Устройство для измерения модуля и направляющих косинусов вектора главного потокосцепления в машинах переменного тока

B.B.Aëåêcååâ, В.А.Дартау, Ю. П. Павлов и В.В.Рудаков ." ".Т ..

J i Д 1р.Я О ()(g ь„.

Ленинградский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революц и ордена Трудового Красного Знамени горный институт лидТЖ им. Г. В. Плеханова (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОДУЛЯ

И НАПРАВЛЯЮЩИХ КОСИНУСОВ ВЕКТОРА ГЛАВНОГО

ПОТОКОСЦЕПЛЕНИЯ В МАШИНАХ ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА

Изобретение относится к управлению электроцриводами и может быть использовано в системах векторного управления машинами переменного тока для получения сигналов, пропорциональных модулю главного потокосцепления и направляющих s косинусов системы координат с опорным вектором главного потокосцепления.

Известно устройство для измерения модуля и направляющих косинусов вектора главного потокосцепления в машинах переменного тока, содержащее измерительные обмотки, инте грирующие усилители, тригонометрический анализатор, операционные усилители, умножители исвязи между ними (1).

15 Недостатками его являются низкие надежность и точность.

Известно также устройство для измерения модуля и нанр чнмпих косинусов га вектора главного потокосцепления в машинах переменного тока, .содержащее два датчика Холла, вычислитель модуля, выход которого соединен .с первой выходной ши2 ной первый и второй блоки умножения регулятор, третий и четвертый блоки умножения, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго интегрирующих усилителей, выходы KoTopblx подключены R второй и третьей выходным шинам и соединены с первыми входами четвертого и третьего блоков умножения соответственно и с первыми входами первого и второго блоков умножения (21.

Недостатками известного устройства являются узкий динамический диапазон и низкая точность.

Цель изобретения — расширение динамического диапазона и повышение точнооWo

Поставленная цель достигается тем, что, в устройство для измерения модуля и направляющих косинусов вектора главного потокосцепления в машинах переменного тока, содержащее два.датчика Холла, вычислитель модуля, выход которого соединен с первой выходной шиной, первый

:: второй блоки умножения, регулятор, ср;.тий и четвертый блоки умножения, и ходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго интегрирующих усилителей, выходы коорых подключены к второй и третьей выходным шинам и соединены с первыми входами четвертого и третьего блоков умножения соответственно и с первыми входами первого и второго блоков умно- 10 жения, введены первый и второй операционные усилители, апериодический усилитель, вычислитель квадрата модуля, пропорционально-интегральный регулятор, пятый, шестой и седьмой блоки умножения и вычислитель абсолютного значения, причем выходы датчиков Холла соединены с входами первого и второго операционных усилителей, выходы которых соединены с,входами вычислителя модуля и 20 с вторыми входами первого и второго блоков умножения, выходы которых соединены с входами регулятора, выходом подключенного через апериодический усили тель к. вторым входам третьего и четвер- 25 того блоков умножения, выходы первого и второго интегрирующих усилителей соединены с первыми входами соответственно:сятого и шестого блоков умножения и с входами вычислителя квадрата модуля, 30 выходом соединенного с первым входом пропорционально-интегрального регулято« ра, второй вход которого соединен с шиной задания амплитуды, первый вход вычислителя абсолютного значения подключен к вторым входам третьего и четвертого блоков умножения, второй вход — с шиной смещающего напряжения, а выход с первым входом седьмого блока умножения, второй вход которого соединен с вы- 40 ходом пропорционально интегральногорегулятора, а выход подключен к вторым входам пятого и шестого блоков умножения, и ходы которых соединены соответственно с вторыми входами первого и второго интегрирующих усилителей.

На чертеже представлена схема усч ройства для измерения модуля и направляющих косинусов вектора главного потокосцепления в машинах переменного тока.

Устройство содержит датчики Холла

1 и 2, вычислитель 3 модуля, первый и второй блоки 4 и 5 умножения, регулятор 6, апериодический усилитель 7, третий; и четвертый блоки 8 и 9, умножения, интегрирующие усилители 10 и 11, пятый и шестой блоки 12 и 13 умножения, вы10

4 числитель 14 квадрата модуля, пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор

15, вычислитель 16 абсолютного значения седьмой блок 17 умножения, операционные усилителя 18 и 19, блоки 20 и

21 деления.

Устройство работает следующим образом.

Вращающееся поле электрической машины наводит в датчиках Холла 1 и 2 ЭДС, имеющие первые гармоники е =(up)co5 Р, ep =lYpjsin Ч", сдвинутые на У/2 рад, амплитуды которых пропорциональны величине магнитного потока машины. Эти сигналы, содержащие высшие гармоники, определяющиеся технической реализацией машины и источника напряжения переменной частоты (например, ветильного пре.образователя частоты), поступают на входы блоков умножения 4 и 5 и вычислителя 3 модуля. Блоки умножения 4 и 5 перемножают входные значения 5 4 соь 4 <с текущими значениями cos Y<, ЫпЧ частоты и фазы сигналов на выходах интегрирующих усилителей 10 и 11. (В силу закона частотного регулирования машины, модуль главного потокосцепления Ч 0 постоянен). Разность сигналов блоков перемножения

9"пЧ . со5Ч - со0М sin g" ! или сов Р ФпЧ - ь1п Y< - cosV< в зави% ° A симости от порядка чередования фаз) через регулятор 6 и апериодический усилитель 7 попадает на входы третьего и четвертого блоков 8 и 9 умножения. При етом регулятор 6 обеспечивает оптимален ное качество фазирования, а апериодический усилитель 7 участвует в фильтрации высших гармоник и формировании динамики.

Сигнал, поступающий с апериодического усилителя 7 на шину регулирования частоты своей абсолютной величиной определяет коэффициент усиления в контуре, образованном блоком 8 умножения, интегрирующим усилителем 10, блоком 9 умножения и интегрирующим усилителем 11, и частоту генерируемых колебаний, а поляр.ность сигнала на шине регулирования частоты определяет последовательность чередования фаз двухфазной системы выходных . сигналов. Сигналы с интегрирующих усилителей 10 и 11 поступают на входы вычислителя 14 квадрата модуля, а с его выхода на вход ПИ регулятора 15,, настроенного по оптимальному качеству стабилизации для данного уровня амплитуды

5 колебаний, задаваемого сигналом, поступающим на второй вход ПИ регулятора

15 с шины задания амплитуды. Сигнал ошибки по амплитуде с выхода ПИ регулятора 15 поступает на первый вход бло- 5 ка умножения 17, коэффициент передачи которого пропорционален сигналу с выхода вычислителя абсолютного значения.

16, на один вход которого подается сит нал, пропорциональный заданной частоте . шины регулирования частоты, а на другой вход напряжение с шины смещающего напряжения. Напряжение с выхода блока 17 умножения поступает на вторые входы блоков 12 и 13 умножения, которые реализуют при подаче на их первые входы напряжений с выходов интегрирующих усилителей 10 и 11 коэффициенты обратных связей. При этом знак обратных связей, независимо от полярности сигнала на шине регулирования частоты, определяется по знаку ошибки амплитуды: если заданная амплитуда больше действительной, обратные связи положительны, в противном случае — отрицательны, а 2$ при их равенстве коэффициенты обратных связей равны нуло. Коэффициент обратных связей определяется не только ошибкой по амплитуде, но и абсолютной величиной заданной частоты, в результате чего $0 качество переходных процессов стабилизации не зависит от частоты колебаний и порядка чередования фаз (полярности сигнала на шине регулирования частоты.

Сигнал смешения на шине смещающего З$ напряжения обеспечивает необходимый коэффициент стабилизирующих обратных связей при частотах близких к нулю. В результате на выходах интегрирующих усилителей 10 и 11 получаются сигналы стабильной амплитуды, синфазные первым гармоникам входной:системы сигналов (с сильно подавленными высшими гармониками) .

Для обеспечения унификации блоков умножения по коэффициенту передачи

ВЬ! Х (="- (ц. ) и полного испольХ„- >Х, зования их динамического диапазона си налы с выходов датчиков Холла 1 и 2 поступают на входы операционных усилителей 18 и 19 (коэффициент их усиления зависит от типа датчиков}, а с их выходов - на входы вычислителя 3 модуля и

S5 блоков умножения 4 и 5. Кроме того, для обеспече.пж оптимальных режимов работы блоков умножения 4 и 5 и ПИ регулятора 6 в системах с широким диа10 пазоном изменения амплитуды потока возможно применение .блоков деления 20 и

21, при этом сигналы с выходов усилителей 18 и 19 поступают на входы блоков деления 20 и 21, на другие входы которых поступает сигнал с выхода вычислителя 3 модуля, в результате чего выходные сигналы датчиков Холла нормируются и на входы блоков 4 и 5 умножения с выходов блоков 20,21 деления поступают сигналы постоянной амплитуды.

Предложенное устройство для измерения модуля и направляющих конусов век« тора главного потокосцеплепия в машинах переменного тока характеризуется широким динамическим диапазоном и высокой точностью за счет введения операционных усилителей, апериодического усилителя, вычислителя квадрата модуля, ПИ регулятора, трех блоков умножения и вычислителя абсолютного значения.

Формула изобретения

Устройство для измерения модуля и, направляющих косинусов вектора главного потокосцепления в машинах переменного тока, содержащее два датчика Холла, вычислитель модуля, выход которого соединен с первой выходной шиной, первый и второй блоки умножения, регулятор, третий. и четвертый блоки умножения, выходы которых соединены .с первыми входами соответственно первого и второго интегрирующих усилителей, выходы которых подключены к второй и третьей выходным шинам и соединены с первыми входами четвертого и третьего блоков умножения соответственно и с первыми входами первого и второго блоков умножения, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона и повышения точности, в него введены первый и второй операционные усилители, апериодический усилитель, вычислитель квадрата модуля, пропорционально-интегральный регулятор, пятый, шестой и седьмой блоки умножения и вычислитель абсолютного значения, причем выходы датчиков

Холла соединены с входами первого и второго операционных усилителей, выходы которых соединены с входами вычислителя модуля и с вторыми входами первого и второго блоков умножения, выходы которых соединены с входами регулятора, выходом подключенного через апериодический усилитель к вторым входам третьего

/ ( Я »

1%

ВНИИПИ Заказ 8690/64 Тираж 717 Подписное

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 9743 и .-.етзертого Блоков умножения, выходы

1. первого и второго интегрирующих усилителей соединены с первыми Входами соответственно пятого и шестого блоков

jr ножеНИЯ И с ВХоДаМИ ВыЧИслнтелЯ квад g рата модуля, выходом соединеннОГО с изрытым Входом пропорпионально"- интеГраль

НОГО РеГУлЯтОРа, BToPoN ВхОд, KoTOPox О соединен с шиной задания амплитуды, первый вход Вычислителя абсолютного эна.10 чения подключен к вторым входам третьего и четвертого. блоков умножения, второй входс шиной смещающего напряжения, а выходс первым входом седьмого блока умноже10 8 ния, Второй Вход которого соединен с выходом пропор ио нально-интегрального регулятора, а выход подключен к Вторым, Входам пятого и шестого блоков умноже= ння, выходы которых соединены соответ ственно с вторыми входами п ервого и второго интегрирующих усилителей.

Источники информапии, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 767034, кл. С 01 Я 33/02, 14.06.76

1 4.06. 76.

2, Патент ФРУ No 2019263, кл. С, 01 8 33/02, 1976.