RU2101845C1 - Electric drive with current-frequency control - Google Patents

Abstract

FIELD: line AC drive. SUBSTANCE: electric drive uses period increment-to-code converter 9, increment storage 10, function generator 13 made for generation of a code at the output representing a remainder of division of the input code by divider n_o= K•(P₂/P₁)•2π, where P₁ and P₂ - coefficients of electrical reduction of motor 1 and motor rotor position pickup 2; K and π - constants. With the aid of the introduced units digital-to-analog converters 14, 15 produce voltages, which approximate the required settings of phase currents at a high accuracy, no restrictions are imposed on the coefficients of electrical reduction of the motor and pickup. EFFECT: simplified design. 2 wdgi

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах с частотно-токовым управлением, в частности в линейном приводе переменного тока. The invention relates to electrical engineering and can be used in drives with frequency-current control, in particular in a linear AC drive.

Известен электропривод с частотно-токовым управлением, содержащий синхронный двигатель с установленным на его валу фазовращателем и вспомогательным датчиком положения, фазочувствительный выпрямитель, выход которого подключен через управляемый источник питания к фазным обмоткам двигателя, задающий генератор, первый выход которого подключен к фазным обмоткам фазовращателя, а второй к первым входам фазочувствительного выпрямителя, выход фазовращателя подключен к входу формирователя коротких импульсов, выход которого подключен через делитель частоты с запрещающим входом к второму входу фазочувствительного выпрямителя, узел сравнения, первый вход которого подключен к выходу вспомогательного датчика положения, второй вход к выходу вспомогательного датчика положения, второй вход к выходу фазочувствительного выпрямителя, а выход к запрещающему входу делителя частоты [1]
В известном устройстве используют фазовращатель с коэффициентом электрической редукции больше коэффициента электрической редукции двигателя.Known electric drive with frequency-current control, containing a synchronous motor with a phase shifter and an auxiliary position sensor mounted on its shaft, a phase-sensitive rectifier, the output of which is connected through a controlled power source to the phase windings of the motor, a master oscillator, the first output of which is connected to the phase windings of the phase shifter, and the second to the first inputs of the phase-sensitive rectifier, the output of the phase shifter is connected to the input of the shaper of short pulses, the output of which is connected through frequency divider with a prohibiting input to the second input of a phase-sensitive rectifier, a comparison unit, the first input of which is connected to the output of the auxiliary position sensor, a second input to the output of the auxiliary position sensor, a second input to the output of a phase-sensitive rectifier, and the output to the prohibiting input of the frequency divider [1]
The known device uses a phase shifter with an electric reduction coefficient greater than the electric reduction coefficient of the engine.

Недостатком известного электропривода является сложность реализации. A disadvantage of the known electric drive is the difficulty of implementation.

Наиболее близким к предлагаемому является электропривод с частотно-токовым управлением, содержащий двигатель переменного тока с установленным на его валу датчиком положения ротора, источник синусоидального напряжения, вход которого подключен к генератору опорной частоты, а выход к входу датчика положения, блок задания фазный токов, выходы которого подключены через усилитель фазных токов к фазным обмоткам двигателя, постоянные запоминающие устройства, запрограммированные по законам синуса и косинуса, выходы которых подключены к входам блока задания фазных токов, двухвходовой сумматор, блок задания начальной фазы [2]
Электропривод также содержит фазосмещающий блок, регистр, счетчик, демультиплексор, нуль-орган, преобразователь напряжение-частота.Closest to the proposed one is an electric drive with frequency-current control, comprising an AC motor with a rotor position sensor installed on its shaft, a sinusoidal voltage source, the input of which is connected to the reference frequency generator, and the output to the position sensor input, phase current setting unit, outputs which is connected via a phase current amplifier to the phase windings of the motor, read-only memory devices programmed according to the laws of sine and cosine, the outputs of which are connected to the input m phase current setting unit, two-input adder, the initial phase setting unit [2]
The electric drive also contains a phase-shifting unit, a register, a counter, a demultiplexer, a zero-organ, a voltage-frequency converter.

В известном устройстве используют в качестве датчика положения ротора двигателя фазовращатель с коэффициентом электрической редукции, который равен или меньше коэффициента электрической редукции двигателя. In the known device, a phase shifter with an electric reduction coefficient that is equal to or less than the electric reduction coefficient of the engine is used as a position sensor for the rotor of the engine.

Недостатком известного электропривода является невозможность использования в качестве датчика положения фазовращатель с коэффициентом электрической редукции больше коэффициента электрической редукции двигателя. A disadvantage of the known electric drive is the inability to use a phase shifter with an electric reduction coefficient greater than the electric reduction coefficient of the engine as a position sensor.

Изобретение направлено на расширение области применения за счет обеспечения возможности использования в качестве датчика положения фазовращатель с коэффициентом электрической редукции как меньше, так и больше коэффициента электрической редукции двигателя. The invention is aimed at expanding the scope by providing the possibility of using a phase shifter as a position sensor with an electric reduction coefficient of both less and greater than the coefficient of electric reduction of the engine.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в электропривод с частотно-токовым управлением, содержащий двигатель переменного тока с установленным на его валу датчиком положения ротора, источник синусоидального напряжения, вход которого подключен к генератору опорной частоты, а выход к входу датчика положения, блок задания фазных токов, выходу которого подключены через усилитель фазных токов к фазным обмоткам двигателя, постоянные запоминающие устройства, запрограммированные по законам синуса и косинуса, выходы которых подключены к входам блока задания фазных токов, двухвходовой сумматор, блок задания начальной фазы, введены преобразователь приращений периода в код, который подключен первым входом к выходу датчика положения, а вторым входом к генератору опорной частоты, накопитель приращений, который подключен входом к выходу преобразователя приращений периода в код, а выходом к первому входу двухвходового сумматора, второй вход которого подключен к блоку задания начальной фазы, функциональный преобразователь, который подключен входом к выходу двухвходового сумматора, а выходом к объединенным входам постоянных запоминающих устройств, причем функциональный преобразователь выполнен с возможностью формирования на выходе кода, представляющего собой остаток деления входного кода на делитель

где
Р₁ и Р₂ коэффициенты электрической редукции двигателя и датчика положения:
К и π постоянные величины.The solution to this problem is achieved by the fact that in the electric drive with frequency-current control, containing an alternating current motor with a rotor position sensor installed on its shaft, a sinusoidal voltage source, the input of which is connected to the reference frequency generator, and the output to the position sensor input, phase setting unit currents, the output of which is connected via a phase current amplifier to the phase windings of the motor, read-only memory devices programmed according to the laws of sine and cosine, the outputs of which are connected s to the inputs of the phase current setting unit, a two-input adder, the initial phase setting unit, a period increment converter is introduced into a code that is connected by the first input to the output of the position sensor, and by the second input to the reference frequency generator, an increment accumulator, which is connected by an input to the output of the increment converter period into the code, and the output to the first input of the two-input adder, the second input of which is connected to the unit for setting the initial phase, a functional converter, which is connected by the input to the output of the two-input ummatora, and output to the combined inputs of permanent storage devices, wherein the function generator is adapted to generate the output code representing the residue of the input code division by divider

Where
P ₁ and P _{2 the} coefficients of electric reduction of the engine and the position sensor:
K and π are constant values.

Промышленное применение изобретения позволяет расширить область применения электропривода с частотно-токовым управлением за счет обеспечения возможности использования датчика положения с коэффициентом электрической редукции как меньше, так и больше коэффициента электрической редукции двигателя. The industrial application of the invention allows to expand the scope of the electric drive with frequency-current control by providing the possibility of using a position sensor with an electric reduction coefficient of both less and more than the coefficient of electric reduction of the motor.

На фиг.1 представлена схема электропривода; на фиг. 2 схема блока задания фазных токов. Figure 1 presents a diagram of an electric drive; in FIG. 2 diagram of a unit for setting phase currents.

Электропривод содержит двигатель 1, датчик 2 положения ротора двигателя, подключенный входом к выходу источника 3 синусоидального напряжения, вход которого подключен к генератору 4 опорной частоты, блок 5 задания фазных токов, выходы которого подключены через усилитель 6 фазных токов к фазным обмоткам двигателя 1, постоянные запоминающие устройства 7, 8, запрограммированные по законам синуса и косинуса, выходы которых подключены к входам блока 5 задания фазных токов, преобразователь 9 приращений периода в код, который подключен первым входом к выходу датчика 2 положения, а вторым входом к генератору 4 опорной частоты, накопитель 10 приращений, который подключен входом к выходу преобразователя 9 приращений периода в код, двухвходовой сумматор 11, который подключен первым входом к выходу накопителя 10 приращений, вторым входом к блоку 12 задания начальной фазы, а выходом через функциональный преобразователь 13 к объединенным входам постоянных запоминающих устройств 7, 8. The electric drive contains a motor 1, a rotor position sensor 2 of the motor, connected by an input to the output of a sinusoidal voltage source 3, the input of which is connected to a reference frequency generator 4, a phase current setting unit 5, the outputs of which are connected through an amplifier 6 of phase currents to the phase windings of the motor 1, constant storage devices 7, 8, programmed according to the laws of sine and cosine, the outputs of which are connected to the inputs of the phase current setting unit 5, a converter 9 of the period increments to the code that is connected to the first input to the output of the position sensor 2, and the second input to the reference frequency generator 4, an increment accumulator 10, which is connected by an input to the output of the period increment converter 9, a two-input adder 11, which is connected by the first input to the output of the increment accumulator 10, and the second input to block 12 setting the initial phase, and the output through the functional Converter 13 to the combined inputs of read-only memory devices 7, 8.

Блок 5 задания фазных токов содержит умножающие цифроаналоговые преобразователи 14, 15, подключенные аналоговыми входами к выходу задатчика 16 тока двигателя. Входами и выходами блока 5 являются соответственно цифровые входы и выходы цифроаналоговых преобразователей 14, 15. The phase current setting unit 5 comprises multiplying digital-to-analog converters 14, 15 connected by analog inputs to the output of the motor current setter 16. The inputs and outputs of block 5 are respectively the digital inputs and outputs of digital-to-analog converters 14, 15.

Преобразователь 9 приращений периода в код может быть построен на основе сравнения количества импульсов опорной частоты, которое укладывается в периоде выходного сигнала датчика 2 положения, с постоянным числом, соответствующим количеству импульсов, которое укладывается в периоде напряжения питания датчика 2 положения. The period increment to code converter 9 can be constructed by comparing the number of pulses of the reference frequency, which fits in the period of the output signal of the position sensor 2, with a constant number corresponding to the number of pulses, which fit in the period of the supply voltage of the position sensor 2.

Функциональный преобразователь 13 может быть построен на основе деления входного кода на постоянное число с использованием в качестве выходного кода остаток результата деления. Functional converter 13 can be constructed by dividing the input code by a constant using the remainder of the division result as the output code.

Электропривод работает следующим образом. В качестве управляемого двигателя 1 рассмотрим двухфазную синхронную машину. При управлении m-фазным двигателем усилитель 6 фазных токов выполняют m-фазным с преобразователем числа фаз на выходе. Управляемый двигатель 1 имеет коэффициент электрической редукции Р₁, а датчик положения ротора двигателя используется с коэффициентом электрической редукции Р₂.The electric drive operates as follows. As a controlled engine 1, we consider a two-phase synchronous machine. When controlling an m-phase motor, an amplifier of 6 phase currents is m-phase with a converter of the number of phases at the output. The controlled motor 1 has an electric reduction coefficient P ₁ , and the rotor position sensor of the engine is used with an electric reduction coefficient P ₂ .

Под коэффициентом электрической редукции двигателя 1 понимается отношение частот вращения поля статора и ротора двигателя. Под коэффициентом электрической редукции датчика 2 положения понимается отношение приращения фазы в его выходном сигнале к соответствующему приращению угла поворота ротора датчика. Under the coefficient of electrical reduction of the engine 1 is understood as the ratio of the rotational frequencies of the stator field and the rotor of the engine. Under the coefficient of electrical reduction of the sensor 2 position refers to the ratio of the phase increment in its output signal to the corresponding increment of the angle of rotation of the sensor rotor.

В соответствии с частотно-токовым управлением обмотки двигателя 1 необходимо запитывать токами

где
θ угол поворота ротора двигателя;
g некоторый начальный угол;
i амплитуда фазных токов.In accordance with the frequency-current control of the motor winding 1 must be powered by currents

Where
θ rotation angle of the engine rotor;
g some initial angle;
i is the amplitude of the phase currents.

Фазные токи (1) вырабатывают с помощью усилителя 6, который преобразует задания фазных токов в виде напряжений в пропорциональные им токи в обмотках двигателя 1. Задания фазных токов формируют следующим образом. Phase currents (1) are generated using an amplifier 6, which converts the phase currents in the form of voltages into proportional currents in the motor windings 1. The phase currents are formed as follows.

Датчик 2 положения запитывают синусоидальным напряжением с частотой w. С выхода датчика 2 снимают сигнал
u_∂ = usin(ωt+φ), (2)
где
U и φ амплитуда и фаза сигнала.The position sensor 2 is supplied with a sinusoidal voltage with a frequency w. From the output of the sensor 2 remove the signal
u _∂ = usin (ωt + φ), (2)
Where
U and φ are the amplitude and phase of the signal.

Причем фаза сигнала
v = p₂θ+φ_o, (3)
где
φ_o некоторая начальная фаза.Moreover, the phase of the signal
v = p ₂ θ + φ _o , (3)
Where
φ _o some initial phase.

Выходной сигнал (2) датчика 2 положения принимает нулевые значения, когда имеет место равенство:
ωt+φ = 2π_i, i = 1,2,3,..., которое наступает в моменты времени

где
v_i значение фазы выходного сигнала датчика 2 в моменты времени t_i, i 1, 2, 3,
Отрезок времени (t_i-t_i-1) представляет собой период выходного сигнала датчика 2 положения, т.е.The output signal (2) of the position sensor 2 takes on zero values when there is equality:
ωt + φ = 2π _i , i = 1,2,3, ..., which occurs at time instants

Where
v _i the phase value of the output signal of the sensor 2 at time t _i , i 1, 2, 3,
The time span (t _i -t _i-1 ) represents the period of the output signal of the position sensor 2, i.e.

Выходной сигнал датчика 2 поступает на первый вход преобразователя 9 приращений периода в код, на второй вход которого приходит сигнал с генератора 4 опорной частоты.

The output signal of the sensor 2 is supplied to the first input of the Converter 9 increments of the period in the code, the second input of which receives a signal from the generator 4 of the reference frequency.

Генератор 4 опорной частоты задает частоту ω следователь, и период Т 2π/ω напряжения питания датчика 2 положения. The reference frequency generator 4 sets the frequency ω of the investigator, and the period T 2π / ω of the supply voltage of the position sensor 2.

где
ω_o и Т_о частота и период выходных импульсов генератора 4 опорной частоты;
m целое число, m >1.

Where
ω _o and T _o frequency and period of the output pulses of the generator 4 of the reference frequency;
m is an integer, m> 1.

Временной интервал, на котором укладывается m периодов выходных импульсов генератора 4 опорной частоты, равен периоду напряжения питания датчика 2 положения. Следовательно, на второй вход преобразователя 9 приращений периода в код приходит сигнал, период которого определяет период напряжения питания датчика 2 положения. The time interval on which m periods of the output pulses of the reference frequency generator 4 are stacked is equal to the period of the supply voltage of the position sensor 2. Therefore, a signal arrives at the second input of the converter 9 of the period increments in the code, the period of which determines the period of the supply voltage of the position sensor 2.

Преобразователь 9 определяет приращение каждого периода выходного сигнала датчика 2 положения
ΔT_i = T - T_i, i = 1,2,3,... В соответствии с (3) и (4) выходной код преобразователя 9 приращений приводится к виду
n_Δ(i) = Kp₂(θ_i- θ_i-1), i = 1,2,3,...,
где
К коэффициент пропорциональности.The Converter 9 determines the increment of each period of the output signal of the sensor 2 position
ΔT _i = T - T _i , i = 1,2,3, ... In accordance with (3) and (4), the output code of the increment converter 9 is reduced to
n _Δ (i) = Kp ₂ (θ _i - θ _i-1 ), i = 1,2,3, ...,
Where
To the coefficient of proportionality.

Из этого следует, что на выходе преобразователя 9 формируется сигнал, пропорциональный приращению угла поворота ротора двигателя 1 за период выходного сигнала датчика 2 положения. From this it follows that the output of the converter 9 generates a signal proportional to the increment of the angle of rotation of the rotor of the motor 1 over the period of the output signal of the position sensor 2.

Выходной сигнал преобразователя 9 приращений поступает на вход накопителя 10, который предназначен для определения суммарного угла поворота ротора двигателя 1. The output signal of the increment converter 9 is input to the drive 10, which is designed to determine the total angle of rotation of the rotor of the engine 1.

Для привязки начала координат угла поворота к начальному положению ротора двигателя 1 в начальный момент определяют код начальной фазы выходного сигнала датчика 2 положения в блоке 9 и используют его в качестве кода начальной установки накопителя 10 приращений. To bind the coordinate origin of the rotation angle to the initial position of the rotor of the engine 1 at the initial moment, determine the initial phase code of the output signal of the position sensor 2 in block 9 and use it as the initial setting code of the increment accumulator 10.

На выходе накопителя 10 приращений получают код суммарного угла поворота ротора двигателя 1

Двухвходовой сумматор 11 предназначен для учета задания начальной фазы токов управления. Его выходной код
n_γ(i) = Kp₂(θ_i+ γ)
поступает на вход функционального преобразователя 13.At the output of the drive 10 increments receive the code of the total angle of rotation of the rotor of the engine 1

Two-input adder 11 is designed to account for the task of the initial phase of the control currents. Its output code
n _γ (i) = Kp ₂ (θ _i + γ)
arrives at the input of the functional Converter 13.

Выходным сигналом функционального преобразователя 13 является остаток от деления входного кода n_γ(i) на постоянный код

Код n₀ равен входному коду функционального преобразователя 13, соответствующему полному повороту поля статора двигателя, т.е. изменению фазы токов управления на угол, равный 2π.The output signal of the functional Converter 13 is the remainder of the division of the input code n _γ (i) by a constant code

Code n ₀ is equal to the input code of the functional converter 13 corresponding to a complete rotation of the stator field of the motor, i.e. a change in the phase of the control currents by an angle equal to 2π.

На выходе функционального преобразователя 13 формируется код

Выходной сигнал функционального преобразователя 13 является входным сигналом для постоянных запоминающих устройств 7, 8.At the output of the functional Converter 13, a code is generated

The output signal of the functional Converter 13 is an input signal for read-only memory devices 7, 8.

В постоянные запоминающие устройства 7, 8 предварительно записаны значения функций синуса и косинуса соответственно. Входному коду n_θ(i) соответствуют выходные сигналы
sinp₁(θ_i+γ), cosp₁(θ_i+γ),
которые поступают на цифровые входы умножающих цифроаналоговых преобразователей 14, 15. На объединенные аналоговые входы цифроаналоговых преобразователей 14, 15 с задатчика 16 тока приходит сигнал U_i, пропорциональный требуемой амплитуде фазных токов двигателя i. На выходах цифроаналоговых преобразователей 14, 15 получают напряжения, которые с достаточной степенью точности аппроксимируют требуемые задания фазных токов (1).Permanent storage devices 7, 8 are pre-recorded values of the functions of the sine and cosine, respectively. The input code n _θ (i) corresponds to the output signals
sinp ₁ (θ _i + γ), cosp ₁ (θ _i + γ),
which are fed to the digital inputs of the multiplying digital-to-analog converters 14, 15. At the combined analog inputs of the digital-to-analog converters 14, 15 from the current source 16, a signal U _i is proportional to the required amplitude of the phase currents of the motor i. At the outputs of the digital-to-analog converters 14, 15, voltages are obtained that approximate the required phase currents with a sufficient degree of accuracy (1).

Предлагаемое формирование заданий фазных токов двигателя при его частотно-токовом управлении не накладывает каких-либо ограничений на коэффициенты электрической редукции управляемого двигателя и датчика положения ротора двигателя, а также на их соотношение.

The proposed formation of tasks of phase currents of the motor with its frequency-current control does not impose any restrictions on the coefficients of electric reduction of the controlled motor and the position sensor of the rotor of the motor, as well as their ratio.

Claims (1)

Электропривод с частотно-токовым управлением, содержащий двигатель переменного тока с установленным на его валу датчиком положения ротора, источник синусоидального напряжения, вход которого подключен к генератору опорной частоты, а выход к входу датчика положения, блок задания фазных токов, выходы которого подключены через усилитель фазных токов к фазным обмоткам двигателя, постоянные запоминающие устройства, запрограммированные по законам синуса и косинуса, выходы которых подключены к входам блока задания фазных токов, двухвходовый сумматор, блок задания начальной фазы, отличающийся тем, что введены преобразователь приращенный периода в код, который подключен первым входом к выходу датчика положения, а вторым входом к генератору опорной частоты, накопитель приращений, который подключен входом к выходу преобразователя приращений периода в код, а выходом к первому входу двухвходового сумматора, второй вход которого подключен к блоку задания начальной фазы, функциональный преобразователь, который подключен входом к выходу двухвходового сумматора, а выходом к объединенным входам постоянных запоминающих устройств, причем функциональный преобразователь выполнен с возможностью формирования на выходе кода, представляющего собой остаток от деления входного кода на делитель

где р₁ и р₂ коэффициенты электрической редукции двигателя и датчика положения;
K и π - постоянные величины.An electric drive with frequency-current control, comprising an AC motor with a rotor position sensor installed on its shaft, a sinusoidal voltage source, the input of which is connected to a reference frequency generator, and an output to the position sensor input, a phase current setting unit, the outputs of which are connected through a phase amplifier currents to the phase windings of the motor, read-only memory, programmed according to the laws of sine and cosine, the outputs of which are connected to the inputs of the unit for setting the phase currents, two-input an adder, an initial phase setting unit, characterized in that the incremental period converter is inputted into the code, which is connected by the first input to the output of the position sensor, and the second input by the reference frequency generator, the increment accumulator, which is connected by the input to the output of the period increment converter into the code, and an output to the first input of a two-input adder, the second input of which is connected to the unit for setting the initial phase, a functional converter, which is connected by an input to the output of a two-input adder, and by an output to nennyh inputs of permanent storage devices, and the functional Converter is configured to generate at the output of the code, which is the remainder of the division of the input code by the divider

where p ₁ and p _{2 are the} coefficients of electric reduction of the engine and the position sensor;
K and π are constant values.

Images