Электропривод с частотно-токовым управлением Советский патент 1993 года по МПК H02P7/62 

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

Целью изобретения является расширение области применения.

На фиг. 1 представлена схема электропривода; на фиг. 2 - схема блока определения направления движения; на фиг, 3 - схема делителя частоты; на фиг. 4 - схема элемента сравнения.

Электропривод с частотно-токовым управлением содержит синхронный двигатель 1, фазовращатель 2, ротор которого механически соединен с ротором двигателя 1, вход фазовращателя 2 соединен с первым-выходом задающего генератора 3, формирователь 4 коротких импульсов, подключенный входом к выходу фазовращателя 2, элемент 5 сравнения, делитель б частоты, подключенный первым входом к выходу формирователя 4 коротких импульсов, а вторым входом - к выходу элемента 5 сравнения, фазочувствительный выпрямитель 7, подключенный первым входом к второму выходу задающего генератора 3, вторым входом - к выходу делителя 6 частоты, а выходом - через блок 8 питания к фазным обмоткам двигателя .1, и блок 9 определения направления движения, подключенный первым входом к дополнительному выходу задающего генератора 3, а вторым входом - к выходу формирователя 4 коротких импульсов, при этом первый вход элемента 5 сравнения подключен к дополнительному выходу блока 8 питания, а второй вход - к выходу блока 9 определения направления движения.

Блок 8 питания содержит задатчик 10 тока, блок 11 умножения и усилитель 12. Выход задатчика 10 тока соединен с первым входом блока 11 умножения и образует дополнительный выход блока 8 питания, вхо1- дом которого является второй вход блока 11 умножения. Выход блока 11 умножения соединен с входом усилителя 12, выход которого образует выход.блока 8 питания.

Блок 9 определения направления движения содержит генератор 13 синхронизации, двухканальный ключ 14, элемент 15 согласования, реверсивный счетчик 16 и

с/

00 СО О 00 О 4

СА)

элемент 17 ИЛИ, Первый и второй входы двухканального ключа 14 являются входами блока 9. Выход генератора 13 синхронизации соединен с третьим входом двухканального ключа 14 и первым входом элемента 15 согласования, второй и третий входы которого соединены с выходами двухканального ключа 14. Выходы элемента 15 согласований соединены с входами реверсивного счетчика 16, выходы которого соединены с входами элемента 17 ИЛИ и являются выходом блока 9. Выход элемента 17 ИЛИ соединен с четвертым входом двухканального ключа 14,

Делитель 6 частоты содержит последовательно соединенные двухканальный распределитель 18 импульсов и переключатель 19 импульсов. Первым входом делителя 6 частоты является вход распределителя 18 импульсов, вторым входом - управляющий вход переключателя 19 импульсов, а выходом - выход переключателя 19 импульсов.

Элемент 5 сравнения может быть выполнен по схеме, содержащей компаратор 20, триггеры 21, 22 и элемент 23 ИЛИ. Триггер 2.1 подключен информационным входом D к прямому выходу компаратора 20, а триггер 22 - к инверсному.выходу компаратора 20. Элемент 23 ИЛИ подключен входами к выходам триггеров 21, 22. Первым входом элемента 5 сравнения является вход компаратора 20, вторым входом - тактовые входы С триггеров 21, 22, а выходом - выход элемента 23 ИЛИ.

Фазочувствительный выпрямитель 7 в упрощенном варианте представляет собой два элемента выборки - хранения, каждый из которых включает в себя управляемый ключ и запоминающий конденсатор. Входные цепи ключей образуют первый вход, а цепи коммутации ключей - второй вход фазочувствительного выпрямителя 7.

Задающий генератор 3 может быть выполнен с использованием генератора импульсов, счетчиков импульсов, постоянных запоминающих устройств, запрограммированных по законам синуса и косинуса, и цифро-аналоговых преобразователей,

Электропривод работает следующим образом. В качестве синхронного двигателя 1 рассматривают линейный индукторный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов, а в качестве фазовращателя 2 - датчик индуктивный линейных перемещений. Шаг зубцовой зоны двигателя 1 равен удвоенному шагу печатных обмоток фазовращателя 2.

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

и

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

iA KlFUA,iB KiFUB,(1)

где UA K2sln p, UB K2Cos p (2) - опорные сигналы управления синхронным двигателем.

Ф X - аргумент, определяющий

1ДВ

положение подвижного элемента двигателя вдоль направления движения X;

Где - шаг зубцовой зоны двигателя;

F - задание требуемой силы тяги;

Ki, K2 - постоянные величины.

Требуемые токи (1) вырабатывают в фазных обмотках двигателя 1 с помощью управляемого блока 8 питания.

На вход блока 8 питания поступают опорные сигналы управления UA, UB. Задат- чик 10 тока формирует сигнал F задания требуемой силы тяги. С помощью блока 11 умножения опорные сигналы перемножаются с сигналом задания требуемой силы тяги. Усилитель 12 представляет собой регулируемый источник тока. Он преобразует входные сигналы в пропорциональные им токи в фазных обмотках двигателя 1.

Опорные сигналы управления (2) вырабатывают с помощью фазочувствительного выпрямителя 7.

На первый вход фазочувствительного выпрямителя 7 поступает двухфазное синусоидальное напряжение с опорной частотой О).

Sin 0)1, Uc K3 COSWt (4)

где К з - постоянная величина.

На второй вход блока 7 приходит последовательность коротких импульсов, которую формируют следующим образом.

Входную цепь фазовращателя 2 запиты- вают синусоидальным напряжением с частотой 2о) . С выхода фазовращателя 2 снимают напряжение

U2 K4Sin(2wt-V).

где Ф - - аргумент, определяющий

1дат

положение подвижного элемента фазовращателя вдоль направления движения X;

Тдат - шаг печатных обмоток фазовращателя;

К4 - постоянная величина. Поскольку Гдат , то с учетом (3) выходной сигнал фазовращателя 2 преобразуют к виду

U2 K4Sin2(w )(5).

Формирователь 4 преобразует выходной сигнал фазовращателя 2 в последовательность коротких импульсов. Эти импульсы вырабатываются в момент смены знака входного сигнала формирователя 4 с отрицательного на положительный. Согласно (5) короткие импульсы формируются в моменты времени

-и- .

где НО, 1,2,...

Сформированные импульсы поступают на первый вход управляемого делителя 6 частоты, выходной сигнал которого является вторым входным сигналом фазочувстви- тельного выпрямителя 7.

Делитель 6. частоты уменьшает частоту следования входных импульсов в два раЗа. С выхода делителя 6 частоты снимают импульсы в моменты времени

2 Я + Ф ,10 1 2

,,,. V, I, Ј., ,,.,

ti(D

ш

или в момент времени

t2dh 2 Vя + (Р .,1.2.-...

Согласно (4) в первом случае на выходе фазочувствительного выпрямителя 7 формируются требуемые опорные сигналы (2), во втором же случае - инверсные сигналы.

В первом случае фазные обмотки двига- теля 1 будут запитываться токами (1). Линейный двигатель 1 начнет развивать силу тяги, направление которой будет соответствовать знаку выходного сигнала задатчика 10 тока. Во втором же случае возникающая сила тяги будет противоположна по знаку.

С помощью блока 9 определяют направление движения подвижного элемента двигателя 1,ас помощью элемента 5 сравнения определяют соответствие направления движения знаку задания силы тяги. В первом случае выходной сигнал элемента 5 сравнения не изменит состояния переключателя 19 импульсов в делителе 6 частоты. Электропривод будет функционировать в полном соответствии с принципом частотно-токового управления.

Во втором случае элемент 5 сравнения сформирует сигнал, который изменит состояние переключателя 19 импульсов. На второй вход фазочувствительного выпрямителя 7 начнет поступать последовательность импульсов, смещенная по фазе на угол Л . Это и приведет выходной сигнал фазочувствительного выпрямителя 7 к требуемому виду.

Блок 9 определения направления движения работает следующим образом. На первый и второй входы блока 9 поступают последовательности импульсов, следующих с частотами входного и выходного сигналов фазовращателя 2. В исходном состоянии двухкэнальный ключ. 14 открыт, и эти импульсы проходят на входы для прямого и обратного счета реверсивного счетчика 16.

Поскольку при движении подвижного элемента фазовращателя 2 в одном направлении частота его выходного напряжения увеличивается по отношению к частоте

5 входного напряжения, а при движении в другом направлении - уменьшается, то по истечение некоторого времени в зависимости от направления движения сформируется импульс на выходе переноса или на

10 выходе заема реверсивного счетчика 16. Этот импульс, определяющий направление движения, поступает на выход блока 9, а также через элемент 17 ИЛИ закрывает двухкэнальный ключ 14, тем самым блокиру15 ет дальнейшее функционирование блока 9. Для исключения сбоя в работе реверсивного счетчика 16 при одновременном приходе импульсов на входы блока 9 предусматривают разнесение во времени вход0 ных. импульсов реверсивного счетчика 16с помощью элемента 15 согласования и генератора 13 синхронизации.

Элемент 5 сравнения работает следующим образом. В исходном состоянии выход5 ной сигнал элемента 5 сравнения соответствует логическому нулю. Сигнал, приходящий от задатчика 10 тока преобразуется компаратором 20 в логический сигнал, который определяет заданное

0 начальное направление движения подвижного элемента двигателя.

При совпадении заданного и действительного направлений движения выходной сигнал элемента 5 сравнения остается нуле5 вым. При движении подвижного элемента двигателя в сторону, противоположную Заданному направлению движения, один из триггеров 21, 22 установится в состояние логической единицы, тем самым на выходе

0 элемента 5 сравнения сформируется сигнал, соответствующий логической единицы, тем самым на выходе элемента 5 сравнения о сформируется сигнал, соответствующий логической единице.

5 Таким образом предлагаемый электропривод позволяет управлять синхронным . двигателем с использованием фазовращателя, у которого коэффициент электрической редукции больше коэффициента

0 электрической редукции синхронного двигателя. В предлагаемом электроприводе, в отличие от известного, опорные сигналы управления синхронным двигателем вырабатываютбезиспользования

5 вспомогательного датчика положения. Это расширяет область применения электропривода за счет обеспечения возможности управления двигателем, на валу которого не допустима установка вспомогательного датчика положения.

Формула изобретения 1. Электропривод с частотно-токовым управлением, содержащий синхронный двигатель, ротор которого механически соединен с ротором фазовращателя, вход фазовращателя соединен с первым выходом задающего генератора, второй выход которого соединен с первым входом фазочувст- вительного выпрямителя, второй вход которого соединен с выходом делителя частоты, выход фазовращателя соединен с входом формирователя коротких импульсов, выход которого соединен с первым входом дедителя частоты, выход фазочувствитель- ного выпрямителя соединен с входом блока питания, выводы фазных обмоток двигателя, подключены к выходу блока питания, выход элемента сравнения соединен с вторым входом делителя частоты, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, введен блок определения направления движения, а блок питания и задающий генератор снабжены дополнительным выходом каждый, блок питания выполнен в виде задатчика тока, блока умножения и усилителя, выход задатчика тока соединен с входом блока умножения и образует дополнительный выход блока питания, связанный с первым входом элемента сравнения, выход блока умножения соединен с входом усилителя, выход которого образует выход блока питания, второй вход элемента сравнения соединен с выходом блока определения направления движения, первый вход которого соединен с 5 дополнительным выходом задающего генератора, а второй вход - с выходом формирователя коротких импульсов.

2. Электропривод по п. 1,отличаю-.

0 щ и и с я тем, что блок определения направления движения содержит генератор синхронизации, двухканальный ключ с четырьмя входами, элемент согласования с тремя входами, реверсивный счетчик, логический эле5 мент ИЛИ, первый и второй входы двухканального ключа образуют первый и второй входы блока определения направления движения, выход генератора синхронизации соединен с третьим входом

0 двухканального ключа и первым входом элемента согласования, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами двухканального ключа, выходы элемента согласования соединены с входами

5 реверсивного счетчика, выходы которого соединены соответственно с входами логического элемента ИЛИ и образуют выход, блока определения направления движения, а выход логического элемента ИЛИ соеди0 нен с четвертым входом двухканального ключа,.

1836804

Риг.2

Использование: в электроприводах с частотно-токовым управлением. Сущность изобретения: устройство содержит двигатель, ротор которого механически соединен с ротором фазовращателя, задающий генератор, фазочувствительный выпрямитель, делитель частоты, блок питания, элемент сравнения, блок определения направления движения, за счет чего и расширяется область применения. 4 ил.

Фиг.З

22