Устройство для управления электродвигателем переменного тока

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК ц 4 Н 02 Р 7/42 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯА ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 33 и А, Г. Мурач 72.9 (088.8) гулин А. М, Цифроя инвертором с шиулятором. - Применебразователей в элеквещаний 1972, вып. ство СССР7/42, 1980,ТОКА 57) Изобретение о ике. Целью изобрщение за счет ис реобразователей и о и параллельного пр тносится к электротехтени я является упроключения аналоговых беспечения возможносеобразования информаГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(46) О,09.87. Бюл.(72) В. С. Протопопов (53) 62-83:621.313.33.0 (56) Обухов С. Г., Ра вая система управлени ротно-импульсным мод ние тиристорных прео тротехнике: Труды Со 1.М.Авторское свидетель813653, кл. Н 02 Р УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ КТРОДВИГАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО ции и повышение точности. Указанная цель достигается введением в устройство управления электродвигателем переменного тока трехфазного генератора 10 импульсов и выполнением формирователя 3 гармонического сигнала в виде соединенных между собой цифрового генератора1 пилы, (т+1) -разрядного сумматора 12, инвертора кода 13, формирователя 14 кода синусоидальных сигналов. Формирователь импульсов составлен из соединенных между собой схемы сравнения 15, оперативно-запоминающих устройств 16 и двухвходовых схем И 17. В результате уменьшается количество блоков, объем постоянно-программируемого запоминающего устройства, гарантируется равная величина частот и амплитуд выходных фазных на- с пряжений преобразователя частоты 5, увеличивается помехоустойчивость, Уменьшается фр зависимость работы устройства от температуры и колебаний питающего напряжения.1Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электродвигателем, преимущественно с частотным управлением,Целью изобретения является упрощение конструкции за счет исключения аналоговых преобразователей и обеспечения возможности параллельного преобразования информации и повышение точности.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для управления электродвигателем переменного тока; на фиг. 2 - структурная схема генератора пилы; на фиг. 3 - диаграммы процесса формирования кода углов трех фаз; на фиг. 4 диаграммы процесса формирования кода синусоидального сигнала; на фиг. 5 диаграммы процесса формирования кода амплитуды; на фиг. 6 и 7 - диаграммы процесса формирования импульсов силовых ключей.Устройство для управления электродвигателем переменного тока содержит блок 1 рассогласования, блок 2 аналого-цифрового преобразования, формирователь 3 гармонических сигналов, формирователь 4 импульсов, управляемый преобразователь 5 частоты, подключенный выходом к электродвигателю 6 переменного тока, датчик 7 измеряемого параметра, генератор 8 пилы, распределитель 9 импульсов и трехфазный генератор 10 импульсов. формирователь 3 гармонических сигналов состоит из цифрового генератора 11 пилы, (т+1) -разрядного сумматора 12, инвертора 13 кода и формирователя кода синусоидальных сигналов, выполненного в виде постоянно-программируемого запоминающего устройства 14. Первые входы четных разрядов сумматора 12 соединены с третьей фазой С трехфазного генератора 10 импульсов, первые входы нечетных разрядов сумматора 12 - с второй фазой В трехфазного генератора 10 импульсов, вторые входы (к+1) -разрядного сумматора 12 подключены к выходу цифрового генератора 11 пилы, вход которого подключен к выходу блока 2 аналого-цифрового преобразования, Выходы т - 1 разрядов сумматора 12 соединены с первыми входами инвертора 13 кода, вторые входы которого соединены с выходом т-го разряда сумматора 12. Выход (т+1)-го разряда сумматора 12 подключен к первым входам распределителя 9 импульсов, вторые входы которого соединены с соответствующей фазой трехфазового генератора 10 импульсов. Выходы инвертора 13 кода подключены к входам постоянно-программируемого запоминающего устройства 14. Формирователь 4 импульсов состоит из схемы 15 сравнения, трех оперативно-запоминающих устройств 16 и шести двухвходовых схем И 17. Первые входы схемы 15 сравнения подключены к выходам постоянно-программируемого запоминающего устройства 14, а вторые - к выходам генератора 8 пилы. Выход схе 40 45 50 55 П 3.4 2 Я 1 2 л+ 2 Ям5 10 15 20 25 30 35 мы 15 сравнения связан с первыми входами оперативно-запоминающих устройств 16, вторые входы которых связаны с соответствующими фазами трехфазного генератора 1 О импульсов. Выходы оперативно- запоминающих устройств 16 связаны с соответствующими входами схемы И 17, вторые входы которых соединены с соответствую- шими выходами распределителя 9 импульсов. Выходы оперативно-запоминающих устройств 16 связаны с соответствующими входами схемы И 17, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами распределителя 9 импульсов. Выходы схем И 17 образуют выходы формирователя импульсов, которые соединены с управляющими входами преобразователя 5 частоты, выходы которого соединены с входом электродвигателя 6 переменного тока. Датчик 7 измеряемого параметра входом соединен с выходом электродвигателя 6 переменного тока, а выходом - с блоком 1 рассогласования, на другой вход которого приходит сигнал Оз задания. Выход блока 1 рассогласования соединен с входом блока 2 аналого-цифрового преобразователя и первым входом преобразователя 18 напряжение - частота генератора 8 пилы (фиг. 2). Второй вход преобразователя 18 напряжение в частота соединен с выходом генератора 19 импульсов, а выход - с первым входом (т - 1)- разрядного счетчика 20, выходы которого являются выходами генератора 8 пилы, соединенными с выходами формирователя 21 запрета счета. Выход генератора 19 импульсов соединен с входом делителя 22 частоты, выход которого соединен с вторым входом счетчика 20, третий вход которого соединен с выходом формирователя 21 запрета счета,Устройство работает следующим образом.Блок 1 рассогласования сравнивает сигнал задания (Оз) от внешнего задающего устройства и сигнал с выхода датчика 7 измеряемого параметра, Сигнал рассогласования 1 Ь подается на вход блока 2 аналогоцифровго преобразования. На выходе последнего получается последовательность импульсов (фиг. 3), частота которых прямо пропорциональна амплитуде входного сигнала. Последовательность импульсов(фиг. 3) приходит на вход цифрового генератора 11 пилы, представляющего собой двоичный (т+1)-разрядный счетчик с самосбросом. С выхода цифрового генератора 11 пилы идет (т+1) -разрядный параллельный двоичный код (фиг. 3). Пусть 2 - модуль пересчета двоичного счетчика генератора 11 пилы, тогда углу 2 л соответствует число 2 . Выход счетчика является однофазным, для преобразования его в трехфазный сигнал служит сумматор 12.Можно доказать, чтоее Раскрывают формулу () и преобразуют 1 Т-2"= 2" +2=2 + 2-+ 22" +2=4(5)Аналогично можно найти числа, соответствующие углам 2 л, 2 л/3, 4 л/3 для т нечетных.Пусть в момент времени на выходедвоичного счетчика генератора 11 пилы кодимеет числовое значение, равное М. Емусоответствует угол синусоидального сигналаХ, пусть это будет углом синусоиды фазы А.Тогда фазе В соответствует угол (Х+2 л/3),что в цифровых градусах имеет вид(М+". 2"), а фазе С - угол (Х+4 л/3), чтов цйфровых градусах имеет вид (М+Ю-2 и - )с-В данном устройстве такое преобразование осуществляется следующим образом.Пусть число разрядов выхода цифрового генератора 11 пилы равно т+1, где тчетное число. Трехфазный генератор 10 импульсов выдает при последовательностиимпульсов Аь В и С (фиг. 3). Так каккод на выходе цифрового генератора 11 пилысоответствует углу синусоиды фазы А, то вмомент опроса фазы А первое слагаемоесумматора 12 должно равняться нулю, иначе выходы трехфазного генератора 10 импульсов В и С должны подавать на входсумматора 12 сигнал логического 0(фиг. 3). При опросе фазы В первое слагаемое сумматора 12 должно равняться числу, соответствующему углу синусоиды, равному 2 л/3, которое в цифровых градусахравно выражению (5). Это число в двоичном 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 коде содержит во всех четных разрядах 0, а в нечетных - . В устройстве в момент опроса фазы В выход В генератора 10 импульсов имеет значение логической 1, которая подается на каждый первый вход нечетного разряда сумматора 2, а на первый вход четного разряда сумматора 2 подается сигнал С выхода трехфазного генератора 12 импульсов, имеющий значение логического 0 (фиг. 3), В момент опроса фазы С, как видно из выражения (4), первое слагаемое сумматора 12 должно содержать в нечетных разрядах 0, а в четных - 1,На фиг. 4 показана синусоидальная кривая (япа). Если записать в постоянно- программируемом запоминающем устройстве 14 значения синусоиды в промежутке от 0 до л/2, то можно формировать синусоидальный сигнал исходя из следующих соображений. В промежутке от 0 до л/2 или в соответствующем ему цифровом промежутке от 0 до 2при возрастании кода на входе постоянно-программируемого запоминающего устройства 14 на его выходе имеется код восходящей ветви синусоиды. Если в промежутке от л/2 до л или соответствующем ему в цифровом промежутке от 2" до 2сделать код на входе постоянно-программируемого запоминающего устройства 14 убывающим, то на его выходе будет код синусоиды падающей ветви. Это равнозначно тому, что входной код проинвертирован. В промежутке от л до Зл/2, что соответствует цифровому промежутку от 2до (2" +2" ), начинается восходящая ветвь отрицательной полуволны синусоиды. При подаче на вход постоянно-программируемого запоминающего устройства 14 прямого кода на его выходе имеют код восходящей ветви синусоиды, а в промежутке от Зл/2 до 2 л, соответствующем цифровому промежутку от (2" + +2 ) до 2, при подаче на вход постоянно-программируемого запоминающего устройства 14 инвертированного кода с его выхода имеют код падающей ветви синусоиды, причем в промежутке от л до 2 л, в цифровом значении от 2до 2", код синусоиды выпрямлен, т. е. знак пока не учитывают (фиг. 4, яппи).Функцию управляемого инвертора выполняет инвертор 13 кода, состоящий из т - 1 логических элементов и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. На первые входы инвертора 13 и кода подаются сигналы с т - 1 младших разрядов выхода сумматора 12, и на вторые входы подается сигнал с выхода разцяда сумматора 12. Как видно из фиг, 4 (а, сс и зпад, где а - выход т гогразряда сумматора 12; а - код на выходе инвертора 13 кода), при значениях т-го разряда выхода сумматора 12, равных логическому 0, код угла синусоиды инвертировать не надо, а при значениях логической 1 код нужно прои нверти ровать.5Знак синусоиды определяется (т+1)-м раз. рядом выхода сумматора 12 (фиг. 4, а" и з 1 па). При его значении 0 знак синусоиды положительный, а при значении 1 - отрицательный. Работа устройства рассмотрена без учета разделения по времени, однако на выходе постоянно-программируемого запоминающего устройства 14 образуется трехфазная совокупность кодов выпрямленного синусоидального сигнала с разделением по времени в соответствии с управляющими импульсами трехфазного генератора 10 импульсов. Для получения знаков синусоиды каждой фазы служит распределитель 9 импульсов, представляющий собой три ячейки оперативно-запоминающего устройства, на информационный вход каждой ячейки поступает сигнал с (т+1) -го разряда выхода сумматора 12, а на управляющие входы подаются сигналы А, В и С (фиг, 3).Генератор 8 пилы работает следующим образом. Сигнал с выхода блока 1 рассогласования поступает на вход преобразователя 18 напряжение - частота, на выходе которого имеют последовательность импульсов, синхронизированных с импульсами с выхода генератора 19 импульсов. Работа блока 2 аналого-цифрового преобразования и трехфазного генератора 10 импульсов также синхронизирована с работой генератора 19 импульсов, Частота 1 выходных импульсов преобразователя 18 напряжение - частота изменяется в зависимости от амплитуды управляющего сигнала Бу и имеет вид, показанный на фиг. 5. На счетный вход счетчика 20 поступают импульсы с выхода преобразователя 18 напряжение - частота. Выход счетчика 20 представляет собой (т - 1) -разрядный параллельный двоичный код, Выход каждого разряда поступает на вход формирователя 21 запрета счета, представляющего собой (т - 1)-входной логический элемент И-НЕ. При переполнении регистра счетчика 20 с выхода формирователя 21 запрета счета на вход запрета счетчика 20 поступает сигнал логического 0 и счет останавливается. При приходе на вход обнуления счетчика 20 тактового импульса т-. с выхода делителя 22 происходит обнуление всех разрядов счетчика 20, формирователь 21 запрета подает на вход запрета счетчика 20 сигнал логической 1 и счет возобновляется, Таким образом, на выходе счетчика 20 имеют код, числовое значение Ац которого меняется во времени (фиг, 5) - цифровая пила, угол наклона которой меняется в зависимости от частоты импульсов на выходе преобразователя 18 напряжение - частота. При значениях амплитуды управляющего сигнала (/у на входе преобразователя 18 напряжение - частота, попадающих в промежуток от 0 до (l, цифровая пила имеет постоянный самый большой угол наклона, а при значениях управляющего сигнала, попадающих в промежу 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ток от У до У, угол наклона линейно уменьшается до определенного минимального значения и при 0)О остается постоянным, причем между моментом достижения цифровой пилой максимума и приходом следующего тактового импульса такт имеется определенный промежуток времени т, необходимый для разделения импульсов при минимальном угле наклона цифровой пилы. Эти ограничения необходимы для обеспечения устойчивой и надежной работы силовых транзисторных ключей, имеющих задержки во включении и выключении.Таким образом, (т - 1)-разрядный код синусоиды с выхода поетоянно-программируемого запоминающего устройства 14 и (т - 1) -разрядный код амплитуды с выхода счетчика 20 поступают на входы схемы 15 сравнения, представляющую собой (т - 1)- разрядную схему сравнения двух двоичных чисел. Выход схемы 15 сравнения имеет значение логической 1, если числовое значение кода гармонического сигнала больше числового значения кода амплитуды, и логического 0, если числовое значение кода гармонического сигнала меньше значений кода амплитуды. На фиг, 6 (з 1 пад,А, В и С) показан код синусоид фаз А, В и С, разделенный по времени в соответствии с импульсами А. В и С трехфазного генератора 10 импульсов, Ац - числовое значение цифровой пилы, изменяющееся во времени, Я - выход схемы 15 сравнения. Для разделения по трем каналам выходных импульсов схемы 15 сравнения служит оперативно-запоминающее устройство 16, состоящее из трех ячеек, на информационные входы которых подается сигнал с выхода схемы 15 сравнения, а на управляющие входы - импульсы опроса А, В и С с выхода трехфазного генератора 10 импульсов (фиг, 6). Импульсы на выходе оперативно-запоминающего устройства 16 А 4, В 4 и С 4 (фиг. 6) имеют частоту, равную частоте тактовых импульсов с выхода делителя 22 частоты. Ширина импульсов пропорциональна коду синусоидального сигнала и обратно пропорциональна углу наклона цифровой пилы. Для разделения по полу- волнам синусоид всех трех фаз используется коммутатор полупериодов, состоящий из шести логических двухвходовых схем И 17, первая пара которых разделяет по полуволнам управляющий сигнал в виде импульсов А фазы А в соответствии с управляющими сигналами Аз и Аз с выхода первой ячейки оперативно-запоминающего устройства 6. Аналогично разделяются по полу- волнам управляющие сигналы В и С, фаз В и С (фиг. 7, Аз, Вь, Сз, Аз, Аь, Вь, Вс, Сь, Сг где АгВ и Сг, - импульсы управления силовыми ключами положительной полуволны фаз А, В и С; Аь, Вь и Сь - импульсы управления силовыми ключами отрицательной полуволны фаз А, В, С, причем на диаграмме з 1 пм, для наглядности не1336188 формула изобретения Риг. указано разделение по времени, а показан вид огибающих синусоид фаз А, В и С), Сигналы А, А, Вх, Вю, Ск и Сб управляют силовыми ключами, которые подают импульсы высокого напряжения к статорным обмоткам электродвигателя переменного тока. Изобретение позволяет упростить схему устройства, так как в три раза уменьшается количество блоков формирования гармонических сигналов, в которых исключается преобразователь код - аналог, и уменьшается объем постоянно-программируемого запоминающего устройства (наиболее дорогостоящие блоки). Так как формирование амплитуды и частоты управляющего сигнала производится в цифровом виде и на одних и тех же элементах, гарантируется равная величина частот и амплитуд выходных фаз преобразователя частоты, увеличивается помехоустойчивость, уменьшается зависимость работы устройства от температуры и колебаний питаюшего напряжения. Этим повышается точность работы устройства для управления электродвигателем переменного тока. Цифровое преобразование управляющих сигналов, применяемое в схеме устройства для управления электродвигателем переменного тока, позволяет применить большую интеграцию элементов и всю схему разместить в одной большой интегральной схеме, что приводит к удешевлению и удобству в эксплуатации устройства для управления электродвигателем переменного тока. Устройство для управления электродвигателем переменного тока, содержащее управляемый преобразователь частоты, предназначенный для подключения к электродвигателю переменного тока, формирователь импульсов, выходы которого подключены к управляющим входам преобразователя частоты, а входы - к генератору пилы, распределитель импульсов и формирователь гармонических сигналов, блок аналого-цифрового преобразования, вход которого соеди 8нен с выходом блока рассогласования, а выход - с входом формирователя гармонических сигналов, входы блока рассогласования соединены с задатчиком и датчиком 5 измеряемого параметра электродвигателя,отличающееся тем, что, с целью упрощения путем исключения аналоговых преобразователей и обеспечения возможности параллельного преобразования информации и повышения точности, введен трехфазный генера тор импульсов, формирователь гармонических сигналов составлен из цифрового генератора пилы, (т+1) -разрядного сумматора, инвертора кода, формирователя кода синусоидальных сигналов, формирователь импульсов составлен из схемы сравнения, оперативно-запоминающего узла, шести двухвходовых схем И, причем первые входы четных разрядов указанного сумматора соединены с третьей, а нечетных разрядов - с второй фазой трехфазного генератора им пульсов, вторые входы разрядов сумматорасвязаны с выходами цифрового генератора пилы, входы и - 1 разрядов сумматора подключены к первым входам инвертора кода, вторые входы которого соединены с т-м разрядом суматора, выходом (т+1) -го раз ряда связанного с первым входом распределителя импульсов, вторые входы которого соединены с соответствующей фазой трехфазного генератора импульсов, выходы инвертора кода подключены к входам формирователя кода синусоидальных сигналов, выЗ 0 ходами связанного с одними входами схемысравнения, другие входы которого подключены к выходам генератора пилы, входом связанного с выходом блока рассогласования, выход схемы сравнения подключен к первым входам оперативно-запоминающего З 5 узла, вторые входы которого связаны с соответствующими фазами трехфазного генератора импульсов, выходы оперативпо-запоминающего узла связаны с соответствующими первыми входами схем И, вторые входы 40 которых соединены с выходами распределителя импульсов соответственно, а выходы схем И образуют выходы формирователя импульсов.1 1 11 1 1 111111 1112. 7 Составитель А. Головчя Тех ред И. ВересТираж 659ударственного комитета СССР по делам3035, Москва, Ж - 35, Раушская нанно-полиграфическое предприятие, г. Уж Редактор О. ЮЗаказ 3812/53ВНИИПИ Гос рковецка роектная Производств п ипип 11 Г 1 Н1Р-Г1111нкоКоррек Подпис изобретен б., д. 4/5 город, ул ор В. Гирняк ноей и открытий