателем, содержащее фазовращатель, ротор которого механически соединен с ротором двигателя, фазочувствительный выпрямитель, выход которого является выходом устройства, задающий генератор, первый выход которого подключен к входным обмоткам фазовращателя, а второй - к первым входам фазочувствительного выпрямителя, выход фазовращателя подключен к входу формирователя коротких импульсов, делитель частоты с запрещающим входом, дополнительно содержит вспомогательный датчик положения ротора и узел сравнения, подключенный первым входом к выходу вспомогательного датчика положения ротора, вторым входом - к выходу фазочувствительного выпрямителя, а выходом подключенный к запрещающему входу делителя частоты, сигнальный вход которого подключен к выходу формирователя коротких импульсов, а выход - к управляющему входу фазочувствительного выпрямителя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для формирования опорных сигналов управления синхронным двигателем; на фиг. 2 - пример выполнения делителя частоты с коэффициентом деления на два; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие

работу узла сравнения; на фиг. 4 - диаграммы сигналов на выходах функциональных узлов, поясняющие работу устройства

Устройство для формирования опорных сигналов управления синхронным двигателем содержит фазовращатель 1, ротор которого механически ссязан с ротором синхронного двигателя 2, фазочувствительный выпрямитель 3. выход которого является выходом устройства, задающий

генератор 4. Первый выход задающего генератора 4 подключен к входным обмоткам фазовращателя 1, а второй выход - к первым входам фазочувствительного выпрямителя 3. Выход фазовращателя 1 подключен К.БХОду формирователя 5 коротких импульсов Устройство содержит также делитель 6 частоты с запрещающим входом. Дополнительно устройство содержит вспомогательный датчик 7 положения ротора и узел 8 сравнения, подключенный первым входом к выходу вспомогательного датчика 7 положения ротора, вторым входом - к выходу Фазочувствительного выпрямителя 3, а выходом подключенный к запрещающему входу делителя 6 частоты. Сигнальный еход последнего подключен к выходу формирователя 5

-коротких импульсов, а выход - к управляющему входу фазочувствительного выпрямителя 3. Выход-последнего может быть связан с фазами синхронного двигателя 2 через управляемый источник 9 питания.

Узел 8 сравнения обеспечивает сравнение фаз сигналов дополнительного датчика 7 положения ротора и логических сигналов, соответствующих знакам выходных сигналов фазочувствительного выпрямителя 3.

Делитель 6 частоты с запрещающим входом обеспечивает деление импульсов, поступающих на его сигнальный вход с формирователя 5 коротких импульсов, на фиксированный коэффициент. При наличии сигнала управления на запрещающем входе делитель 6 частоты переводится в режим повторителя импульсов, не производи операцию деления. При реализации устройства с фазовращателем, коэффициент электро- технической редукции которого в два раза выше коэффициента электрической редукции синхронного двигателя, применяется делитель частоты на два (фиг. 2), включающий два D-триггера 10 и 11, логические зле- менты ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 и И 13. Вход триггера 10 является запрещающим входом делителя частоты. В данном делителе частоты в результате подачи запрещающего сигнала с выхода узла 8 сравнения происходит сдвиг фазы выходных импульсов на п .

Фазочувствительный выпрямитель 3 в упрощенном варианте представляет собой два элемента выборки-хранения, каждый из которых включает в себя управляемый ключ и запоминающий конденсатор. Входные цепи ключей образуют двухфазный вход, а цепи коммутации ключей - еход управления фазочувствительным выпрямителем 3.

Устройство для формирования сигналов управления синхронным двигателем работает следующим образом.

В качестве синхронного двигателя 2 рассмотрим линейный индукторный двиса- тель, а в качестве фазовращателя 1 -датчик индуктивный линейных перемещений. Шаг зубцовой зоны двигателя 2 равен удвоенному шагу печатных обмоток фазовращателя 1,

Согласно частотно-токовому способу управления в фазных обмотках синхронного двигателя 2 необходимо формировать токи управления

iA kiF-UA;iB kiF-UB, (1)

где UA и UB - опорные сигналы управления синхронным двигателем и

UA K2 sin р и UB «2. cos (f)} (2)

2л,

f-

О

р - аргумент, определяющий положение подвижного элемента двигателя вдоль направления движения X;

Гд8 - шаг зубцовсй зоны двигателя;

F - задание требуемой силы тяги двигателя;

KI и Ка - постоянные величины.

Требуемые то.и (1) в обмотках двигателя (2) вырабатываются управляемым источником 9 питания. Приходящие на его двухфазный вход опорные сигналы (2) перемножаются внутри блока с сигналом задания силы тяги F (не показан), и полученные результаты преобразуются в пропорциональные им токи управления д и IB.

Опорные сигналы управления (2) вырабатываются фззочувствительным выпрямителем 3. На вход 14 фазочувствительного выпрямителя 3 приходит двухфазное синусоидальное напряжение с частотой а) .

Us Кз sin a) t; Uc Кз cos ш t,

И)

где Кз - постоянная величина.

На его управляющий вход поступает последовательность коротких импульсов. 3 каждом канале фазочувствительного выпрямителя 3 в момент прихода короткого коммутирующего импульса замыкается ключ, и конденсатор заряжается до напряжения, равного напряжению на входе ключа. После размыкания ключа напряжение на конден-- саторе запоминается.

Коммутирующие импульсы, -поступающие на управляющий вход фазочувствительного выпрямителя 3, вырабатываются следующим образом.

Входные обмотки фазовращателя 1 .записываются синусоидальным напряжением с двойной частотой 2 (а .В выходной обмотке наводится ЭДС . 1/5) . Ut sin 2(,

. 2л

аргумент, определяющий положение подвижного элемента фазовращателя вдоль направления движения X;

Тдат - шаг печатных обмоток фа.зовра- щателя;

К4 - постоянная величина.

Поскольку Гдат 2 Гдат , то согласно (3) выражение ЭДС (5) приводится к виду

Ui K4Sln2( ( ). (6)

Формирователь 5 вырабатывает корот- кие импульсы в моменты смены знака его входного сигнала с отрицательного на положительный. В соответствии с (6) короткие импульсы на выходе формирователя 5 возникают в моменты времени

.„ to + tf$) т

М-QJ V,1,4,... (Г)

Сформированные импульсы поступают на сигнальный вход 15 делителя 6 частоты (фиг. 2). С выхода последнего также снимаются короткие импульсы, но уже следующие с частотой, уменьшенной в два раза. Эти импульсы и становятся коммутирующими импульсами фазочувствительного выпрямителя 3.

В зависимости от начального состояния триггеров 10 и 11 на выход логического элемента И 13 проходят импульсы в моменты времени ti, О, 2, 4,.:., или в моменты ti, 1 1, 3, 5,... В первом случае, согласно (4) и (7) конденсаторы элементов выборки-хране- ния фазочувствительного выпрямителя 3 за- ряжаются до напряжений

Us (t i )Кз sin (p (ti) + i л:)Кз sin p (ti);

U с (ti )Кз cos (р (ti) + I л) Кз cos $ti)

и запоминают эти напряжения в промежутках между коммутирующими импульсами, На ьыходе фазочувстзительного выпрямителя 3 сформируются кусочно-постоянные напряжения, представляющие собой аппроксимации опорных сигналов управления (2). Во втором же случае конденсаторы заря- жаются до напряжений

Us(ti )-K3slnp (ti };

Uc(ti) -K3cos (ti)

и на выходе фазочувствительного выпрями-

теля 3 сформируются сигналы, инверсные

требуемым сигналам управления.

В этом случае (фиг. 2) с приходом поло- жительного импульса на запрещающий вход 16 делителя 6 частоты изменяется логический сигнал на первом входе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12, тем самым выходной сигнал элемента И 13 смещается по фазе на угол я, что приводит к формирова- нию на выходе фазочувствительного выпрямителя 3 требуемых опорных сигналов.

Запрещающий положительный импульс делителя 6 частоты вырабатывается узлом 8 сравнения в соответствии с логическим уравнением

и.,д иэг«иЗА иЭз«Узв Уэ иЭв;1(8)

V V

где КЗА, изв - логические сигналы, соответствующие знакам выходных сигналов фазочувствительного выпрямителя 3 и

при L/ЗД О / О при ОЗА 0 ;

ft

и Но

v Г1 при U3e О i -38 Ohpu U3B 0 }

0 5

0

5 0

5

0 5

выходные логические сигналы вспомогательного датчика 7 положения рот°Ра-v v

Логические сигналы , , ОЗА, Озв являются функциями аргумента р (выражение 3) и изображены на фиг. 3. При этом сигналы характеризуются параметрами ; j 1, 28, которые определяют

возможный разброс границ единичного уровня выходных логических сигналов вспомогательного датчика 7 положения ротора.

Необходимо, чтобы 0 j -г

Когда на выходе фазочувствительного выпрямителя 3 сформируются сигналы, соответствующие опорным сигналам управления (2), то функционирование устройства находится в полном соответствии с принципом частотно-токового управления. Если же выходные сигналы фазочувствительного выпрямителя 3 оказываются инверсными требуемым сигналам, то узел 8 сравнения сформирует управляющий положительный импульс, который переводит делитель 6 частоты в режим повторения и после смещения выходного сигнала делителя б частоты по фазе на угол л обеспечивает дальнейшее деление, тем самым приводит выходной сигнал фазочувствительного выпрямителя 3 к требуемому виду.

Таким образом, использование предлагаемого устройства дает возможность управлять синхронным двигателем с использованием фазовращателей, у которых коэффициент электрической редукции больше коэффициента электрической редукции двигателя, За счет этого расширяется область применения устройства для формирования опорных сигналов. Предлагаемое устройство может найти применение при управлении как круговыми, так и линейными синхронными двигателями. Линейный электропривод,построенный на основе линейного индукторного двигателя с частотно- токовым управлением, позволяет расширить диапазон регулирования скорости перемещения исполнительных механизмов. Формула изобретения

Устройство для формирования опорных сигналов управления синхронным двигате- лем, содержащее фазовращатель, ротор которого предназначен для механического соединения с ротором синхронного двигателя, фазочувствительный выпрямитель, выход которого образует выход названного устройства, задающий генератор, первый выход которого подключен к входу фазовращателя, а второй - к первому входу фазочув- ствительного выпрямителя, формирователь

коротких импульсов, подключенный входом к выходу фазовращателя, и делитель частоты с запрещающим входом, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения путем использования фазовращателя с коэффициентом электрической редукции большим, чем у синхронного двигателя, введены вспомогательный датчик положения ротора синхронного двигателя и узел сравнения, первый оход которого подключен к выходу указанного вспомогательного датчика положения рото- ра второй вход - к выходу фазочувствитель- ного выпрямителе а выход узла сравнения соединен с запрещающим входом делителя частоты, сигнальный вход которого подключен выходу формирователя коротких импульсов, а выход - к второму входу ф а з о ч У в ст тельн о го выпрямителя.

Фие.2

Фиа.З