Электропривод переменного тока с бесконтактным тахогенератором

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в металлорежущих станках, моделирующих стендах. Целью изобретения является расширение диапазона регулируемых частот вращения путем устранения пульсаций в выходном напряжении измерительного синхронного генератора. Указанная цель достигается введением в электропривод переменного тока с бесконтактным тахогенератором переключающего узла 17, блока 18 управления, устройства 16 выборки хранения с ком 15 управления. Переключающий узел включен между формирователем 7 управляющих сигналов и коммутатором 4. Благодаря этому исключаются пульсации в напряжении на выходе синхронного генератора 3, используемого в качестве бесконтактного тахогенератора. 5 ил. § Ш

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (11) 1 ) 4 Н 02 P 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H AST0PCHO5AY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1336189 (21) 4181211/24-07 (22) 04.12.86 (46) 23.07.88. Бюп. У 27 (71) Новосибирский электротехнический институт и Специальное конструкторскотехнологическое бюро автоматизации, тяжелого металлорежущего оборудования (723 Б М.Боченков, И.В.Гутенберг, Л.М.Музалевский, С.В.Нечаев, С,Л.Рояк и Л.В.Смоляр. (53) 621. 316.718.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1336189, кл. Н 02 Р 7/42, 1986. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

С БЕСКОНТАКТНЫМ ТАХОГЕНЕРАТОРОМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в металлорежущих станках, моделирующих стендах. Целью изобретения является расширение диапазона регулируемых частот вращения путем устранения пульсаций в выходном напряжении измерительного синхронного генератора. Указанная цель достигается введением в электропривод переменного тока с бесконтактным тахогенератором переключающего узла 17, блока 18 управления, устройства 16 выборки хранения с бло ком 15 управления. Переключакщий узел включен межцу формирователем 7 управляющих сигналов и коммутатором 4.

Благодаря этому исключаются пульсации в напряжении на выходе синхронного генератора 3, используемого в ка честве бесконтактного тахогенератора. фЯ

5 ил.

1411912

Изобретение относится к электоотехнике, а именно к частотно- управляемым. электропринодам, построенным на базе машин переменного тока и бескон5 тактных тахогенераторов, может быть использовано, например, н металлорежущих станках, моделирующих стендах и является усовершенствованием изобретения по авт.св. У 1336189. 10

Целью изобретения является расширение диапазона регулируемых частот вращения путем устранения пульсаций в выходном напряжении измерительного синхронного генератора. 15

На фиг. 1 изображена функциональная схема электропривода переменного тока с бесконтактным тахогенератором; на фиг.2 — эпюры напряжений, поясняющие работу блока управления устройст-20 вом выборки и хранения и устройства выборки и хранения, на фиг.3 — то же, поясняющие работу делителя частоты, .блока сдвига и блока управления ком кутатором, на фиг.4 — то же, поясняю-25 щие работу коммутатора," на фиг.S— то же, поясняющие возможность появления пульсаций в измеряемом напряжеИИ, Электропривод переменного тока со-30

Держит двигатель 1 переменного тока (фиг.1), индуктивный датчик 2 положе ния и бесконтактный тахогенератор в ниде синхронного генератора 3, механически связанные с валом двигателя, коммутатор 4, последовательно соединенные генератор 5 и блок 6 согласования частот, последовательно соединенные формирователь 7 управляющих сигналов с тРемя входами и усилитель 40

В фазных токов, выходы которого подКлючены к фазным обмоткам двигателя

1, К информационнь1м входам коммутатора 4 подключены обмотки синхронного генератора 3. Выход блока 6 согласо- 45 алания частот подключен к входу датчика 2 положения ° Первый вход форми1 ователя 7 соединен с выходом датчи ka 2 положения.

Электропринод содержит также первый делитель 9 частоты, задатчик 10

Сигнала коррекции, фазосднигающий блок 1 1 с двумя входами, блок 12 управления коммутатором с управляющим

8 информационным входами а также последовательно соединенные второй

Делитель 13 частоты и блок 14 сдвига, подключенный выходом к информационному входу блока 12 управления. упранляющий вход которого соединен с выходом фазосдвигающего блока i 1. Выход блока 12 управления подключен к управляющему входу коммутатора 4, входы делителей 9 и 13 частоты соединены с выходом генератора S. Выход делителя 9 частоты подключен к третьему входу формирователя 7, Первый вход фазосдвигающего блока 11 соединен с выходом задатчика 10 сигнала коррекции, а второй вход — с выходом датчика 2 положения. В электропривод переменного тока введены последовательно соединенные блок 15 управления устройством выборки и хранения, устройство 16 выборки и хранения и переключающий узел 17 с двумя информационными и управляющими входами, а также блок 18 управления переключающим узлом 17, Выход коммутатора 4 подключен к входу блока 18 управления, к первому информационному входу переключающего узла 17 и к информационному входу устройства 16 выборки и хранения. Вход блока 15 управления подключен к обмоткам синхронного генераЯ тора 3, а выход переключающего узла

17 соединен с вторым входом формирователя 7.

В качестве переключающего узла 17 и устройства 16 выборки и хранения могут быть использованы серийно выпускаемые микросхемы.

Блок 15 управления может быть выполнен из m-идентичных каналов, состоящих из суммирующего компаратора и формирователя импульсов, причем выходы формирователей импульсов объединены по схеме ИЛИ-НЕ, входами блока

15 управления являются входы суммирующих компараторон, а выходом - выход элемента ИЛИ-НЕ.

Блок 18 управления состоит из последовательно соединенных выпрямителя и суммирующего компаратора с двумя ныходами, причем на первый вход компаратора подано эталонное напряжение, а второй его вход соединен с- выходом выпрямителя. Входом этого блока является вход выпрямителя, а выходомвыход компаратора.

Все эпюры фиг.2-5 приведены для случая, когда число пар полюсов двигателя 1, синхронного генератора 3 и датчика 2 положения равно трем, двум и одному соответственно, а число фаз синхронного генератора равно трем.

1411912

Причиной появления пульсаций в измеряемом напряжении синхронного генератора 3 может являться возникновение угловых ошибок в определении моментов переключений выходных трапецеидальных напряжений с одной фазы на другую. Из-за дискретности работы блока 12 управления. Угловая ошибка может быть рассчитана по следующей формуле:

ОВ uer Sq где P — число пар полюсов измериисг тельного синхронного генератора 3; 16 (ду — частота вращения, t — время между соседними импульсами с выхода фазосдвигающего блока 11, 20

2н

ы

PAn 45Р где ы, ч ай,;

P> — число пар полюсов датчика 2 положения, Например, при Розог РА„= 1, = 2 кГц, о = 300 рад/с, 0,3 рад или 18

Возникновение пульсаций в иэмеряе мом напряжении с выхода коммутатора проиллюстрировано эпюрами, приведенными на фиг.5. Величина угловых ошибок прямо пропорциональна частоте вращения и, начиная с некоторой, величина пульсаций может оказаться недопустимой для нормального функционирования электропривода.

Электропривод переменного тока с бесконтактным тахогенератором работа-,40 ет следукяцим образом.

Внизу диапазона, начиная с нулевой и до некоторой заданной частоты вращения, определяемой эталонным напря- 45 жением на первом входе суммирующего компаратора в блоке 18 управления, переключающий узел 17 подключает выход коммутатора 4 к второму входу формирователя 7. При превышении нап- В0 ряжения тахогенератора U „ над эталонным суммирующий компаратор меняет свое состояние, переключающий узел 17

I отключает выход коммутатора 4 от второго входа формирователя 7 и подключает к нему выход устройства 16 выборки и хранения, в котором происходит выборка из Б в моменты смены тr знака фазных ЭДС синхронного генератора 3 (фиг. 2), тем самым исключается возникновение пульсаций в измеряемом напряжении. Обмотки двигателя 1 (в качестве которого используется синхронный или асинхронный двигатель) питаются от усилителя 8. На валу двигателя 1 установлен датчик 2 положения. Генератор 5 вырабатывает прямоугольные импульсы (U ) с частотой (фиг.За), которые поступают одновременно на входы делителей 9 и 13 частоты и блока 6 согласования частот. На выходе блока 6 формируется требуемая двухфазная система напряжений для обеспечения работы датчика 2 положения в режиме фазовращателя. Чаfg стота этих напряжений равна — — ——

Р4 Рисг (где Р и Р„„ -. число пар полюсов со" соответственно двигателя и измерительного синхронного генератора) °

Выходное напряжение датчика 2 положения определяется выражением (фиг.Зж)

2t f

U = U здп(— — — t — P )

Я m2. р р,бд у

4 исг где 6 — геометрический угол между осью первичной обмотки датчика 2 положения, питающейся напряжением U, 2И

0„, з1п — — — — (фиг.3e), и осью

РА Ри г двигателя 1.

Коэффициенты деления делителей 9 и 13 частоты равны соответственно

Р4о P„«) " (P» Pg), где Рап — число пар полюсов датчика положения. Импульсы с выхода делителя 13 частоты

U ö с.частотой Р Р (фиг.Зб) посЕ

Р,п Р тупают на вход блока 14 сдвига, на выходе которого образуется многофазная система прямоугольных импульсов

U< той же частоты (фиг,З,в,г,д), причем импульсы соседних фаз сдвинуты друг относительно друга на угол

4 определяемый числом фаз синхронного генератора 3 и схемной реализацией коммутатора 4. Эти импульсы поступают на информационные входы блока 12 управления. Напряжение U с выхода датчика 2 положения поступает на первый вход фаэосдвигающего блока 11, который для согласования положений осей обмоток статора синхронного генератора 3 с осями входных обмоток датчика

2 положения, дополнительно смещают

1411912 фазу U на угол Ы, являющийся функцией напряжения U < с выхода задатчика10, поступающего на второй вход фазосдвигающего блока 11. В моменты р

Pgcr Рг(Рдп +р )

2 <1

<, смены знака алгебраической суммы ! входных напряжений фазосдвигающего блока 11 с отрицательного на положи10 тельный, .на выходе указанного блока

11 формируется импульс U (фиг.3з), поступающий на управляющий вход блока 12 управле ния . При этом в этом блоке записывается информация с выхода блока 14 сдвига (фиг. 3 и, к „л) .

После окончания импульса информация на выходе блока 12 управления, соответствующая моменту времени йр, со20 храняется до прихода следующего импульса. Таким образом, на каждом из .,выходов блока 12 управления формиру= ется логический сигнал (фиг.4 г,д,е)

U - sign sin(— — — t. р + Ч ; )J

V „Р,, Р

1, где i — порядковый номер выхода блока

1 12 управления. !

Таким образом фаза сигнала Б,,; связана с углом поворота ротора коэф- 30 фициентом Р„„„, учитывакнцим число пар полюсов синхронного генератора 3. С выхода блока l2 управления сигналы

П ° поступают на управляющие входы ч коммутатора 4, определяя открытое или закрытое состояние его каналов. Горизонтальные участки трапецеидальных

ЭДС 1, 1, 13 (вершины трапеций), Э соответствующих фазных обмоток синхронного генератора 3 (фиг.4а,б,в), подключенных к информационным входам коммутатора 4, передаются на его выход при соответствующих сигналах П;, которые являются функциями положения ротора. 45

Таким образом, выходное напряжение коммутатора 4, являющееся выходным напряжением тахогенератора Бт„, состоит иэ горизонтальных участков фазных трапецеидальных ЭДС синхронного генератора 3 (фиг.4ж) и величина его прямо пропорциональна частоте вращения двигателя 1.

Напряжение тахогннератора 11 „, которое является сигналом обратной связи по частоте вращения двигателя

1, поступает на второй вход формирователя 7 через переключающий узел 17 либо непосредственно, либо через устройство 16 выборки и хранения. На первьп вход формирователя 7 поступает напряжение U с выхода датчика 2 положения, а на третий — напряжение с выхода делителя 9 частоты с частотой

f)

p — -p — —, преобразуемое в этом блоке

4р исг в гармонический сигнал U той же час-!

РА «Нее «Р н тоты. В моменты времени и р 2gf< х 9, т.е. в моменты сиены знака напряжения U из отрицательнбго на положительный, в формирователе 7 производится запись напряжения U> соответствующего моменту времени tc< и хранение его до прихода следующего импульса. В результате формируются следукицие напряжения:

2 iaaf<

U = sin — — — — t = sinP 8 р .р оi *n ,дп vcr

2М, р сов Рф

РАп Р„,.

С помощью этих зависимостей производятся координатные преобразования сигналов из системы координат, овязанной с ротором (в том числе сигнала задания момента, являющегося, функцией ошибки по частоте вращения) в неподвижную систему координат, свя" занную со статором. Выходные напряжения формирователя 7 являются управляющими сигналами для усилителя 8 фазных токов.

Таким образом, введение в электропривод переменного тока с бесконтактным тахогенератором переключающего узла, блока управления переключающим узлом, устройства выборки и хранения и блока управления устройством выбор". ки и хранения с соответствующими связями обеспечивает исключение пульсаций в измеряемом напряжении синхронного генератора, благодаря чему повышается точность формирования токов статора и расширяется диапазон регулируемь х частот вращения двигателя переменного тока в сравнении с известным решением.

Формула и з обретения

Электропривод переменного тока с бесконтактным тахогенератором по авт. св. Ф 1336189, о т л и ч а ю— ш и Й с я тем, что, с целью расширения диапазона регулируемых частот

1411912 вращения sa счет устранения пульсаций в выходном напряжении измерительного синхронного генератора, введены переключакщнй узел с управляющим и двумя

5 информационными входами, блок управления переключакиц м узлом, устройство выборки и хранения с управляющим и информационным входами и блок управления устройством выборки и хранения, 1п при этом переключающий узел по первому информационному входу и выходу подключен между выходом коммутатора и вторым входом формирователя управляющих cHFHBJIGB Выход коммутатора подключен к входу блока управления переключакюцим узлом и к информационному входу устройства выборки и хранения, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления устройством выборки и хранения, вход которого подключен к выходу измерительного синхронного генератора, выход блока управления переключающим устройством соединен с управляющим входом переключающего устройства, а выход устройства выборки и хранения подключен к второму информационному входу переключающего устройства.

1411912

1411912 г, Составитель А.Жилин

Техред Л. Олийнык Корректор Л.Пилипенко

Редактор Г.Волкова

Заказ 3669/53

Тираж 583

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4