Электропривод с частотно-токовым управлением Советский патент 1993 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах с частотно-токовым управлением, в частно- ,сти,-в линейном электроприводе.

Цель изобретения - повышение точности регулирования момента вращения путем повышения точности формирования фазных токов.

На чертеже представлена функциональная схема электропривода с частотно-токовым управлением.

Электропривод содержит синхронный двигатель 1, фазовращатель 2,.ротор которого механически соединен с ротором двигателя 1, а цепь возбуждения подключена к выходу источника 3 синусоидальных напряжений, последовательно соединенные фазовый детектор 4 с управляющим 5 и опорными 6 входами и регулируемый источник 7 тока, выходы которого подключены к фазным обмоткам двигателя 1, формирователь 8 коротких импульсов, подключенный входом к выходу фазовращателя 2, а выходом к управляющему входу. 5 фазового детектора 4, формирователь 9 опорных сигналов фазового детектора, подключенный первым входом к выходу блока 10 управления, вторым вхбдом - к выходу источника 3 синусоидальных напряжений, а выходами - к опорным входам 6 фазового детектора 4.

Формирователь 9 опорных сигнала фазового детектора содержит последовательно соединенные блок 11 умножения и фазосмещающий блок 12. Входами формирователя 9 являются входы блока 11 умножения, а выходами - выход блока 11 умножения и выход фазосмещающего блока 12.

Фазосмещающий блок 12 может быть выполнен на основе дифференцирующего звена или звена запаздывания.

Устройство работает следующим образом.

В качестве синхронного двигателя 1 рассматривают двухфазную машину с возбуждением от постоянных- магнитов. В ЈлуЈ

00

о

ю о

чае применения m-фазного двигателя 1 регулируемый источник 7 тока снабжают преобразователем числа фаз и выполняют его т-фазным.

Фазовращатель 2 возбуждают от источника 3 синусоидальных напряжений. На выходе фазовращателя 2 формируют напряжение

U2 Аа (a)-9),

где (О- опорная частота источника синусо идальных напряжений;

Аа и 9 - амплитуда и фаза выходного напряжения фазовращателя, равная углу поворота ротора двигателя. Это напряжение поступает на вход блока 8, который вырабатывает короткие импульсы в моменты смены знака, входного напряжения (1) с отрицательного на положительный, т. е. в моменты времени

t| , 0,1,2,.,, . (2)

где 6(1) - угол поворота ротора двигателя, соответствующий моменту времени ti.

Сформированную последовательность коротких импульсов подают на управляющий вход 5 фазового детектора 4.

Блок 10 управления вырабатывает напряжение IHo, которое поступает на первый вход блока 11 умножения, на второй вход которого приходит синусоидальное напряжение

из Аз sin cot, где Аз - амплитуда напряжения.

На выходе блока 11 умножения формируется напряжение

Un АзУю sin on..(3) которое подают на опорный вход фазового детектора 4 и на вход фазосмещающего блока 12.

Пусть в качестве фазосмещающего блока 12 используют динамическое звено, которое с достаточной степенью точности аппроксимирует звено запаздывания с передаточной функцией -Рг

W(p) e.

гдег -йгНа выходе фазосмещающего блока 12 получают напряжение

Uia Uii(t-r) -A3Uio(t- T) coswt.

Воспользовавшись тем, что Dio(t - т) MJto- rUio , выходное напряжение фазосмещающего блока 12 преобразуют к виду

Ui2 -A3lho cos o)t +

+ -TJ-- АзУ ю cos (i) t.(4)

Это напряжение подают на опорный вход фазового детектора 4.

-

10

Фазовый детектор 4 состоит из двух однотипных устройств выборки - хранения. Поскольку на опорные входы 6 фазового детектора 4 поступают напряжения (3), (4), а на управляющий вход 5 приходят короткие импульсы в моменты времени (2), то на выходах фазового детектора 4 формируются ступенчатые сигналы, которые с достаточной степенью точности аппроксимируют двухфазное напряжение

U4a AaUlO Sin в, 1)4в -АзЦю COS в +

+ п- Аз Uio cos в.

Выходные сигналы фазового детектора 4 являются заданием фазных токов двигателя 1. Они поступают на входы регулируемого источника 7 тока, который вырабатывает в обмотках двигателя 1 токи, равные

ia toAaUio sin в, ,

IB 1о(-Аз11ю cos в +

+ n-A3Uio cos в).(5)

где io коэффициент пропорциональности.

Согласно частотно-токовому управлению при запитке обмоток двигателя 1 фазными токами (5) на валу двигателя возникает момент вращения

М M0(ia sin 0- ь cos 9), где М0 - коэффициент пропорциональности.

Момент вращения представляют в виде суммы полезной и паразитной составляющих, т. е..

М МП+ дМ.

В соответствии с (5) составляющие момента вращения равны

Мп MoioAalho, (5М М01оАз х

40

cos

в.

(6)

Вводят в рассмотрение относительную паразитную составляющую момента вращения

Ј dM

max I IV I Согласно (6) справедливо выражение: max | д М I . л max I Uio I

Е

max I IVh I 2w max I Uio I Вводят в рассмотрение граничную час- тоту Q эффективной полосы частотного спектра сигнала управления приводом Uio. Тогда, воспользовавшись тем, что max lUtol Qmax I Uio I , получают

f§.()

Относительная паразитная составляющая момента вращения к определяется отношением граничной частоты Qэффективной полосы частотного спектра

сигнала управления приводом к опорной частоте (0 источника синусоидальных напряжений.

В известном электроприводе с частотно-токовым управлением двухфазным двигателем вырабатывают фазные токи

la lo(A3UlO Sin#+ да).(8)

1в 1о(-Азию cos в- дв), где да и бв - погрешности, вносимые блоками умножения.

На валу двигателя возникает момент вращения

М МП.+ дМ.

где Мп MoloAalho, дМ M0io(5asin 9 + +(5Bcos ).

Вводят в рассмотрение относительную погрешность перемножения блоков умножения

Д-

.max I Азию I

максимальная величина которой равна

л - тах I d I ах max I A3Uio I .

Пусть maxpal max|(5B 1 max I dI , тогда согласно (8) для относительной паразитной составляющей момента вращения справедливо неравенство:

е 2Дглах: (9)

В известном электроприводе относительная паразитная составляющая момента вращения определяется относительной погрешностью перемножения блоков умножения.

Полученный результат,(7), (9) непосредственно подтверждает преимущество предлагаемого электропривода. В известном электроприводе точность регулирования момента вращения ограничивается точностью перемножения блоков умножения, а также точностью формирования выходных сигналов источником синусоидальных напряжений. В предлагаемом же электроприводе возникающая паразитная составляющая момента вращения пренебрежимо мала, поскольку опорная частота источника синусоидальных напряжений гораздо больше граничной частоты эффективной полосы частотного спектра сигнала управления электроприводом.

Таким образом, предлагаемый электропривод с частотно-токовым управлением, в котором формирователь опорных сигналов фазового детектора выполнен на основе блока умножения и фазосмещающего блока, обладает преимуществом перед известным электроприводом, поскольку характеризуется более высокой точностью регулирования момента вращения. Кроме

того, предлагаемый электропривод более прост в реализации.

Формула изобретения Электропривод с частотно-токовым управлением, содержащий синхронный двигатель, фазовращатель, ротор которого механически соединен с ротором двигателя, цепь возбуждения фазовращателя подключена к выходу источника синусоидальных напряжений, последовательно соединенные фазовый детектор с управляющим первым и вторым опорными входами и регулируемый источник трка, выходы которого подключены к фазным обмоткам двигателя, формирователь коротких импульсов,

подключенный входом к выходу фазовращателя, формирователь опорных сигналов фазового детектора, подключенный первым входом к выходу блока управления, вторым входом - к выходу источника синусоидальных напряжений, а выходами - к соответствующим опорным входам фазового детектора, при этом формирователь опорных сигналов содержит блок умножения, входы которого являются входами указанного формирователя, а выход - его первым выходом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования момента вращения путем повышения точности формирования фазных токов, формирователь опорных сигналов фазового детектора дополнительно содержит фазос- мещающий блок, вход которого подключен к выходу блока умножения, а выход образует второй выход формирователя опорных

сигналов фазового детектора, при этом источник синусоидальных напряжений выполнен одноканальным, а выход формирователя коротких импульсов подключен к управляющему входу фазового детектора.

s JL

Использование: в линейном электроприводе. Сущность: в электроприводах с ча- стотно-токовымуправлением формирователь 9 опорных сигналов фазового детектора 4 содержит последовательно соединенные блок 11 умножения и фазосмещающий блок 12, .Источник 3 синусоидального напряжения 3 выполнен одноканальным. В результате такого выполнения паразитная составляющая момента вращения синхронного двигателя 1 мала, так как опорная частота источника 3 синусоидальных напряжений значительно выше частоты эффективной полосы частотного спектра сигнала управления электроприводом. 1 ил.