Електропривод змінного струму

Электропривод переменного тока, со держащий синхронный электродвигатель, на валу которого установлен синусно-косинусный вращающийся трансформатор, входная обмотка которого подключена к вы ходу генератора опорной частоты, преобра зователь частоты, выходами соединенный с фазными выводами якорной обмотки синх ронного электродвигателя, одним управля ющим вхо/юм - с выходом первого блока управления, вторым управляющим входом с выходом регулятора частоты вращения, Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводам переменного тока, построенным на основе синхронных двигателей, и может быть использовано в электроприводах станков, промышленных входы которого подключены к выходам задатчика и датчика частоты вращения, который снабжен формирователем импульсов с одним входом и двумя выходами, вход которого образует вход датчика частоты вращения , и инт егр ато ром со сб р осом , управляющий вход которого соединен с одним выходом формирователя импульсов, о т~ личающийся тем, что генератор опорной частоты снабжен вторым выходом, а синусно-косинусный вращающийся трансформато р - вт о ро й вх од но й о бм о тк ой , подключенной к второму выходу упомянутого генератора, выходная обмотка указанного в ращ аю щ егося тр ансф ормат ор а соединена с входами первого блока управления и датчика частоты вращения, который дополнительно снабжен трехвходовым детермина.ором длительности импульсов, первым и вторым входами подключенным к выходам формирователя импульсов, пороговым элементом и вторым интегратором, выход которого образует выход датчика частоты вращения и включенным между выходом упомянутого детерминатора и входом интегратора со сбросом, снабженного вторым входом для подачи напряжения смещения, выходом соединенного со входом порогового элемента, выход которого подключен к третьему входу детерминатора длительности импульсов. роботов и т.п., где требуется надежность, точность и плавность регулирования. Известен электропривод переменного тока [1], содержащий синхронный электродвигатель, на валу которого установлен си с > о ю 00 о 12682 нусно-косинусный вращающийся трансформатор, входная обмотка которого подключена к выходу генератора опорной частоты, преобразователь частоты, выходами соединенный с фазными выводами якорной об- 5 мотки синхронного эл ектродвигателя, одним управляющим входом - с выходом первого блока управления, вторым управляющим входом - с выходом регулятора частоты вращения, входы которого подключены к 10 выходам задатчика и датчика частоты вращения. Генератор опорной частоты имеет вто рой выход, а синусно-косинусный вращаю щийся трансформатор - вторую входную 15 обмотку, подключенную к второму выходу упомянутого генератора, выходная обмотка указанного вращающегося трансформатора соединена с входами первого блока управ ления и датчика частоты вращения. 20 В известном электроприводе датчик частоты вращения снабжен двумя дополнительными выходами и выполнен в виде последовательно соединенных узла выделения модуля, компаратора, одновибратора и 25 узла изменения знака, второй вход которого соединен через дифференцирующий узел с входом узла выделения модуля, а двухканальный регулятор частоты вращения выполнен в виде двух блоков умножения, к 30 первым входам которых подключены компараторы. Недостатками известного вентильного электропривода являются низкая стабильность и помехозащищенность вследствие 35 наличия блоков дифференцирования и умножения. Известен также вентильный электро привод [2], содержащий синхронный элект родвигатель и усилитель мощности со 40 схемой управления (преобразователь), а так же датчик частоты вращения, состоящий из коммутатора, блока управления коммутато ром, источника опорного напряжения блока масштабных коэффициентов и блока форми- 45 рования сигнала частоты вращения. Три вхо да датчика частоты вращения связаны с двумя выходами фазочувствительных вы прямителей схемы управления и выходами предварительного усилителя. 50 Коммутатор воспроизводит значение угла поворота вала ротора от времени, "сшитое" из отдельных участков аппроксимированных кривых выходных напряжений фазочувстви тельных выпрямителей. 55 Недостатком известного устройства является его схемная сложность, сложность в настройке и, как следствие этого низкая надежность Кроме того, поскольку в кривой зависимости выходного напряжения комму татора от угла поворота вала двигателя имеют место разрывы, для исключения кратковременных провалов в кривой оценки частоты вращения, в качестве выходного сигнала датчика частоты вращения используется не непосредственно оценка, получаемая в мод ели вентильного электродвигателя, а выходной сигнал блока выборки-хранения. При нахождении вала двигателя в зоне разрыва функции напряжения от угла во времени выходным сигналом датчика скорости является последнее значение оценки скорости (при вхождении в указанную зону). Таким образом, в указанном интервале не контролируется фактическая частота вращения вала двигателя Этот недостаток ограничивает диапазон регулирования час тоты вращен ия в известном электроприводе. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению Является электропривод переменного тока [3], содержащий синхронный электродвигатель, на валу которого установлен синусно-косинусный вращающийся трансформатор, входная обмотка которого подключена к выходу генератора опорной частоты, преобразователь частоты, выходами соединенный с фазными выводами якорной обмотки синхронного электродвигателя, однлим управляющим входом - с выходом первого блока управления, вторым управляющим входом - с выходом регулятора частоты вращения, входы которого подключены к выходам задатчика и датчика частоты вращения, последний из которых снабжен формирователем импульсов с одним входом и двумя выходами, вход которого образует вход датчика частоты вращения и интегратором со сбросом, управляющий вход которого соединен с одним выходом формирователя импульсов. В известном электроприводе сигнал обратной связи по частоте вращения формируется электронной схемой датчика частоты вращения путем переработки информации с выхода датчика положения ротора. Схема содержит сумматор, два перемножителя, два фиксатора нулевого порядка и два интегратора со сбросом, управляемые формирователем импульсов, подключенным к генератору опорной частоты, входящему в состав преобразователя. Многократность преобразования сигнала и сложность схемы, обусловленная наличием анал о говых пе ремн ожит ел ей, определяют низкую надежность, ограничивают диапазон регулирования частоты вращения и являются недостатком схемы. Целью предлагаемого изобретения явлется повышение надежности и расширение . 12682 диапазона регулирования частоты вращения, а также упрощение и повышение точностных показателей электропривода Поставленная цель достигается предла гаемым техническим решением. 5 В электроприводе переменного тока, содержащем синхронный электродвигатель, на валу которого установлен синусно-косинусный вращающийся трансформатор, входная обмотка которого подключена к вы- 10 ходу генератора опорной частоты, преобразователь частоты, выходами соединенный с фазными выводами якорной обмотки синхронного электродвигателя, одним управляющим входом ~ с выходом первого блока 15 управления, вторым управляющим входом -с выходом регулятора частоты вращения, входы которого подключены к выходам за-датчика и датчика частоты вращения, последний из которых снабжен формирователем 20 импульсов с одним входом и двумя выходами вход которого образует вход датчика частоты вращения, и интегратором со сбросом, управляющий вход которого соединен с одним выходом формирователя импульсов Со- 25 гласно изобретению, генератор опорной частоты снабжен вторым выходом, а синус-нокосинусный вращающийся трансформатор втор ой вх од ной обм отк ой, подключенной к второму выходу упомянуто- 30 го генератора, выходная обмотка указанного вращ аю щ егося трансф орм ато ра соединена с входами первого блока управления и датчика частоты вращения, который дополнительно снабжен трехвходовым де- 35 терминатором длительности импульсов, первым и вторым входами подключенный к выходам формирователя импульсов, пороговым элементом и вторым интегратором, выход которого образует выход датчика 40 частоты вращения и включенным между выходом упомянутого детерминатора и входом интегратора со сбросом, снабженного вторым входом для подачи напряжения смещения, выхо}ом соединенного со входом 45 порогового элемента, выход которого подключен к третьему входу детерминатора длительности импульсов. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого электропривода переменно- 50 го тока; на фиг 2 - блок-схема формировател я им п ул ь с о в; н а ф иг. 3 - б л ок- с х е м а детерминатора импульсов; на фиг. ч-6 примеры выполнения элементов привода. 4одновибратор, 5 - интегратор, 6 - интегратор Ы5 со сбросом, пороговый элемент; на фиг 7 осциллограммы сигналов напряжения в точках схемы привода. Электропривод содержит синхронный электродвигатель 1, на валу которого уста новлен синусно-косинусный вращающийся трансформатор 2, входная обмотка которого подключена к выходу генератора опорной частоты 3, преобразователь частоты 4 выходами соединенный с фазными выводами якорной обмотки синхронного электродвигателя 1, одним управляющим входом - с выходом первого блока управления 5, вторым управляющим входом-с выходом регулятора частоты вращения 6 входы которого подключены к выходам задатчика 7 и датчика частоты вращения 8 последний снабжен формирователем импульсов 9 с одним входом и двумя выходами, вход которого образует вход датчика частоты вращения 8 и интегратором со сбросом 10, управляющий вход которого соединен с одним выходом формирователя импульсов 9 Генератор опорной частоты 3 снабжен вторым выходом, а синусно-косинусный вращающийся трансформатор 2 - второй входной обмоткой, подключенной ко второму выходу генератора опорной частоты 3 Выходная обмотка синусно-косинусного вращающегося трансформатора 2 соединена со входами первого блока управления 5 и датчика частоты вращения 8, который дополнит ел ьн о с н а бж е н т рех вх од о в ым детерминатором длительности импульсов 11. первым и вторым входами подключенным к выходам формирователя импульсов 9, пороговым элементом 12, и вторым интегратором 13, выход которого образует выход датчика частоты вращения 8 и включенным между выходом трехвходового детерминатора длительности импульсов 11 и входом интегратора со сбросом 10, снабженного вторым входом для подачи напряжения смещения выходом соединенного со входом порогового элемента 12 выход которого подключен к третьему входу трехвходового детерминатора длительности импульсов 11 На фиг 2 представлена блок-схема формирователя импульсов 9, состоящего из последовательно соединенных нуль-компаратора 14, одновибратора 15, инвертора 16 одновибратора 17 и инвертора 18 Формирователь 9 содержит также элемент задержки 19 вход которого подключен к выходу одновибратора 15. а выход ко входу элемента 20 2И-НЕ, ко второму входу которого подключен выход второго одновибратора 17 Выходы инвертора 18 и элемента 20 являются соответственн о п е р в ым и в то р ым в ых од ам и формирователя 9 На фиг 3 представлена блок-схема детерминатор? импульсов 11 содержащего инверторы 21, 22 и 23. элементы ЗИ - 24 и 25 R-S-триггер 26 и операционный усилитель 27 с резисторами смещения 28 и вход 12682 ным 29. Первый вход детерминатора 11 подключен через инвертор 21 к первым входам элементов 24 и 25. Второй и третий входы детерминатора 11 связаны соответственно со входами инверторов 22 и 23 и со вторыми 5 входами соответственно элементов 25 и 24. Выходы инверторов 22 и 23 связаны соответственно с третьими входами элементов 24 и 25, выходы которых подключены соответственно к R и S-входам триггера 26. Вы- 10 х од триггера 26 свя зан с вх од ным резистором 29 усилителя 27. На фиг. 4 приведен пример выполнения одновибратора 15 (17), на фиг. 5 - интегратора 13, на фиг. 6 - интегратора со сбросом 15 10. Электропривод работает следующим образом. При подаче нз вход привода напряжения задания частоты вращения на выходе преобразователя появляется напряжение, 20 синхронный электродвигатель 1 приходит во вращение и вращает датчик 2. Входные обмотки датчика 2 запитаны от двухфазного генератора 3 опорной частоты шь. На выходной обмотке датчика 2 формируется синусо- 25 идальное напряжение 8 (фиг. 7, ж) где Дг- запаздывание одновибратора 17 при запуске. Элемент задержки 19 затягивает передний фронт импульса (фиг. 7, в) на указанную величину Аг для исключения провалов в импульсе (фиг. 7, ж) (показаны пунктиром). На первый вход интегратора со сбросом 10 (фиг. 6) поступает выходное напряжение интегратора 13 UDMB. на второй вход напряжение смещения UCM, на управляющий вход поступают импульсы с первого выхода формирователя 9. На выходе интегратора 10 формируется пилообразное напряжение (фиг. 7, з), наклон которого пропорционален алгебраической сумме напряжений UCM+UDMB. а длительность определяется периодом импульса "е", включающего ключ разряда конденсатора интегратора 10. На выходе порогового элемента 12 появляется последовательность импульсов (фиг. 7, и), длительность которых при заданном (фиксированном) значении напряжения порога элемента 12 зависит от алгебраической суммы UCM + UDMB, а при постоянном значении UCM зависит только от UDMB. Детерминатор 11, производит сравнение длиAsin(toot ± тельности импульсов "Ж" и "И" следующим образом. где Dp)t, ' 35 е. Этим обеспечивается синхронизация где 2р - число пар полюсов датчика 2, Шврсравниваемых импульсов - начало отсчета. частота вращения вала двигателя 1. Длительность паузы ХА импульса "Ж" Напряжение U2 поступает на вход пре- равна образователя, где используется для формирования напряжения питания синхронного 40 ТА — Ті — гз электродвигателя 2, и на вход формирователя 9. Для иллюстрации работы ряда узлов где Ті - период выходного сигнала ДПР. электропривода на фиг. 7 приведены осцилТ.к. Ті » гз более чем в 100 раз, можно лограммы. Из синусоидального напряжения U2 считать, что (фиг. 7,а) нуль-компаратор 14 формирует 45 прямоугольные колебания (фиг. 7,6) с тем же 1 • ли + периодом. Задний фронт (переход с и+" на "-") Oh ±Швр этих колебаний запускает одновибратор 15, на выходе которого формируется последовательность импульсов длительностью Х\ 50 Длительность паузы 15 импульса И обратно (фиг. 7, в). Указанные импульсы после инвер- пропорциональна указанной алгебраичетирования инвертором 16 (фиг. 7, г) запускаю т ской сумме од новибратор 17, ф ормирующ ий 1 последовательность импульсов длительностью Uc идчв Т2 (фиг. 7, д). Указанные импульсы по- 55 ел е инвертирования инвертором 18 поступают на первый выход элемента 20 (фиг. 7, е). На Детерминатор 11 производит сравнение инвыходе элемента 20 формируется импульс тервалов ТА И Т5 И выдает на выходе релейный сигнал, полярность которого зависит от длительностью тз = Х\ 4-Те + А Р того, какой из интервалов больше. 10 . 12682 Сравнение длительностей периодов указанных последовательностей ("И" и "Ж") производит детерминатор 11 следующим образом (фиг. 7). Импульс "е" длительностью тг, сформи- 5 рованный одновибратором 17 в формирователе 9, обеспечивает сброс интегратора 10 и нулевые команды на R и S входах триггера 26 (начало отсчета - нулевые начальные условия). Триггер 21 находится в каком-то из 10 состояний (0 или 1), определяемых результатом сравнения в предыдущем такте. терминатора 11 положительное напряжение. Изменение скорости вращения вала двигателя приведет к изменению периода Т1. Отслеживая длительность периода ТІ. схема изменит напряжение UDMB В соответствующую сторону на соответствующую вел ичину, чтобы обеспечить равенство величин Т1 и Т5, чем обеспечивается пропорциональность величины UDHB частоте вращения вала двигателя, т.е. (Do ±ohp = Допустим, на выходе 26 "1" (фиг. 7, к, начало диаграммы после импульса "е"), нв 15 выходе инвертора 27 - (минус И - отрицательное напряжение). Интегратор 13 начинает инт егр иро вать пол ожител ьн ое приращение выходного напряжения. Суммарное напряжение (UDHB + UCM) на входе 20 интегратора 10 увеличивается, что приведет к увеличению наклона пилы на выходе 10 (фиг. 7, з). Это приведет к тому, что импульс (единичный уровень) в последовательности "И" появится раньше, чем в последователь- 25 ности "Ж", На входе элемента "ЗИ" 24 три единицы, на выходе "1", триггер 26 переключается в нулевое состояние. Появление"1"в последовательности "Ж" после последовательности "И" уже не изменит состояние 30 триггера 26, т.к. логический "0" с выхода инвертора 23 блокирует элемент "ЗИ" 25 до появления импульса "е". Появление импульса "е" обнуляет оба элемента "ЗИ" - 24 и 25 и начинается новый такт. Аналогична работа 35 детерминатора 11 при появлении "1" в последовательности "Ж" раньше, чем в последовательности "И". Таким образом, если раньше приходит импульс (высокий уровень) в последователь- 40 ности "Ж", то триггер 26 перекидывается (либо остается) в единичное состояние и на выходе детерминатора 11 (выходе операционного усилителя 27) отрицательное напряжение. Если раньше приходит импульс в 45 последовательности "И", то на выходе де M± UDMB) , где К - коэффициенты пропорциональности. Амплитуда и частота пульсаций выходного напряжения зависит от частоты ah и постоянной времени интегратора 13. В экспериментальном образце частота пульсаций выходного сигнала Uose составляла oh/A Устройство предлагаемого электропривода значительно проще известного, не содержит аналоговых перемножителей и сумматора в тракте формирователя сигнала обратной связи по частоте вращения, как в прототипе. Температурная и временная погрешность указанных узлов снижают точностные показател и п р о т о т ип а и ограничивают диапазон регулирования частоты вращения. В предлагаемом устройстве сигнал обратной связи по частоте вращения формируется в замкнутом контуре слежения за величиной периода входного сигнала. Сравнение указанной величины с формируемой в устройстве осуществляется средствами цифровой (дискретной) техники, что существенно уменьшает влияние помех, температурно й нестаб иль ности эл емент ов, расширяет диапазон измеряемых частот вращения и соответственно, диапазон регулирования частоты вращения электропривод а. Упрощение устройства повышает надежность. 12682 .2 CD— rHZD 28921' 12682. \У J г> Zt П л ___ n д) л we) \У п ___ п 1Г V3 л п_ п Л 1 п пт __ гп Фир.7 Упорядник Замовлення 4078 Техред М.Моргентал Коректор Л.ФІль Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент*1, м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101