Формирователь многофазного синусоидального напряжения для частотно-управляемого электропривода

(19) (11) 59 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКО ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ(54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ ЛНОГОФАЗНОГО СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМОГО ЭЛЕКТРО- ПРИВОДА.57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, для задания частоты скольжения в асинхронномм электроп риводе с частотно-токовым я)5 Н 02 Р 5/34, 7/42, Н 03 1 1/О управлением, Целью изобретения является повышение точности путем устранения пульсирующей составляющей напряжения. С этой целью в формирователе многофаэного синусоидального напряжения для частотно-управляемого электропривода выходы апериодических звеньев 5,9 подключены к вторым входам умножителей 7, 11 и 3, 12 соответственно. Входы делимых блоков 13, 14 деления подключены к выходам соответствующих блоков 1, 2 задания напряжений постоянного тока. Выход первого блока 13 деления подключен к объединенным между собой первым входам первого и второго умножителей 3, 7, а выход второго блока 14 деления - к обьединенным между собой первым входам третьего и четвертого умножителей 11, 12. 1 з.п. ф-лы, 2 ил,5 10 50 55 Изобретение относится к электротехнике, и может быть использовано, например, для задания частоты скольжения в асинхронном электроприводе с частотно-токовым управлением,Целью изобретения является увеличение точности путем устранения пульсирующей составляющей напряжения.На фиг. 1 приведена функциональная схема формирователя многофазного синусоидального напряжения для частотно-управляемого электропривода; на фиг. 2 - схема блока деления.Формирователь многофазного синусоидального напряжения для частотно управляемых электроприводов содержит два блока 1 и 2 заданий напряжений постоянного тока (фиг. 1), последовательно соединенные первый умножитель 3, первый сумматор 4, первое апериодическое звено 5 и первый инвертирующий усилитель 6, последовательно соединенные второй умно- житель 7, второй сумматор 8, второе апериодическое звено 9 и второй инвертирующий усилитель 10, третий и четвертый умножители 11 и 12, подключенные выходами к вторым входам первого и второго сумматоров 4 и 8 соответственно, два блока 13 и 14 деления и блок 15 определения амплитуды, соединенный входами с выходами апериодических звеньев 5 и 9 и инвертирующих усилителей 6 и 10. При этом первые входы умножителей 3 и 7 объединены между собой, а выход блока определения амплитуды подключен к входам делителей блоков 13 и 14 деления. Выход апериодического звена 5 подключен к вторым входам умножителей 7 и 11, Выход апериодического звена 9 подключен к вторым входам умножителей 3 и 12. Выходы делимых блоков 13 и 14 деления подключены к выходам соответствующих блоков 1 и 2 задания. Выход блока 13 деления подключен к объединенным между собой первым входам умножителей 3 и 7, а выход блока 14 деления подключен к объединенным между собой первым входам умножителей 11 и 12. Выходы апериодических звеньев 5 и 9 могут быть подключены к преобразователю 16 числа фаз, осуществляющему преобразование двухфазной системы напряжений в а-фазную,Каждый из блоков 13 и 14 деления может быть выполнен в виде широтно-импульсного преобразователя с пороговым элементом 17 (фиг. 2), ЯС-цепью 18, диодным мостом 19 и двумя резисторами 20 и 21, первые выводы котОрых образуют разнополярный вход делителя блока деления. Другие выводы резисторов 20 и 21 подключены к одной иэ диагоналей диодного 15 20 25 30 35 40 45 моста 19, другая диагональ которого подключена к входу и выходу порогового элемента 17, Общая точка элементов ВС-цепи18 подключена к входу порогового элемента 17, выход которого и другой вывод резистора ВС-цепи 18 образуют соответственно выход и вход делимого блока деления.Каждый из умножителей 3, 7, 11 и 12 может быть выполнен на основе операционного усилителя 22 и ключа 23, управляющий вход которого образует первый вход умножителя. Второй вход умножителя образованинвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя 22, связанными через резисторы,Клоки заданий напряжений постоянного тока могут быть выполнены в виде потенциометров, выводами подключенных кшинам питающего напряжения. Сумматоры4 и 8, апериодические звенья 5 и 9, инвертирующие усилители 6 и 10 выполняются наоснове операционных усилителей.Формирователь двухфазного синусоидального напряжения функционирует следующим образом.Апериодические звенья 5 и 9 вклю-,чены в последовательный замкнутый контур, аналогичный контуру так называемого"электрического маятника". Каждое из указанных звеньев 5 и 9 охвачено, кроме того,цепью положительной обратной связи через умножители 11 и 12 соответственно,обеспечивающей компенсацию активнойсоставляющей выходного тока. При этомапериодические звенья в контуре колеба-.ний имеют по существу роль интеграторов,Для упрощения аналитического анализа процессов в формирователе полагаем,что коэффициенты передачи блоков 13 и 14деления и определителя амплитуды равныединице, коэффициенты передачи. другиходнотипных элементов равны между собой,Для напряжений О, Од на выходах апериодических звеньев 5 и 9 в установившемся режиме работы имеем (в операторнойформе: О(Р) К" К 2 О 1 Т О(р) Оо,1+рТ(1)О(а) =К К 2 О+ Т О(р)+Оо, КзОО 1+рТ О(р)где К 1, К 2, Кз - коэффициенты статической передачи сумматоров, умножителей и апериодических звеньев соответственно;Т - постоянная времени апериодических звеньев;Оа, Оо - напряжения задания постоянного тока,О - напряжение на выходе блока 15, определяемое по выражению; О = От +Од, (2) Решение системы уравнений (1) с учетом (2) относительно От, Од приводит к дифференциальным уравнениям 2-го порядка видар х+а 1 рх+а 2 х=О, (3) где х - переменное напряжение в контуре генерирования колебаний (От или Од),а 1. а 2 - коэффициенты, зависящие от напряжений задания Оа, Оо, амплитуды О, коэффициентов К 1 - Кз и постоянной времени Т.Уравнение (3) описывает систему с незатухающими колебаниями при выполнении условия а 1=0 илиК 1 К 2 Кз=О(4)ОрС учетом (4) уравнение (3) преобразуется к видурх+ аРх- О (5)где и - частота колебаний напряжений О 1 Ор Т(8) О =К 1 К 2 Полученные выражения (6)-(8) соответ- ствуют требованиям формирования управляющих воздействий в электроприводе с частотно-токовым управлением, в котором сигналы От, Од определяют задания на токи в соответствующих фазах двухфазного асинхронного двигателя, а сигналы Оо, Оа определяют соответственно реактивнуюр и активную 1 составляющие тока статора во вращающейся ортогональной системе координат, ориентированной относительно5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 опорного вектора потокосцепления и вращающийся относительно неподвижного статора с частотой скольжения (т.е. и = И ). При этом реализация (7) связана с получением нормированных с единичной амплитудой гармонических опорных функций зл ы, сов ил, характеризующих текущее угловое положение опорного вектора относительно соответствующих фаэ неподвижного статора. Указанные нормированные гармонические функции можно получить, как это следует из сопоставления (1) и (7), путем деления соответствующей фазной составляющей От, Од выходного напряжения на его модуль О.Поскольку каждый из блоков деления имеет соответственную погрешность (достигающую 3 - 5 при широтно-импульсном преобразовании сигналов), а полученные с их помощью каждая из нормированных гармонических функций определяет как реактивную, так и активную составляющие тока статора в двигателе, то суммарный вектор тока имеет дополнительную пульсирующую составляющую, соответствующую погрешностям блоков деления и изменяющуюся с частотой изменения выходных напряжений формирователя, Это в свою очередь определяет колебания момента на валу двигателя и низкую точность управления. Компенсирование указанных возмущений по токустатора в электроприводе предьявляет дополнительные требования к расширению полосы пропускания замкнутых контуров регулирования фазных токов.При реализации (1) получают частныеОа Оаи и с помощью блоков 13 и 14 деления, подключенных к выходам блоков 1 и 2 задания. Теперь каждое из указанных частных определяет лишь одну из составляющих тока статора, реактивную и активную соответственно, Вектор тока в статоре двигателя не имеет при этом пульсирующей составляющей, определяемой погрешностями блоков деления, благодаря чему повышается точность управления моментом в злектроприводе, Имеющаяся постоянная по величине погрешность может быть скомпенсирована в замкнутом контуре регулирования тока без дополнительных требований к полосе пропускания,В каждом из блоков 13 и 14 деления (фиг. 2) осуществляется преобразование соответствующего напряжения задания Оа, Оо в напряжение пилообразной формы с помощью ВС-цепи 18 и порогового элемента 17. Величина порога срабатывания опре 1598096деляется соотношением резисторов в цепиобратной связи с резистора, подключенногок неинвертирующему входу операционногоусилителя, При достижении напряжения заряда на конденсаторе ВС-цепи 18 уровня, 5соответствующего порогу срабатыванияэлемента 1, напряжение на выходе этогоэлемента и ток заряда конденсатора меняют знак,Напряжение, соответствующее модулю 10О (двухполярное), поступает на цепь, состоящую из резисторов 20 и 21 и диодногомоста 19. При равенстве нулю модуля О, т.е.при О=О, напряжение на выходе пороговогоэлемента 17 (на выходе блока деления) 15представляет собой раэнополярное напряжение прямоугольной формы с одинаковойдлительностью положительных и отрицательных импульсов (скважность равна нулю). При О 0 обеспечивается изменение 20порога срабатывания элемента 17 в ту илииную сторону и напряжение на его выходеимеет различные длительности положительных и отрицательных импульсов (скважность не равна нулю). Соотношение 25длительностей указанных импульсов(скважность) определяется соотношениемнапряжений Оа(00) и О, что соответствует,операции деления,Таким образом, введение в предлагаемый формирователь многофазного синусоидального напряжения блоков деления,подключенных входами делимых к выходамсоответствующих блоков заданий напряжений, позволяет в сравнении с известным 35получить выходные напряжения с более высокой точностью, без пульсирующей составляющей, определяемой погрешностямиблоков деления, и изменяющиеся с частотой колебаний. Применение формирователя 40в электроприводе с частотно-токовым управлением в качестве задатчика частотыскольжения обеспечивает увеличение на 3 -5; точности формируемых токов статора имомента на валу двигателя. 45Формула изобретения1, Формирователь многофазного синусоидалы ого напряжения для частотно-управляемого электропривода, содержащий два блока заданий напряжений постоянного тока, последовательно соединенные первые умножитель, сумматор, апериодическое звено и инвертирующий усилитель, последовательно соединенные вторые умножитель, сумматор, апериодическое звено и инвертирующий усилитель, третий и четвертый умножители, подключенные выходами к вторым входам первого и второго сумматоров соответственно, два блока деления и блок определения амплитуды, соединенный входами с выходами апериодических звеньев и инвертирующих усилителей, при этом первые входы первого и второго умножителей объединены и первые входы третьего и четвертого умножителей объединены, а выход блока определения амплитуды подключен к входам делителей блоков деления, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности путем устранения пульсирующей составляющей напряжения, выход, первого апериодического звена подключен к вторым входам второго и третьего умножителей, выход второго апериодического звена - к вторым входам первого и четвертого умножителей, входы делимого блоков деления подключены к выходам соответствующих блоков задания напряжений постоянноготока, выходы первого и второго блоков деления подключены к объединенным первым входам соответственно первого и второго, третьего и четвертого умножителей.2. Формирователь по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что каждый блок деления выполнен в виде широтно-импульсного преобразователя с пороговым элементом, ЯС- цепью, диодным мостом и двумя резисторами, первые выводы которых образуют разнополярный вход делителя блока деления, другие выводы резисторов подключены к одной иэ диагоналей диодного моста, другая диагональ которого подключена к входу и выходу порогового элемента, при этом общая точка элементов ВС-цепи подключена к входу, порогового элемента, выход которого и другой вывод резистора ЯС-цепи образуют соответственно выход и вход делимого блока деления.1598096Составитель А,Головченко Редактор Н.Лазаренко Техред М.Моргентал Корректор А.Обручар аказ 3067 Тираж 459 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101