Вентильный электропривод
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах с плавным регулированием частоты вращения. Целью изобретения является повышение точности регулирования частоты вращения и надежности. Для достижения указанной цели вентильный электропривод дополнительно содержит в каждом канале управления фазой двухфазного синхронного электродвигателя цепь обратной связи, входы которой подключены к датчикам тока и напряжения фазы, а выход - к входу блока сравнения. Каждая цепь обратной связи включает в себя дифференциальный усилитель 19(20), компаратор 21 (22), фильтр 23(24), интегратор 25(26) и сумматоры 27. 29 (28,30). Напряжния на выходе цепей обратной связи содержат информацию о частоте вращения электродвигателя, благодаря чему повышается точность регулирования частоты вращения. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 P 6/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4416211/24-07 (22) 29.02.88 (46) 23.07.90. Бюл. В 27 (72) Ю.А. Борцов, Н,С, Благодарный, В.Б. Второв, А.Г. Микеров, Н.Д, Поляхов, В,В. Путов, А.В. Яковлев и А,M. Яковлев (53) 621.313.13.014.2 :621.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
ЬВ 1510060, кл, Н 02 P 6/00, 1988.
Авторское свидетельство СССР
Q 1156231, кл. Н 02 P 6/02, 1985. (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах с плавным регулированием частоты вращения. Целью изобретения является по„„SU „„1580516 А1 вышение точности регулирования частоты вращения и надежности. Для достижения указанной цели вентильный электропривод дополнительно содержит в каждом канале управления фазой двухфазного синхронного электродвигателя цепь обратной связи, входы которой подключены к датчикам тока и напряжения фазы, а выход — к входу блока сравнения, Каждая цепь обратной связи включает в себя дифференциальный усилитель 19 (20), компаратор 21 (22), фильтр 23 (24), интегратор 25 (26) и сумматоры 27, 29 (28, 30). Напряжения на выходе цепей обратной связи содержат информацию о частоте вращения электродвигателя, благодаря чему повышается точность регулирования частоты вращения. 1 ил.
1580516
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах с плавным регулированием частоты вращения, например в системе привода антенн,.
Целью изобретения является повышение точйости регулирования частоты вращения и надежности.
На чертеже изображена функциональная схема вентильного злектропривада.
Вентильный злектропривод содержит двухфазный синхронный электродвигатель
I, ротор котарага связан с датчикам 2 пОлОЖенил ротора, Входная обмотка 3 датчика 2 подключена к выходу задатчика 4 частоты
Вращения. Злектропривод содержит также ва канала управления фазами 5, 6 электро, вигателя 1, каждый из которыхх включает в себя последовательна соединенные фазо1увствительный выпрямитель (ФЧВ) 7 (8), блок 9 (10} сравнения и усилитель 11 (12) мощности и, кроме того, измеритель 13 (14) тока, выход которого подключен к фазе 5 (6)
Электродвигателя 1. Входы фазачувствительных выпрямителей 7 и 8 подключены г ;оответственно к синусной 15 и касинуснай
16 обмоткам датчика 2 положения ротора, Кроме того, вентильный электропривад в каждом канале упрзвления фазой электродвигателя 1 дополнительно содержит измеритель 17 (18) напряжения, дифференциальный усилитель 19 (20}, компаратар 21 (22), фильтр 23 (24) низких частот, интегратор 25 (26), первый 27 (28) и второй 29 (30) сумматоры, Входы второго сумматора 29 (30) в каждом канале подключены к выходам . фильтра 23 (24) низких частот и интегратора
Р5 (26) соответственно, в выход — к второму входу блока 9 (10) сравнения, Входы дифференциального усилителя 19 (20) подключены к выходам измерителя 17 (18) напряжения и интегратора 25 (26) соответственно, а выход — к первому входу компаратора 21 (22) и первому входу первого сумматора 27 (28), выход которого соединен с входом интегратора 25 (26). Выход компаратора 21 (22) под ключен к второму входу первого сумматора
27 (28) и входу фильтра 23 (24) низких частот, а второй вход компараторз 21 (22) подключен к информационному выходу измерителя
13 (14) тока, вход которого подключен через измеритель напряжения к выходу усилителя
11 (12) мощности.
Дифференциальный усилитель 19 .(20). компзратор 21 (22), фильтр 23 (24), интегратор 25 (26) и сумматоры 27, 29 (28, 30) образуют отрицательную обратную связь 31 (32) в соответствующем канале управления фазой электродвигателя 1.
ГДЕ К=К21<7К11=К2К8К12;
031, 032 — выходные напряжения цепей
31 и 32 обратной связи, kyM=- k11=k12 — коэффициент ус1лления
45 усилителей 11 и 12 мощности;
011, U12 — выходные напря>кения усилителей 11 и 12 мощности, Ф Уравнения фазных токов i5 и i6 двухфазного синхронного электродвигателя 1 имеют вид
R(i5+Tyi5)=(05-Се cd oos8);
Щ6+Тф!6)=-(06+Ce О> з п " 7 (5) где Tф и и — электромагнитная постоянная времени и активное сопротивление обмотки фазы;
Се — конструктивный коэффициент двухфазного синхронного электродвигателя;
Вентильный электропоивод работает следующим образом, При подаче напряжения питания задатчик 4 частоты вращения формирует напряа жение. 0вх, катоаае поСтУпает на вхоДнУю обмотку 3 датчика 2 поло>кения в виде напряжения возбуждения, Напряжение на выходных обмотках 15 и 16 датчика 2 положения в этом случае равно
10 U15-=k2U>хsin в„1 sin 9", 016=К20вхЗ(ПЙ)н(COS 8, (1) где k2 — коэффициент трансформации датчика 2 положения; вн - частота напряжения; возбуждения
0вх, 1. — электрический yron поворота ротора датчика 2 положения.
Напряжения нз выходах ФЧВ 7 (8) при
20 малой постоянной BpBMBHN Ту фильтра ФЧВ (кагда выполнЯетсЯ Условие г2> Ту «1, гДе
2 в =<1 0 /cia — синхронная частота вращения) равны
07=k 7 <20вхэ1П V
U8--k ВЮ3вхСОЗ О (2) где К7 =- Кв — коэффициенты передачи ФЧВ, При нейтральной выставке датчика по30 лажения О" = О+."Рг, где 9 — электрический угол поворота ротора синхроннага электродвигателя 1, напряжения нз выходе ФЧБ равны
07=k Ф20ехсоз О;
08 — к 8k20Bxsio <7. (3)
Фазные напряжения двухфазного синхронного электродвигателя 1 равны
U5=-011= (07 — 031)к11=к0вхсаз<7 — kyM031;
U6=-U12= (08 032)k12= к0вхз1ПО kyMU32 (4) 1580516
dis
dt
dl5
l5 = — — производные от фазных токов
dt. 5 и is соответственно, Рассмотрим работу цепей 31 и 32 обрат-. ных связей, выполненных идентично друг другу, на примере цепи 31 обратной связи.
Напряжение на выходе цепи обратной сВязи раВно
031=-k 025+ k+ 023, (6) где k- и k+- масштабные коэффициенты входов сумматора 29;
U2s, U23 — выходные напряжения интегратора 25 и фильтра 23, Рассмотрим для простоты случай малой электромагнитной постоянной времени (йРТ «1).
Тогда уравнение тока ls из (5)
Rl5 = 05 Сео С0$0. (7)
Усилитель 19 настроен так, что формирует на своем выходе оценку тока фазы в виде
is = (U17+ 0«), к19 (8) где U17=k17Us — напряжение, полученное на выходе измерителя 17 напряжения, имеющего коэффициент передачи k17;
k19 — коэффициент передачи усилителя
19;
UcH — напряжение на входе самонастройки усилителя 19.
Так как первый вход компаратора 21 подключен к выходу усилителя 19, а второй вход — к измерителю 13 тока 15, имеющего коэффициент передачи k13, то сигнал на выходе компаратора 21, подключенного к первому входу сумматора 27, равен
7= $9пя, (9) где е = k13ls — Ки!5 — сигнал на входе компаратора 21;
Sgn — знаковая функция, Sgn = 1 при е> О, Sgn =-1 при е< О;
h — максймальное выходное напряжение компаратора 21, Уравнение интегратора 25 совместно с сумматором 27 имеет вид
1 1 х
П025/dt = — 027 = (k19 iS+2), (10)
Т1 Т1 где Т1 — постоянная времени интегратора
25.
Выход интегратора 25 подключен к входу самонастройки усилителя 19, т.е, 0сн =
=025.
При выполнении условия
4) — „- 6+аРТ 20Ф, k13 где 0ф — максимальное значение фазного напряжения, в контуре цепи обратной связи возникает скользящий режим, При этом напряжение
5 с на входе кампаратора 21 близко к нулю, т.е. (12) .А
Следовательно, оценка фазного тока is соот10 ветствует самому току 15, Решив совместно (7) и (8) при 0сн = 025 и (12), получают следующее выражение для напряжения на выходе интегратора "5:
025 = к17) 05 Се й) Cos 0, (13)
К13 1 к13 к ) в
Вы рав коэффициент передачи измерителей 13 и 17 соответственно тока и напряжения так, что выполняется условие
k13
20 к17 О получают напояжение на выходе интегратора 25
025 = — Се в сазд. 13
R (14)
Решив совместно уравнения (10), (12) и (14), получают выражение для сигнала на выходе фильтра 23
023 = (Се ш2 Г1 sin0 Ris). (15) 13
Это напряжение представляет собой усредненное значение разрывного широтно-модулированного сигнала Z. Посдтавляя (14) и (15) в (6), находят
k — 13
35 031 Се а созб +
+ (С, аР Т1 з!пΠ— Ris), (16)
k+ k13
Аналогично для цепи 32 обратной связи
40 U32 R Се г 7 З п + к14
+ (Ce ОР Т1 со$0 н16), (17)
k+ k14 где можно положить k14 = k13.
Подставляя (16) и (17 в (4) и разрешая полученные уравнения относительно i5 и i6, получают с учетом (7)
1 Uex — (1 + кос)Сеи созд ; (1 - .с) Я
5О 1 "- фРТ1,i„g, Й 1 кпс (18)
1 knc
l5 = — Се йР Т1 COSO— кпс — (k U !» — (1 !. kîñ) C,Ø) Б >П О, 1 (с) гдЕ koc = kyMk - k13/К; 1пс= ум с+ с13/R — ксзффициенты отрицательной и положительной обратных связей.
158051 б
Из теории синхронных электродвигателей известно, что момент М, развиваемый двухфазным электродвигателем, равен
M = См (1б sin8+ 15 cOsg), (19) где CM — конструктивный коэффициент синхронного электродвигателя.
Составитель А
Техред M.Mîðã
Редактор И.Шмакова
Корректор И.Муска
Заказ 2020 Тираж 457 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат Патент", г, Ужгород. ул.Гагарина, 101
Подставив в (19) выражения токов фаз из (18),.получают момент, развиваемый предлагаемым вентильным электроприводом:
М =CM 1 1 R kUsx (1 + ос) СеИ °
1- .. И ! (20)
Вынесем k Usx зэ скобки и обозначим Моо = — О x — пусковой момент привода без
CMk
k цепей обратной связищсо = Usх — час e тота вращения холостого хода привода без цепей обратной связи, тогда иэ (20) получим
М = — — " — И1 — (<+a.) "1. (21)
1 knoL Nxo )
При Ьо = 0; koc = О. (22); что эквивалентно отсутствию цепей 31 и 32 обратной связи, уравнение (21) принимает вид — — (23)
M в
Ыло ®хо
Последнее уравнение описывает линейные механические характеристики электропривода, аналогичные электроприводу с двигателем постоянного тока.
Сравнение механических характеристик (21) и (23) свидетельствует о.том, что в данном электроприводе при kno A 0 и koc — 0 получен эффект совместного действия отрицательной обратной связи по частоте вращения и положительной обратной связи по моменту.
Действительно, из выражения (21) следует, что частота вращения холостого хода (при М =О) равна а пусковой момент(прив =О)
Mq — „ (25)
Это означает, что, в отличие от обычного электрапривода с двигателем постоянного тока, в предлагаемом электроприводе частота вращения в 1 + koc раз меньше, а моь мент в „ раз больше (при 0 < koo < 1), кпо что обьясняется действием цепей обратных связей.
5 Таким образом, технический эффект от применения вентильного электропривода закгпочается в повышении точности поддержания частоты вращения путем улучшения устойчивости, а следовательно, и добротно10 сти контура скорости и увеличении надежности путем реализации цепи обратной связи без использования электромеханических преобразователей.
Формула изобретения
15 Вентильный электропривод, содержащий двухфазный синхронный электродвигатель, ротор которого связан с датчиком положения ротора, входная обмотка которого подключена к выходу задатчика частоты вращения;
20 два канала управления фазами электродвигателя, каждый из которых составлен из измерителя тока и последовательно соединенных фэзочувствительного выпрямителя, блока сравнения и усилителя мощно25 сти, выход которого подключен к соответствующей фазе электродвигателя, входы фазочувствительных выпрямителей первого и второго каналов подключены соответственно к синусной и косинусной об30 моткам датчика положения ротора, о т л ич а ю шийся тем, что. с целью повышения точности регулирования частоты вращения и надежности, каждый канал управления фазой электродвигателя дополнительно снабжен
35 измерителем напря>кения, дифференциальным усилителем, компарато ром, фильтром низких частот, интегратором, первым и вторым сумматорами, входы второго сумматора подключены к выходам фильтра низких частот и .
40 интегратора соответственно, а выход —. к второму входу блока сравнения, входы дифференциального усилителя подключены к выходу измерителя напряжения и интегратора соответственно, а выход — к первым входам
45 компарэтора и первого сумматора, выходом соединенного с входом интегратора, выход компаратора подключен к второму входу первого сумматора и входу фильтра нижних частот, а второй вход компаратора подключен
50 к информационному выходу измерителя тока, вход которого подключен через измеритель напряжения квыходуусилителя мощности.
Y .Иванов ентал
