Устройство для формирования опорных сигналов управления синхронным двигателем

(9)51)5 Н 02 Р 7/ ГНИгг. ИДЕТЕЛЬСТ К АВТОРСКОМ объединение пов и А.Г. Лутво СССР Н 02 Р 7/42,СССРОЬАНИЯ ЛЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОПОРНЫХ СИГНАЛОВ УПРАВСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится к электротехнке и может быть использовано в приводах частотно-токовым управлением. Цель изобретения - расширение области применения путем использования фазовращателя с коэффициентом электрической редукции большим, чем у синхронного двигателя, Указанная цель достигается тем, что в устройство для формирования опорных сигналов управления синхронным двигателем введены вспомогательный датчик 7 положения для установки на валу синхронного двигателя 2 и узел сравнения 8, подключенный первым входом к выходу датчика 7, вто)ым входом - к выходу фазочувствительного выпрямителя 3, а выходом - к запрещающему входу делителя частоты 6. Устройство может найти применение при управлении как круговыми, так и линейными синхронными двигателями, 4 ил.5 10 15 25 30 35 40 50 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах с частотно-токовым управлением, в частности в линейном приводе.Известно устройство для формирования опорных сигналов управления синхронным двигателем, которое содержит коммутатор с двумя многофазными входами и одним мнагофазным выходом, синуснокосинусную матрицу нэ резисторах, последовательна соединенные фазорэсщепитель, формирователь импульсов, делитель частоты, формирователь гармонических функций и инвертор.Формирователь опорных сигналов управления с помощью синусно-косинусной матрицы на основе ступенчатой аппроксимации формирует трехфазный гармонический сиг нал, который поступает на выход устройства непосредственно, либо через инвертор 11.Недостатками устройства являются сложность, обусловленная многоканальным принципам построения, а также ограниченные функциональные возможности связанные с проблемой устранения неоднозначности выходного сигнала.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для формирования опорных сигналов. управления синхронным двигателем, содержащее фазовращатель, ротор которого механически соединен с ротором двигателя, фазочувствительный выпрямитель, выход которого является выходом устройства, задающий генератор, первый выход которого подключен к входным обмоткам фазоврэщателя, э второй - к первым входам фазочувствительного выпрямителя, выход фазовращателя подключен к входу формирова,еля коротких импульсов, делитель частоты с запрещающим входом, При этом делитель частоты подключен сигнальным входом к генератору импульсов, запрещающим входом - к выходу формирователя коротких импульсов, а выходом - , через фильтр к управляющему вхоДу фазочувствительного выпрямителя 2. Недостатком известного устоойства является ограниченная область пр 4 гменения, Представляется возможным управлять синхронным двигателем с использованием фазовращателей с коэффициентом электрической редукции меньше коэффициента электрической редукции синхронного двигателя.Целью изобретения является расширение области применения путем использования фазовращателей с коэффициентом электрической редукции больше коэффициента электрической редукции синхронного двигателя.Указанная цель достигается тем, что устройство для формирования опорных сигналов управления синхронным двигателем, содержащее фазовращатель, ротор которого механически соединен с ротором двигателя, фазочувствительный выпрямитель, выход которого является выходом устройства, задающий генератор, первый выход которога подключен к входным обмоткам фазовращателя, а второй - к первым входам фазочувствительного выпрямителя, выход фазовращателя подключен к входу формирователя коротких импульсов, делитель частоты с запрещающим входом, дополнительно содержит вспомогательный датчик положения ротора и узел сравнения, подключенный первым входом к выходу вспомогательного датчика положения ротора, вторым входом - к выходу фазочувствительного выпрямителя, а выходом подключенный к запрещающему входу делителя частоты, сигнальный вход которого подключен к выходу формирователя коротких импульсов, а выход - к управляющему входу фазочувствительного выпрямителя.На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для формирования опорных сигналов управления синхронным двигателем; на фиг. 2 - пример выполнения делителя частоты с коэффициентом деления на два; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие работу узла сравнения; на фиг, 4 - диаграммы сигналов на выходах функциональных узлов, поясняющие работу устройства.Устройство для формирования Опсрных сигналов управления синхронным двигателем содержит фазовращэтель 1, ротор которого механически сьязан с ротором синхронного двигателя 2, фазочувствительный выпрямитель 3, Выход которого является Выходом устройства, задающий генератор 4. Первый Выход задающего генератора 4 подключен к входныл обмоткам фазовращателя 1, а второй выход - к первьол входам фазочувствительного Выпрямителя 3, Выход фазовращателя 1 подключен к входу формирователя 5 коротких импульсов. Устройство содержИТ также делитель 6 частоты с запрещающим входом, Дополнительно устройство содержит вспомогательный датчик 7 положения ротора и узел 8 сравнения, подключенный первым входом к выходу Вспомогательного датчика 7 положения ротора, Вторым Входом - к выходу Фгзочувствительного выпрямителя 3, а выходом подключенный к запрещэющюлу входу делителя 6 частоты, Сигнальный еход последнего подключен к выходу фовюрователя 5коротких импульсов, а выход - к управляющему входу фазочувствительного выпрямителя 3.Выход последнего может быть связан с фазами синхронного двигателя 2 через управляемый источник 9 питания.Узел 8 сравнения обеспечивает сравнение фаз сигналов дополнительного дат,ика 7 положения ротора и логических сигналоэ, соответствующих знакам выходных сигналов фазочувствительного выпрямителя 3.Делитель б частоты с запрещаю,.цим входом обеспечивает деление имгульсов, поступающих на его сигнальный вход с формирователя 5 коротких импульсов, на эиксированный коэффициент, При наличии сигнала управления на запрещающем входе делитель б частоты переводится в режим повторителя импульсов, не производя операцию деления, Пои реализации устройства с фазовращателем, коэффициент электротехнической редукции которого в два раза выше коэффициента электрической редукции синхронного двигателя, применяется делитель частоты на два (фиг. 2), включающий два О-триггера 10 и 11, логические элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 и И 13. Вход триггера 10 является запрещающим входом делителя частоты, В данном деллтеле частоты в результате подачи запрещающего сигнала с выхода узла 8 сравнения происходит сдвиг фазы выходных импульсов на лфазочувствительный выпрямитель 3 в упрощенном варианте представляет собой два элемента выборки-хранения, каждый иэ которых включает в себя управляемый ключ и запоминающий конденсатор. Входные цепи ключей образуют двухфазный вход, а цепи коммутации ключей - вход управления фазочувствител ьн ы м вы прямителем 3.Устройство для формирования сигналов управления синхронным двигателем работает следующим образом,В качестве синхронного двигателя 2 рассмотрим линейный индукторный двигатель, а в качестве фазовращателя 1 - датчик индуктивный линейных перемещений, Шаг эубцовой зоны двигателя 2 равен удвоенному шагу печатных обмоток фазовращателя 1,Согласно частотно-токовому способу управления в фазных обмотках синхронного двигателя 2 необходимо формировать токи управленияд= Ь 1 Е Од, в= И 1 Р Ов, (1)где Од и Ов - опорные сигналы управлениясинхронным двигателем и(3) Оз= Кэ ьп й) . Ос= Кз соз и 1, (4) 30 где Кз - постоянная величина.На его управляющий вход поступает последовательность кооотких импульсов. Вкаждом канале фазочувствительного вйпрямителя 3 в момент прихода короткого ком 35 мутирующего импульса замыкается ключ, иконденсатор заряжается до напряжения,равного напряжению на входе ключа. Послеоаэмыкания ключа напряжение на конденсатоое запоминается.40 Коммутирующие импульсы, -поступающие на управляющий вход фазочувствительного выпрямителя 3, выоабатываютсяследующим образом,Входные обмотки фазовращателя 1,за 45 писываются синусоидальным напряжениемс двойной частотой 2 в . В выходной обмотке наводится ЭДС(5)О 1= К 4 зп 2 Ф 1-9 р Г 0Х -где 1 т атХаргумент, определяющий положение подвижного элемента фазовращателя вдольнаправления движения Х;55 тд - шаг печатных обмоток фаэовращателя;К 4 - постоя н на я величина,Поскольку гдт = 2 тдт, то согласно (3)выражение ЭДС (5) приводлтся к виду р - арг, мент, определяющий положение подвижного элемента двигателя вдольнаправлв ия движения Х;10 тд - шаг эубцовсй эоны двигателя,Г - задание требуемой силы тяги двигателя;К 1 и К 2 - постоянные величины,Требуемые то.и (1) в обмотках двигате 15 ля ,2) вырабатыва отся управляемым источником 9 пита,ия. Приходяьцие на егодвухфазный вход опорные сигналы (2) перемножаются внутри блока с сигналом задания силы тяги Р (не показан), и полученные20 результаты преобразуются в пропорциональные им токи управления 1 д и 1 в.Опорные сигналы управления (2) вырабатываются фазочувствительным выпрямителем 3, На вход 14 фазочувствлтельного25 выпрямителя 3 приходит двухфазное синусоидальное напряжение с частотой в"звОРц Озв( 0 01= Ка 3 и 2 ( а т - ф ), (6)Формирователь 5 вырабатывает короткие импульсы в моменты смены знака его входного сигнала с отрицательного на положительный, В соответствии с (6) короткие 5 импульсы на выходе формирователя 5 возникают в моменты времени Сформированные импульсы поступают на сигнальный вход 15 делителя 6 частоты (фиг, 2). С выхода последнего также снимаются короткие импульсы, но уже следующие 15 с частотой, уменьшенной в два раза. Эти импульсы и становятся коммутирующими импульсами фазочувствительного выпоямителя 3,В зависимости от начального состояния 20 триггеров 10 и 11 на выход логического элемента И 13 проходят импульсы в моменты времени ть 1= О, 2, 4:., или в моменты ть 1= :1, 3, 5., В первом случае, согласно (4) и (7) конденсаторы элементов выборки-хране ния фазочувствительного выпрямителя 3 заряжаются до напряжений 0 (т е )=Кз в 1 п (р ( в ) + Ф л)=Кз 3 и р ( );30 О,(с)=Кзсоз(р (а)+л) = Кзсозфт) и запоминают эти напряжения в промежутках между коммутирующими импульсами. 35На ьыходе фазочувствительного выпрямителя 3 сформируются кусочно-постоянныенапряжения, представляющие собой аппроксимации опорных сигналов управления(2), Во втором же случае конденсаторы заряжаются до напряжений 1 А (о )= - Кз з 3 п ср ( о )Ос(о) =- Кз сову (О)и на выходе фазочувствительного выпрямителя 3 сформируются сигналы, инверсныетребуемым сигналам управления,В этом случае (фиг. 2) с приходом положительнога импульса на запрещающий 50 вход 16 делителя 6 частоты изменяется логический сигнал на первом входе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12, тем самым выходной сигнал элемента И 13 смещается по фазе на угол й, что приводит к формирова нию нэ выходе фазочувствительного выпрямителя 3 требуемых опооных сигналов,Запрещающий положительный импульс делителя 6 частоты вырабатывается узлом 8 сравнения в соответствии с логическим уравнением Чгде,Озд, Озв - логические сигналы, соответствующие знакам выходных сигналов фазочувствительного выпрямителя 3 и 01 - Ц - выходные логические сигналы вспомогательного датчика 7 положения ротора.Логические сигналы Ор - О Озд, Озв являются функциями аргумента р (выражение 3) и изображены на фиг. 3. При этом сигналы 01 - О, характеризуются параметрамиф)= 1, 2, 8, которые определяют возможный разброс границ единичного уровня выходных логических сигналов вспомогательного датчика 7 положения ротора.Необходимо, чтобы О ц-,7 г4Когда на выходе фазочувствительного выпрямителя 3 сформируются сигналы, соответствующие опорным сигналам управления (2), то функционирование устройства находится в полном соответствии с принципом частотно-токового управления, Если же выходные сигналы фазочувствительного выпрямителя 3 оказываются инверсными требуемым сигналам, то узел 8 сравнения сформирует управляющий положительный импульс, который переводит делитель б частоты в режим повторения и после смещения выходного сигнала делителя б частоты по фазе на угол л обеспечивает дальнейшее деление, тем самым приводит выходной сигнал фазочувствительного выпрямителя 3 к требуемому виду,Таким образом, использование предлагаемого устройства дает возможность управлять синхронным двигателем с использованием фазовращателей, у которых коэффициент электрической редукции больше коэффициента электрической ре- дукции двигателя. За счет этого расширяется область применения устройства для Формирования опорных сигналов, Предлагаемое устройство может найти применение при управлении как круговыми, тэк и линей 1700737 10ными синхронными двигателями, Линеиный электропривод, построенный на основе линейногО индукторного двигателя с частотно- токовым управлением, позволяет расширить диапазон регулирования скорости 5 перемещения исполнительных механизмов.формула изобретения Устройство для формирования опорных сигналов управления синхронным двигате лем, содержащее фазовращатель, ротор которого предназначен для механического соединения с ротором синхронного двигателя, фазочувствительный выпрямитель, выход которого образует выход названногс 15 устройства, задающий генератор, первый выход которого подключен к входу фазовращателя, а второй - к первому входу фазочувствительного выпрямителя, формирователь коротких импульсов, подключенный входом к выходу фазовращателя, и делитель частоты с запрещающим входом, о т л.и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения области применения путем использования фазовращателя с коэффициентом электрической редукции большим, чем у синхронного двигателя, введены вспомогательный датчик положения ротора синхронного двигателя и узел сравнения, первый вход которого подключен к выходу указанного вспомогательного датчика положения ротора, второй вход - к выходу фазочувствительного выпрямителя а выход узла сравнения соед нен с запре;ца оцим входом делителя частоты, сигнальный вход которого подключенвыходу формирователя коротких импульсов, а выход - к второму входу фазочувствительного выпрямителя..Гагарина,Заказ 4477 Тирак ВНИИПИ Государственного комитет 113035, Москва, Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР35, Раушская наб 4/5