Електропривод з частотно-струмовим керуванням

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах переменного тока с частотно-токовым управлением, в частности в линейном электроприводе. Наиболее близким к предлагаемому является 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 фазочувствительного выпрямителя, второй вход которого соединен с выходом делителя частоты, выход фазовращателя соединен с входом формирователя коротких импульсов, выход которого соединен с первым входом делителя частоты, выход фазочувстви тельного выпрямителя соединен с входом блока питания, выводы фазных обмоток двигателя подключены к выходу блока питания, выход элемента сравнения соединен со вторым входом делителя частоты, при этом первый вход элемента сравнения подключен к выходу вспомогательного датчика положения, ротор которого механически соединен с ротором двигателя, а второй вход - к выходу фазочувствительного выпрямителя [1]. Недостатком известного электропривода является невозможность управления двигателем, на валу которого не допустима установка вспомогательного датчика положения. Задача изобретения состоит в усовершенствовании электропривода с частотно-токовым управлением путем использования фазовращателя, имеющего коэффициент электрической редукции больше коэффициента электрической редукции синхронного двигателя, что расширяет область применения электропривода за счет обеспечения управления двигателем, на валу которого недопустима установка вспомогательного датчика положения. Поставленная задача достигается тем, что в электропривод с частотно-токовым управлением, содержащий синхронный двигатель, ротор которого механически соединен с ротором фазовращателя, вход фазовращателя соединен с первым выходом задающегогенератора, второй вход которого соединен с первым входом фазочувствительного выпрямителя, второй вход которого соединен с выходом делителя частоты, выход фазовращателя соединен с входом формирователя коротких импульсов, выход которого соединен с первым входом делителя частоты, выход фазочувстви тельного выпрямителя соединен с входом блока питания, выводы фазных обмоток двигателя подключены к выходу блока питания, выход элемента сравнения соединен со вторым входом делителя частоты, согласно изобретению, дополнительно 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 первым входом блока умножения и образует дополнительный выход, блок питания связанный с первым входом элемента сравнения, выход блока умножения соединен со входом усилителя, выход которого образует выход блока питания, второй вход элемента сравнения соединен с выходом блока определения направления движения, первый вход которого соединен с дополнительным выходом задающего генератора, второй вход блока определения направления движения соединен с выходом формирователя коротких импульсов. При этом блок определения направления движения снабжен генератором синхронизации, двухканальным ключом с четырьмя входами, элементом согласования с тремя входами, реверсивным счетчиком и элементом ИЛИ, причем первый и второй входы двухканального ключа образуют первый и второй входы блока определения направления движения, выход генератора синхронизации соединен с третьим входом двухканального ключа и первым входом элемента согласования, второй и третий входы которого соединены с выходами двухканального ключа, выходы элемента согласования соединены с входами реверсивного счетчика, выходы которого соединены с входами элемента ИЛИ и образуют вы ход блока определения направления движения, а выход элемента ИЛИ соединен с четвертым входом двухканального ключа. 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 6 частоты, подключенный первым входом к выходу формирователя 4 коротким 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 вы ходом - 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, входом которого является второй вход блока 11 умножения. Выход блока 11 умножения соединен с входом усилителя 12, выход которого образует вы ход блокаб питания. Блок 9 определения направления движения содержит генератор 13 синхронизации, двухканальный ключ 14, элемент 15 согласования, реверсивный счетчик 16 и 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 согласования 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 21 подключен информационным входом D к прямому выходу компаратора 20, 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 выборкихранения, 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 цифроаналоговых преобразователей. Электропривод работает следующим образом. В качестве синхронного двигателя 1 рассматривают линейный индукторный двигательх возбуждением от постоянных магнитов, а в качестве фазовращателя 2 - датчик индуктивных 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 IA=K1 . F . V A; Iв=K1 . F . Vв, (1) где VA=K2 .·sin j ; VВ=K 2 . cos j (2) - опорные сигналы управления синхронным двигателем, 2p j= Х t дв - аргумент, определяющий положение подвижного элемента двигателя вдоль направления движения χ. t дв - шаг зубцовой зоны двигателя, F - задание требуемой силы тяги, Κ1, Κ 2 - 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 VA, VB. Задатчик 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 ω: VS=К 3 . ·sin ω t, VC=К3 . cos ω t, (4) где К3 - постоянная величина. На второй вход блока 7 приходит последовательность коротких импульсов, которую формируют следующим образом. Входную цепь фазовращателя 2 запитывают синусоидальным напряжением с частотой 2ω. С выхода фазовращателя 2 снимают напряжение где j= 2p Х t дв - аргумент, определяющий положение подвижного элемента фазовращателя вдоль направления движения χ, t дат - шаг печатных обмоток фазовращателя, К4 - постоянная величина. Поскольку t дв =2 t дат , то с учетом (3) выходной сигнал фазовращателя 2 преобразуют к виду: Формирователь 4 преобразует выходной сигнал фазовращателя 2 в последовательность коротких импульсов. Эти импульсы вырабатываются в моменты смены знака входного сигнала формирователя 4 с отрицательного на положительный. Согласно (5) короткие импульсы формируются в моменты времени Сформированные импульсы поступают на первый вход управляемого делителя 6 частоты, выходной сигнал которого является вторым входным сигналом фазочувствительного выпрямителя 7. Делитель 6 частоты уменьшает частоту следования входных импульсов в два раза. С выхода делителя 6 частоты снимают импульсы в моменты времени или в моменты времени 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 двигателя 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, а с 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 π . 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, следующи х с часто тами входного и вы ходного сигналов фазовращателя 2. В исходном состоянии двухканальный 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 входного напряжения, а при движении в другом направлении - уменьшается, то по истечении некоторого времени, в зависимости от направления движения, сформируется импульс на выходе переноса или на выходе заема реверсивного счетчика 16. Этот импульс, определяющий направление движения, поступает на выход блока 9, а также черезЭлемент 17 ИЛИ закрывает двухканальный ключ 14, тем самым блокирует дальнейшее функционирование блока 9. Для исключения сбоя в работе реверсивного счетчика 16 при одновременном приходе импульсов на входы блока 9 предусматривают разнесение во времени входных импульсов реверсивного счетчика 16 с помощью элемента 15 согласования и генератора 13 синхронизации. Элемент 5 сравнения работает следующим образом. В исходном состоянии выходной сигнал элемента 5 сравнения соответствует логическому нулю. Сигнал, приходящий от задатчика 10 тока, преобразуется компаратором 20 в логический сигнал, который определяет заданное начальное направление движения подвижного элемента двигателя. При совпадении заданного и действительного направлений движения выходной сигнал элемента 5 сравнения остается нулевым. 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 элемента 5 сравнения сформируется сигнал, соответствующий логической единице. Таким образом, предлагаемый электропривод позволяет управлять синхронным двигателем с использованием фазовращателя, у которого коэффициент электрической редукции больше коэффициента электрической редукции синхронного двигателя. В предлагаемом электроприводе, в отличие от известного, опорные сигналы управления синхронным двигателем вырабатывают без использования вспомогательного датчика положения. Это расширяет область применения электропривода за счет обеспечения возможности управления двигателем, на валу которого не допустима установка вспомогательного датчика положения.