Устройство для формирования фазных сигналов обратной связи по току в электроприводе переменного тока (его варианты) Советский патент 1982 года по МПК H02P5/34 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам управления электроприводами переменного тока, и может быть использовано, например, для формирования фазных сигналов oбpaт oй связи по току при частотно-токовом управлении.

Известно устройство для формирования сигналов обратной связи по току в электроприводе переменного тока, содержащее в каждой фазе измерительгные трансформаторы тока 1.

Недостатком такого устройства яв-. ляется ограниченный частотный диапазон измеряемых токов.

Наиболее близким к изобретению - является устройство для формирования фазных сигналов обратной связи по току в электроприводе переменного то.ка, содержащее в каждой фазе магнитный усилитель с измерительной обмоткой, обмоткой смещения и четырьмя дроссельными обмотками, связанными с источником переменного напряжения, выходная обмотка которого имеет среднюю точку, и двумя диодными цепями, общая точка которых соединена со входом операционного усилителя, а через нагрузочный резистор - с общей точкой устройства, при этом обмотки

смещения в соединены последовательно и подключены через управляемый источник постоянного тока к задатчику токв, и вторая дроссельные обмоткижключешл встречно началами, конец первоЯ соединен с одним из выводов выяоямой обмотки источника переменнокю напряжения, а конец второй - с пвр&оЛ диодной цепью 2.

10

K33eovtK m устройство может функционировать в шмрокст диапазоне частот, однако царакторизуется конструктивной слсм ицвстыо, .определенной применением фчамшс реверсивных магнит15ных ycHJHrtlM f каждый из которых выполнен H«t четырех магнитопроводах и содержит «юстовые схемы выпрямления с большим числом вьтрямительных элементов.

20

Целью иэовретения является упрощение устройства за счет использования в простых нереверсивных магнитных усилителей.

Указанная цель достигается тем, 25 что устройСгаб для формирования фазных сигналов обратной связи по току в 3 иг If т11ОП 1Юф.цг переменного тока снабжено блоивм °сш«4етрирования с двумя вкодаавИ к фазными выходами, а 30 магнитный уояАитель в каждой фазе

выполнен на двух магнитопроводах, на первом из которых размещены первая и третья, а на втором - вторая и четвертая дроссельные обмотки,третья и четвертая дроссельные обмотки включены встречно концами, начало третьей соединено со вторым выводом выходной обмотки источника переменного напряжения, начало четвертой - со второй диодной цепью, причем каждая из диодных цепей составлена из одного диода а к обшей точке диодных цепей диоды подключены однополярными вьюодами, при этом, входы фазных операционных усилителей соединены с фазными выходами блока симметрирования, nep-i вый вход которого подключен к средней точке выходной обмотки источника переменного напряжения, второй - к общей точке устройства, а блок симметрирований состоит из резистора обратной связи, подключенного между его входами, и симметрирующих резисторов , подключенных между его первым входом и фазными выходами.

Согласно второму варианту выполнения устройства оно снабжено блоком симметрирования с фазными входами и выходами и входом смещения, а магнитный усилитель в каждой фазе выполнен на двух магнитопроводах, на первом из которых размещены первая и третья, а на втором - вторая и четвертая дроссельные обмотки, третья и четвертая дроссельные обмотки включены встречно концами, начало третьей соединено со вторым выводом выходной обмотки источника переменного напряжения, начало четвертой со второй диодной цепью, причем каждая из диодных цепей составлена из одного диода, а к общей точке диодных цепей диоды подключены однополярными выводами, при этом выход задатчика тока подключен к входу смещения блока симметрирования, фазные входы которого подключены к выходам фазньйс операционных усилителей, фазные выходы - к входс1м этих операционных усилителей, а блок симметрирования состоит из резистора смещения и фазных цепей, содержащих по два последовательно включенных симметрирующих резистора,.крайними точками подключенных между соответствующими его фазными входами и выходами , а средними точками через резистор смещения - к его входу смещения .

На фиг. 1 и 2 представлены электрические схемы вариантов устройства для формирования фазных сигналов обратной связи по току.

Устройство содержит фазные нереверсивные магнитные усилители 1-3 с дроссельными обмотками 4-6, обмотками 7-9 смещения, измерительными

обмотками 10-12. Дроссельные обмотки 4-6 через диоды 13-15 подключены к соответствующим резисторам 1618 нагрузки, а также к источнику 19 переменного напряжения с выходной обмоткой 20. Обмотки 7-9 смещения соединены последовательно и подключены к средней точке выходной обмотки 20 источника переменного напряжения, а также к управляемому источнику 21 постоянного тока, вьшолненному в виде магнитного усилителя с дроссельными обмотками 22, обмоткой 23 управления, диодами 24 и токозадаю щим резистором 25. Источник 21 постоянного тока содержит также дроссель 16. Обмотка 23 управления через резистор 25 подключена к выходам задатчика 27 тока. Выходы магнитных усилителей 1-3 через резисторы 2830 подключены к инвертирующим входам операционных усилителей 31-33, в обратных цепях которых включены резисторы 34-36. Неинвертирующие входы операционных усилителей 31-33, вывод резисторов 16-18 нагрузки и один из выходов задатчика 27 тока соединены с общей точкой 37 устройства.

Устройство в первом варианте (фиг. 1) содержит блок 38 симметриро вания с входами 39-40 и фазными выходами 41-43. Блок 38 симметрирования содержит резистор 44 обратной связи, включенный между входами 39, 40, и симметрирующие резисторы 45-47, включенные между входом 39 и фазными выходами 41-43. Вход 39 блока симметрирования соединен со средней точкой выходной обмотки 20 источника переменого напряжения, а вход 40 - с общей точкой 37 устройства.

Устройство во вторьлм варианте (фиг. 2) содержит блок 38 симметрирования с входом 48 смещения, фазными входами 49-51 и фазными выходами 5254. Выход задатчика 27 тока подключе ко входу 48 смещения блока 38 симметрирования, фазные входы 49-51 которого соединены с.выходами операционных усилителей 31-33, а фазные выходы 52-54 - с входами этих же усилителей Блок 38 симметрирования состоит из резистора 55 смещения и фазных цепей содержащих по два последовательно включенных симметрирующих резистора 56 и 57, 58 и 59, 60 и 61. Крайние точки резисторных цепей 56 и 57, 58 и 59, 60 и 61 подключены между выходами и входами 52 и 49, 53 и 50, 54 и 51 блока 38 силФ1етрирования соотвественно. Средние точки указанных резисторных цепей объединены и через резистор 55 смещения подключены к входу 48 смещения блока 38 симметрирования .

Устройство, показанное на фиг.1, работает следующим образом.

Измеряемые фазные токи Q , . , З. протекают по обмоткам 10-12 магнитных усилителей 1-3. По обмоткам 7-9 смещения протекает ток J, поступающий с выхода управляемого источника 21 тока и определяемый величиной напряжения U(j, на выходе задатчика 27 тока. В устройстве необходимо выполнять условие

(1)

см см - MaKcWr,)

где - максимальное амплитудное значение измеряемых токов i

числа витков обмоток смещения 7-9 и измерительных обмоток 10-12 соответственно.

Величины резисторов 16-18 составляют ft , а резисторов 28-30 - Rj/ причем их величины выбираЬт из условия

2)

R 2 R

На примере .одной фазы покажем, каким образом на, выходе операционного усилителя 31 формируется фазный сигнал Ug,,. соответствующий измеряемому фазному току 3.

Фазный сигнал U с. учетом услов1Гя (2) записывается

(3)

а

ч-мй

1где ток Дцй в резисторе 16 нагрузки определяется по выражению

см -, и т ,.,

..+ «;--Jri I ()

см

где число витков в дроссельных обмотках 4 магнитного усилителя 1.

Как видно из выражений (3) и {4) в фазном сигнале U содержатся составляющие , пропорциональные как измеряемому фазному току DCI и ° стрянному току смещения Зсм

С помощью введенного в устройство блока 38 симметрирования решается -задача измерения составляющей, пропорциональной току 3см смещения, и формирования соответствующего сигнала компенсации. Величина резистора 44 обратной связи в блоке 33 симметрирования выбирается равной . При этом ток Зое в резисторе 44, как это следует из схемы на фиг. 1, записывается.

(5)

-I- 3

+ Знь

Зое «а

но

де Знъ .3 - токи в резисторах 17, 18 нагрузки, выражения для которых аналогичны выражению (4). С учётом выражений (4) и (5) получаем

).(1

Так как для трехфазной системы ..токов 1, Ъ справедливо „ + + ь 3 О, то из выражения (6) получаем ток loc обратной связи

WCM

«T -JCM-

АР

Сигнал DOC в блоке 38 симметрирования в соответствии с выражением (7) и выбранной величиной резистЬра 44 записывается

11 -о Jll л

.(8)

др С«

При выборе величин симметрирующих резисторов 45-47, равных величинам резисторов 28-30, т.е. Rj Фаз.чый сигнал UQ на выходе усилителя 20 1Л определяется выражением

« -|f-K Uo,)

25 .или с учетом выражений v3), (4), (8)

/R R- хм„ А п -J 1 э -, (о,

АР

где R - величина -резистора 34 обратной связи усилителя 31.

35 Из выражения (9) следует, что сигщал Ud на выходе усилителя 31 соответствует измеряемому току За Выражения для фазных сигналов U(j, U. аналогичны выражению (9).

40 В устройстве, показанном на фиг.1, точность компенсирования составляющей , пропорциональной току смещения Зс(«/ а следовательно, и точность выполнения соотношения (9) не зави 15 сят от погрешностей задания тока смещения источником 21 управляемого тока, так как сигнал компенсирования DOC г формируелвлй в блоке симметрирования, всегда соответствует реальному току смещения, протекающему в

Обмотках 7-9 магнитных усилителей.

В устройстве, показанном на фиг. 2, для компенсирования составляющей, пропорциональной току смещения Зсм используется напряжение Кем

на Выходе задатчика 27 тока, определяющего величину тока 3см на выходе источника 21 тока. Погрешности задания тока 3см в указанной схеме ком пенсируются введением отрицательной

обратной связи по постоянной состав;ляющей, охватывающей операционные усилители 31-33 и состоящей из резисторов 56-61.

Напряжение UCM поступает на вход |

48 смещения блока 38 симметрирования.

Как следует из схемы на фиг. 2, фазный сигнал Ug на выходе операционного усилителя 31 может быть записан

(10),

Uc,- ;-и„

R4 -величина симметрирующих ре зисторов 56-61, выбираемая равной величине резистора . 55 смещения; -напряжение в обцей точке резисторов 56-61 в блоке 38 симметрирования, определяемое выражением ,. Подставляя выражения (3),(4),Щ) в выражение (10) находим,что фазный сигнал иа срответствуё измеряемому току Зс( по выражению (9), если напр жение на выходе задатчика 27 то «а выбирается по условию , W p-CNV К„ При выполнении условия (12) выра жения для фазных сигналов УЬ. с также аналогичны выражению (9). в устройстве, показанном на фиг. 2, средняя точка выходной обмо ки 20 источника переменного напряже ния соединена с общей точкой 37 уст ройства. Это обуславливает более высокую помехоустойчивость схемы в сравнении со схемой на фиг. 1, а та же возможность использования одной выходной обмотки 20 при формировани сигналов обратной связи по току в нескольких трехфазных цепях. Таким образом, в устройстве, варианты которого представлены на фиг. 1, 2, обеспечивается получение выходных фазных сигналов Кд, U, Uj-, соответствующих измеряемым тока 1с -Ъ- с При этом выполнйется компенсирование содержащихся з сигнала а ъ и с. составляющих, пропорциональных току смещения ЗСРА С учетом указанной компенсации и при выборе величины тока 3(,л большей максимального амплитудного знач ния измеряемых токов по условию (1) измерение разнополярных токов Зд,0 достигается при использовании не реверсивных магнитных усилителей в каждой фазе, имеющих более простую конструкцию в сравнении с реверсивными магнитными усилителями, исполь .зуемьзми в известном устройстве.При этом число требуемых магнитных сердечников сокращается вдвое, а число полупроводниковых элементов (диодов) - в пять раз.

Предлагаемое устройство в отличие от известного является более простым в реализации, а также имеет меньший вес и габариты. Формула изобретения 1.Устройство для формирования фазных сигналов обратной связи по току в электроприводе переменного тока, содержащее в каждой фазе магнитный усилитель с измерительной обмоткой , обмотко й смещения и четырьмя дроссельными обмотками, связанными с 1СТОЧНИКОМ переменного напряжения, выходная обмотка которого имеет среднюю точку,и двумя диодными цепяпи, общая точка которых соединена со входом операционного усилителя, а через нагрузочный резистор - с общей точкой устройства, при этом обмотки смещения в фазах соединены последовательно и подключены через управляемый источник постоянного тока к задатчику тока, первая и вторая дроссельные обмотки включены встречно началами, конец первой соединен с одним из выводов выходной обмотки источника переменного напряжения, а конец второй - с первой диодной цепью отличающеес я тем. Что, с целью упрощения, снабжено блоком симметрирования с двумя,входами и фазными выходами, амагнитный усилитель в каждой фазе выполнен на двух магнитопроводах, на первом из которых размещены первая и третья, а на втором - вторая и четвертая дроссельные обмотки, третья и четвертая дроссельные обмотки включены.встречно концами, начало третьей соединено со вторым выводом выходной обмотки источника Переменного напряжения, начало четвертой - со второй диодной цепью, причем каждая из диодных цепей составлена из одного диода, а к общей точке диодных цепей диоды подключены однополярными выводами, при это входы фазных операционных усилителей соединены с фазными выходами блока симметрирования,, первый вход которого подключен к средней точке выходной обмотки источника переменного напряжения, второй - к общей точке устройства, а блок симметрирования состоит из резистора обратной связи, подключенного между его входами, и симметрирующих резисторов, подключенных между его первым входом и фазными выходами. 2.Устройство для формирования фазных сигналов обратной связи по току в электроприводе переменного тока, содержащее в каждой фазе магнитный усилитель с измерительной обмоткой, обмоткой смещения и четырьмя

дроссельньлми обмотками, связанными с исгочником переменного напряжения, выходная обмотка которого имеет среднюю точку, и двумя диодными цепйми, общая точка которых соединена со входом операционного усилителя, а через нагрузочный резистор - с общей точкой устройства, при этом обмотки смещения в фазах соединены последовательно и подключены через управляемый источник постоянного тока к задатчику тока, первая и вторая дроссельные обмотки включены встречно началами, конец первой соединен с одним из выводов выходной обмотки источника-переменного налряжения, а конец второй - с первой диодной

цепью, отличающееся тем, что, с целью упрощения, устройство

. сна бжено блоком.симметрирования с фазными входами и выходами и входом смещения, а магнитный усилитель в каждой фазе выполнен на двухч магнитопроводах, на первом из которых . размещены первая и третья, а на втором - вторая и четвертая дроссельные обмотки, третья и четвертая дроссельные обмотки включены встречно концами, начало третьей соединено со вторым выводом выходной обмотки источника переменного напряжения, начало четвертой - со второй диодной цепью, причем каждая из диодных цепей составлена из одного диода, а к общей точке диодных цепей диоды

подключены однополярными выводами, при этом выход задатчика тока подключен к входу смещения блока симметрирования, фазные входы которого подключены к выходам фазных операционных

усилителей,фазные выходы - к входам этих операционных усилителей,а блок симметрирювания состоит из резистора смещения и фазных цепей, содержащих по два последовательно включенных

симметрирующих резистора, крайними

точками подключенных между соответствующими его фазными входами и выходами, а средними точками через резистор смещения - к его входу смещения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Красовский А.П. и др. Автоматическое управление асинхронными двигателями, Киев Техника, 1964, с. 22.

2.Бродовский В.Н.,Иванов E.G. Пpивo 5Ы с частотно-токовым управлением.М., Эн.ергия, 1974, с. 107.

9иг.2