Устройство для управления машинной коммутацией вентильного двигателя Советский патент 1979 года по МПК H02K29/00 H02P7/62 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МАШИННОЙ КОММУТАЦИЕЙ ВЕНТИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке схем управления вентильными двигателями. Известны устройства, используемые для регулирования угла опережения открьтгия тиристоров вентильного двигателя 1. Известно также устройство.содержащее датчи режима работь, соединенный через функциональный преобразователь с входом регулятор угла опережения, выполненного на магнитнонакопительном злементе, содержащем цепь управления, цепь синхронизации, цепь питания и выходную цепь, соединенную с управляющим цепями СИЛОВЫХ ключей преобразователя часTOTbi Z. Недостатком известных устройств является независимость регулирующего воздействия от результата работы системы управления. Из-за неточности воспроизведения отдельными блокам необходимых законов регулирования это приво дит к появлению ошибки, что требует дополни тельного увеличения угла запаса, что в свою очередь приводит к снижению вращающегося момента и знергетических показателей. Кроме того, в известном устройстве регули рование угла опережения производится ивдивидуально в канале каждого гтеча преобразователя, что связано с необходимостью, при принятом принципе регулирования, иметь информацию о нагрузке в каждом из указанных каналов: Это усложняет систему управления и при несимметрии характеристик разных каналов является источником дополнительных погрешностей. Целью изобретения создание замкнутой системы регулирования с обратной связью по значению регулируемой величины, в которой ЧИСЛО регуляторов угла опережения меньше числа плеч преобразовательной установки,,что приведет к повышению энергетических показателей привода и улучшению использования вентильного двигателя. Для зтого в устройстве, содержащем датчик режима работы., соединенный через функциональный преобразователь со входом регулятора угла опережения, выполненного на магнитно-накопительном элементе, содержащем епь управления, цепь синхронизации, цепь пиания и выходную цепь, соединенную с правляющими цепями силовых ключей реобразователя частоты, задатВ1к режима 370 сСДермотт блок измерения угла запаса коммутации и блок измерения фазы ЭДС вентильного двигателя, а функциональный преобразователь содержит преобразователь частота-напряжение и множительное устройство/ причем вход преобразователя частота-напряжение и цепи синхронизации магнит но-накопительного элемента соед1шены с выходом блока измерения фазы ЭДС, выход преобразователя частота-напряжение соединен с первым входом множительного устройства и с цепью питания магни±но-накопительного элемента, второй вход множительного устройства соединен с измерителем угла запаса, а выход - с цепью управления магнитно-накопительного элемента, измеритель угла запаса соединен со входом множительного устройства через сумматор, второй вход которого соедине с задатчшсом угла запаса. На фигЛ представлено предлагаемое устройство, блочно-функциональная схема; на фиг.2-3 - один из возможных вариантов прИБципиальной схемы одного из его каналов. Дрзтие каналы устройства выполнены аналогич но. ; : . ,. Устройство содержит датчик 4 фазы ЭДС, измеритель 2 истинного значения yrnos запаса, задатчик 3 независимого значения углов запаса, преобразователь 4 частота-напряжение множащее устройство 5, регулятор 6 угла опережения, сумматор 7, усилительно-коммутирующее устройство 8, на которое также поступаю сигналы с блоков системы управления, не относящихся к предлагаемому устройству. Усилительно-коммутирующее устройство подключено непосредственно к управляющим электродам преобразователя 9 частоты и числа фаз дветателя. Сигналы с датчика 1 ЭДС имеют форм прямоугольных импульсов длительностью 120 эл.град., сдвинутых каждый относительн соседнего на 60 эл.град. Передний фронт си налов соответствует моменту равенства ком мутирзтощих фазных ЭДС двигателя. Измеритель 2 истинного значения углов запаса по своему функциональному назначению является датчиком нагрузки двигателя Напряжение на выходе этого блока пропорционально среднему значению углов запаса Q инвертора ве1ггильного двигателя. Число усред няемых углов запаса определяет, в .частности, быстродействие системы по каналу спежения за нагрузкой. Уровень напряжения на выходе задатянка 3 величины углов запаса соответствует в масшта бе выходных напряжений блока 2 среднему значению угла запаса do,, необходимого для конкретных условий работы вентильного двигателя. Этот уровень может либо оставатьс неизменным, и тогда устройство управления машинной коммутацией будет осуществлять регулирование на постоянство среднего значе 4 нш угла запаса, либо меняться в соответствии с условиями работы двигателя вруигую или по заданной программе. Выходные сигналы с блоков 2 и 3 поступают на сумматор 7, выделяющий величину рассогласования между заданным dj и истинным значениями угла запаса. Преобразователь -4 представляет собой устройство, уровень напряжения на выходе которого линейно зависит от частоты поступающих на его вход сигналов с датчиков ЭДС, т.е. от скорости вращения двигателя. Выходные напряжения с сумматора и преобразователя подаются на вход множащего устройства 5, уровень напряжения на выходе которого пропорционален произведению скорости двигателя Пдв на величину, рассогласования (§з-6дв). Регулятор 6 углов опережения представляет собой фазосмещающее устройство, выходной импульс которого опережает момент равенства коммутирующих фазных ЭДС двигателя на угол эл.град., пропорциональный нагрузке двигателя. Специфической особенностью применения такого устройства в системе управления машинной коммутацией вентильного двигателя является щирокий диапазон рабочих частот. Начало каждого цикла отработки регулятором 6 решения на выдачу определяемого нагрузкой значения угла опережения соответствует моменту подачи очередного сигнала с датчшса 1 фазы ЭДС. Время же, в течение которого регулятор должен сработать, т.е. времетшая развертка процессов в этом регуляторе меняется с изменением частоты ЭДС двигателя. Этим обстоятельствам обусловлено введение в регулятор сигнала, пропорционального скорости двигателя, с блока 4, а также приведение сигнала о нагрузке к масщтабу, этой .скорости, что осуществляется множащим устройством 5. Число каналов в регуляторе 6 определяется его конкретньш схемным решением и требованиями, предъявляемыми к качеству регулирования. Наличие в устройстве отдельного блока 2, фиксирующего величину нагрузки двигателя, позволяет сократить количество каналов регулятора до одного двух, что существенно упрощает устройство в целом и повыщает точность его работы. При этом запуск регулятора осуществл с-тся от датчика фазы ЭДС, так как частота запуска регулятора должна быть равна f .Ь. , Т per- к где fflB - частота сигнала с датчика фазы ЭДС К - число каналов в регуляторе 6. Функции распределения сигналов управления машинной коммутацией по фазам преобразователя, формирование сигналов сетевой коммутации и их усиление выполняет j cipoH ство 8, связывающее устройство управления машинной коммутацией и преобразовательную установку, но являющуюся предметом предполагаемого изобретения. Принципиальная схема, представленная на фиг .2-3, является вариантом, иллюстрируто цдам двухканальное исполнение регулятора угла опережения. Сигналы с датчиков фазы ЭДС дифференцируются ПС-цепочками 10 на входе преобразователя 4. Выделяющиеся на сопротивлении 11 дифференцирова1П1ые импул сы запускают одновибратор на транзисторах 12-13, длительность импульсов которого выби ется меньшей или равной 1штервалу между с налами с датчиков соседних каналов на максимальной скорости двигателя. Импульсы одноЕибратора трансфирмгтруют обмоткой 14 трансформатора 15 и феднее значение напряжения на сопротивлении 16 равно: Р .О где А - амплитуда импульсов; Pg- число пульсаций тока за период ЭДС двигателя; Г число пар полюсов двигателя; Пд скорость двигателя; фильтруется конденсатором 17, т.е. на выход преобразователя 4 вырабатывается постоянное напряжение, вeличJffla которого линейно зависит от скорости вращения двигателя. Это нап жение по цепи питания (б) поступает на обмо ки записи 18 и считывания 19 с)шмирующих преобразователей регзлятора 6. Измеритель 2 углов запаса представляет собой бвстабильный триггер на транзисторах 20-21. Импульс на закрытие транзистора 20 поступает в момент окончания каждой комму тации через трансформатор 22 с датчика длительности углов коммутации на транзисторе 2 сигнал на закрытие транзистора 21 через обм ку 24 трансформатора 15 с блока частотноамплитудного преобразователя 4. Сигнал на закрытие транзистора 2} может быть получен и непосредственно с датчиков ЭДС,и блок 4 используется в данном случае не по своему функииональному назначению, а лишь как сог ласуюощй усилитель. Кроме toro, измеритель углов sanaia мож совсем не использовать сигналы с датчиков ЭДС, а быть выполнен, например, на принщш датчика о состоянии проводимое™ плеч преобразовательной установки двигателя. По сопротивлению 25 протекают импульсы ток длительностью 5да(с), среднее значение напряжения на этом сопротивлении: гдеА- - амплитуда коллекторного тока транзистора 21; 66 fд„ частота двигагетя; АИ,, запаса (с). Так как длительность угла запаса в электрических градусах равна 2LTC ДВ т.е. среднее значение натфяжения на согфотивлении 25 пропорционально величине угла запаса в электрических градусах и не,зависит от скорости. Это напряжение вычитается из напряжения, задаваемого задатчтсом; 3 ,угла паса 6з и поступает на вход множительного устройства 5.. Множительное устройство 5 состоит из переключателя на транзисторах 26 и 27 равного типа проводимости и реверсивного магнитного усилителя. Открьгеающие импульсы на транзисторы 26-27 поступают с частотой fflg, длительность их неизменна и равна Тц. Коллекторное напряжение транзисторов 26 и 27 равно () При импульсы тока на сопротивление, 28 проходят через транзистор 27, цри - через транзистор 26. Среднее значение напряжения на сопротивлешт 28 рав но:ср--Ч« - дв т.е. прерыватель осуществляет перемножение скорости двигателя на величину рассогласования между заданным и истинным значениями углов запаса. Для гальванической развязки цепей множащего устройства и сумм1фующего преобразователя, их согласования и усиления сигнала исполозуется реверсивный магаитный усилитель, выполненный на усилителях 29 и 30. Выходное напряжение усилителя, пропорциональное (5з-5дв)П, сштмается с RC-ячейки 31 и подается по цепи управления (в) на обмотки 32 обратной связи суммирующих прсобразовагелей регулятора 6. Работа этих преобразователей идентична, лищь цикл процессов в каждом из них сдвинут на 60 эл.град. относительно Соседнего. В момент снятия сигнала с запускающего входа преобразователя открывающие С 1гналы подаются на транзисторы 33-35 и начинается процесс размагничивания сердешгака 36 мапштно-накопительного счетчика от исходного состошшя, при котором индукция в его ердечн{псе с прямоугольной петлей гистерезиса авна индукции насьодения (-Bs). Намагничиваие происходит под действием двух нарастающих сил (НС) обмотки 18 записи, к которой риложено напряжение неизменного знака , стремящееся перемагнитить сердечник от -BS до +BS, и обмотки 32 обратной

спязи, к которой приложено напряжение иъу К э (SY t5двVvi при d -бдь О НС обмотки 32 действует согласно ПС обмотки 18 при 5з-5дв 0 встречно. Процесс намагничивания происходит до момента.поступления импульса на запускающий вход преобразователя. Для того, чтобы во всем диапазоне скоростей двигателя величина записанного в сердечнике 36 потока за период намагничивания находилась на линейной части его характеристики, напряжения, осуществляющие намагничивания сердечника, линейно меняются со скоростью.

Величина потока записанного в сердечнике счетчика; по истечении Т„ равна:

и

-ife

Т

г.

NOy

ч

18

5Z

зУв()

Ч

у

г 2.

После поступления на запускающий вход преобразователя сигнала с дачтика фазы ЭДС по цепи синхронизации (а), открываются транзисторы 37-38 и начинается процесс размагничивания сердечника до индукции -Eg под действием НС обмотки 19. Число витков этой обмотки выбирается таким образом, чтобы длительность размагничивания сердечника бьша меньше интервала эл.град. между соседними сигналами с датчиков ЭДС на величину угла опережения |3 . Из равенства записанного и считанного потоков:

Ч

-18

Э2

. . ч:.

XW

-19. угол опережения равен:

ПЪ

ЬЛс

1 Тс4-Т.

(С

С4 3 У ,32

.

Следовательно, угол опережения регулируется пропорционально величине рассогласования между заданным и истинным значениями угла запаса. Выходной сигнал регулятора снимается через схему совпадений и коллекторов транзисторов 39 всех каналов регулятора, которце открыты во время размагничивания сердечников 36 регуляторов к состоянию - считыиапис , а закрыты при намагничивании этих средечников запись, и в гечение времени, соответствующего углу опережения, т.е. от момента иасьицения сердечника до начала записи При двухканальном исполнении регулятора период записи равен периоду считывания, и когда в одном канале регулятора происходит запись, в другом его канале происходит считывание.-Таким образом, сигнал на выход схемы совпадения будет возникать лищь в течение интервала, соответствующего углу /3, когда транзистор 39 из каналов закрыт.

Формула изобретения

I. Устройство для управления мащшгаой коммутацией вентильного двигателя, содержащее датчик режима работы, соединенный через функциональный преобразователь со входом . регулятора угла опережения, выполненного на магнитно-накопительном элементе, содержащем цепь управления, цепь синхронизации, цень питания и выходную цепь, соединенную с управляющими цепями силовых ключей преобразователя частоты, ; отличающееся; тем, что, с целью повышения энергетических показателей и лучшего использования мощности двигателя, датчик режима содержит блок измерения угла запаса коммутации и блок измерения фазы ЭДС вентильного двигателя, а функ0 цйональный преобразователь содержит преоб- . разователь частота-напряжение и множительное устройство, причем вход преобразователя частота- нанряжение и вход цепи синхронизации магнитно-накопительного элемента соединены с выходом блока измерения фазы ЭДС, выход преобразователя частота-напряжение соединен с первым входом множительного устройства и с цепью ннтания магнитно-нако пительногр элемента,,второй вход множительного устройства соединен с измерителем угла 0 запаса, а выход - с цепью управления магнитно-накопительного элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Фиг.З