SU1713072A1 - Rectifier drive - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в тихоходных электроприводах с широким диапазоном регулировани  частоты вращени . Цель изобретени  - повышение точности регулировани  частоты вращени  и упрощение - достигаетс  за счет более точного определени  фактической частоты враще* ни . Дл  этого в датчике 18 частоты вращени  апериодические звень  24 и 25 подключены к выходам фазочувствительных выпр мителей 12 и 13 вентильного электропривода, а выходы и входы апериодических звеньев 24 и 25 соответствующим образом подключены к четырем блокам умножени  22, 23 и 26, 27, выходы которых попарно подключены к алгебраическим сумматорам 20 и 21, выходы которых подключены к блоку 28 делени . 2 ил.(Лс-^4СОо ^hO>&фиг.^The invention relates to electrical engineering and can be used in low-speed electric drives with a wide range of speed control. The purpose of the invention — an increase in the accuracy of rotational speed control and simplification — is achieved by more accurately determining the actual rotational speed *. For this, in the rotational speed sensor 18, aperiodic links 24 and 25 are connected to the outputs of phase-sensitive rectifiers 12 and 13 of the valve electric drive, and the outputs and inputs of aperiodic links 24 and 25 are respectively connected to four multipliers 22, 23 and 26, 27, the outputs of which pairwise connected to algebraic adders 20 and 21, the outputs of which are connected to block 28 division. 2 ill. (Ls- ^ 4COo ^ hO > & Fig. ^

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к электроприводам и системам автоматического управлени , и может быть использовано в тихоходных электроприводах с широким диапазоном регулировани  частоты вращени .The invention relates to electrical engineering, in particular to electric drives and automatic control systems, and can be used in low-speed electric drives with a wide range of rotational speed control.

Цель изобретени  - повышение точности регулировани  частоты вращени  и упрощение .The purpose of the invention is to improve the accuracy of speed control and simplification.

На фиг. 1 изображена функциональна  схема вентильного электропривода; на фиг. 2 - вариант выполнени  датчика частоты вращени .FIG. 1 shows a functional diagram of a valve-electric drive; in fig. 2 shows an embodiment of a rotational speed sensor.

Вентильный электропривод реализован на базе, вентильного электродвигател  1 ,и срдержит двухфазную синхронную машину 2, первый 3 и второй 4 блоки умножени , первые входы которыхобъединены. Выходы первого 3, второго 4 блоков умножени  подключены через усилители 5 и 6 мощности соответственно к синусной 7 и косинуснойThe valve electric drive is implemented on the base of the valve electric motor 1, and will support a two-phase synchronous machine 2, the first 3 and the second 4 multiplication blocks, the first inputs of which are combined. The outputs of the first 3, second 4 multiplication units are connected via power amplifiers 5 and 6, respectively, to sine 7 and cosine

8фазам обмотки  кор  синхронной машины 2. Вентильный электродвигатель 1 со держит также датчик 9 положени  ротора, установленнь1й на валу ротора синхронной машины 2, синусна  10 и косинусна  11 выходные обмотки которого подключены через первый 12 и второй 13 фазочувствитёльные выпр мители к вторым входам соответственно первого 3 и второго 4 блоков умножени . Кроме того, вентильный электродвигатель 1 включает в себ  источник 14 напр жени  возбуждени , выход которого подключен к обмотке возбуждени  датчика8 phases of the winding of the synchronous machine core 2. The valve electric motor 1 also contains a rotor position sensor 9 installed on the rotor shaft of the synchronous machine 2, a sine 10 and a cosine 11 whose output windings are connected through the first 12 and second 13 phase-sensing rectifiers to the second inputs of the first 3 respectively and the second 4 multiplicators. In addition, the valve motor 1 includes an excitation voltage source 14, the output of which is connected to the excitation winding of the sensor

9поло кени  и через формирователь 15 опорного напр жени  к опорным входам фазочувствительных выпр мителей 12 и 13, и задатчик 16 частоты вращени , выход которого подключен к первому входу блока 17 сравнени , второй вход которого соединен с выходом датчика 18 частоты вращени , а выход - через предварительный усилитель 19 -с первыми входами первого 3 и второго 4 блоков умножени . Выходы первого 12 и второго 13 фазочувствительных выпр мителей подключены к первому и второму входам датчика 18 частоты вращени . Датчик 18 частоты вращени  состоит из двух алгебраических сумматоров 20 и 21 и первого 22 и второго 23 блоков умножени . Выходы первого 22 и второго 23 блоков умножени  подключены соответственно к первому и второму входам первого алгебраического сумматора 20.9 and Kenya through the shaper 15 of the reference voltage to the reference inputs of phase-sensitive rectifiers 12 and 13, and the frequency adjuster 16, the output of which is connected to the first input of the comparator unit 17, the second input of which is connected to the output of the rotational speed sensor 18, and the output through the preamplifier 19 is the first inputs of the first 3 and second 4 multiplicators. The outputs of the first 12 and second 13 phase-sensitive rectifiers are connected to the first and second inputs of the rotational speed sensor 18. The rotational frequency sensor 18 consists of two algebraic adders 20 and 21 and the first 22 and second 23 multiplication blocks. The outputs of the first 22 and second 23 multiplication units are connected respectively to the first and second inputs of the first algebraic adder 20.

Кроме того, датчик 18-частоты может содержать первое 24 и второе 25 апериодические звень , третий 26 и четвертый 27 блоки умножени  и блок 28 делени , причем входы делител  29 и делимого 30 блока 28 делени  подключены к выходам первого 20In addition, the 18-frequency sensor can contain the first 24 and second 25 aperiodic units, the third 26 and fourth 27 multiplication units and the division unit 28, the inputs of the divider 29 and the dividend 30 division unit 28 being connected to the outputs of the first 20

и второго 21 алгебраических сумматоров, а выход блока 28 делени  образует выход датчика 18 частоты вращени . Выход первого алгебраического ЗЕсена 24 подключен к первым входам первого 22 и третьего 26 блоков умножени  датчика 18 частоты вращени , а вход - соединен с вторыми входами третьего 26 и второго 23 блоков умножени  и образует первый, вход датчика 18 частотыand the second 21 algebraic adders, and the output of dividing unit 28 forms the output of rotational speed sensor 18. The output of the first algebraic Zesen 24 is connected to the first inputs of the first 22 and third 26 multiplication units of the rotational speed sensor 18, and the input is connected to the second inputs of the third 26 and second 23 multiplication units and forms the first input of the frequency sensor 18

0 вращени . Выход второго апериодического звена 25 подключен к первым входам второго 23 и четвертого 18 блоков умножени  датчика 18 частоты вращени , а вход соединен с вторыми входами первого 22 и четвертого 27 блоков умножени  и образует второй вход датчика 18 частоты вращени . Выходытретьего 26 и четвертого 27 блоков умножени  подключены соответственно к первому и второму входам второго алгебра0 ического сумматора 21.0 rotation The output of the second aperiodic link 25 is connected to the first inputs of the second 23 and fourth 18 multipliers of the rotational speed sensor 18, and the input is connected to the second inputs of the first 22 and fourth 27 multipliers and forms the second input of the rotational speed sensor 18. The outputs of the third 26 and fourth 27 multiplication units are connected respectively to the first and second inputs of the second algebraic adder 21.

Вентильный электропривод работает следующим образом.The valve actuator operates as follows.

Задатчик 16 вырабатывает сигнал заданной частоты вращени  вентильногоThe setting device 16 generates a signal of a given frequency of rotation of the valve

5 электродвигател , который в блоке 17 сравниваетс  с выходным сигналом датчика 18 частоты вращени . Сигнал ошибки с выхода блока 17 сравнени , усиленный в предварительном усилителе 19, поступает в виде на0 пр жени  посто нного тока на вход вентильного электродвигател  1. На обмот . ку возбуждени  датчика 9положени  с выхода источника 14 напр жени  возбуждени  подаетс  переменное напр жение синусоидальной формы, например,частотой 2 кГц, врезультате чего на синусной 10 и косинусной 11 выходных обмотках датчика 9 положени  по вл ютс  синусоидальные напр жени  той же частоты, но5, which is compared in block 17 with the output of rotational speed sensor 18. The error signal from the output of the comparator unit 17, amplified in the preamplifier 19, arrives in the form of an increase in the direct current voltage to the input of the valve motor 1. On the winding. The excitation sensor 9 of the output from the source 14 of the excitation voltage is applied to a variable sinusoidal voltage, for example, 2 kHz, resulting in a sinus 10 and a cosine 11 output windings of the position 9 sensor, sinusoidal voltages of the same frequency appear, but

0 промодулированные по амплитуде соответственно синусоми косинусом электрического угла поворота ротора датчика 9 положени , или электрического угла поворота ротора синхронной машины 2, отсчиты5 ваемого от некоторой неподвижной оси, св занной со статором синхронной машины . Эти напр жени  поступают на входы фазочувствительных выпр мителей 12 и 13. Формирователь 15 опорного напр жени  преобразует синусоидальйое напр жение , поступающее с выхода источника 14 напр жени  возбуждени , в напр жение пр моугольной формы, которое подаетс  на опорные входы фазочувствительных выпр мителей 12 и 13. В результате на выхоДах этих выпр мителей формируютс  напр жени  посто нного тока, пропорциональные; синусу и косинусу электрического угла поворота двигател . Эти напр жени , умноженные в блоках 3 и 4 умножени  на входное напр жение двигател  и усиленные в усилител х 5 и 6 мощйости, преобразуютс  в напр жени , приложенные к сдвинутым друг относительно друга на 90 эл. град, фазам  корной обмотки синхронной машины 2. При этом в расточке статора машины возникает результирующа  МДС, вектор которой, представл ющий собой сумму векторов МДС синусной и косинусной фаз, направлен под углом pv. оси отсчета углов и, таким образом, жестко св зан с ротором синхронной машины 8. Установленные на роторе посто нные магниты (либо полюсы с обмоткой возбуждени ) ориентированы так, что вектор их МДС перпендикул рен вектору МДС  корной обмотки. Как известно, при такой ориентации полей электромагнитный момент, приложенный к ротору двигател , максимален. Под действием этого момента ротор вращаетс , а вместе с ним вращаетс  и вектор МДС  корной обмотки, а также вектор МДС возбуждени  синхронной машины 2. Поскольку при этом взаимна  ориентаци  названных векторов не мен етс , значение момента двигател , как и в обычном коллекторном двигателе посто нного тока, не зависит от углового положени  ротора и определ етс  фазными токами обмотки  кор , определ емыми разностью между фазными напр жени ми, пропорциональными входному (управл ющему) напр жению вентильного электродвигател  1, и противоЭДС , пропорциональной частоте вращени . Благодар  действию отрицательной обратной св зи по частоте вращени , реализуемой с помощью датчика 16, значение частоты вращени  двигател  поддерживаетс  равным заданному путем воздействи  на входное напр жение двигател . Датчик 16 частоты вращени  в предлагаемом вентильном электроприводе работает следующим образом. При работе вентильного электропривода на выходах фазочувствительных выпр мителей 12 и 13 формируютс  напр жени , описываемые уравнени ми: Ui UoSinmu t; U2 UoCosm(y t, Uo KlK2Uym;0 modulated in amplitude respectively by sine and cosine of the electric angle of rotation of the rotor of the 9 position sensor, or the electric angle of rotation of the rotor of the synchronous machine 2, measured from some fixed axis connected to the stator of the synchronous machine. These voltages are fed to the inputs of the phase-sensitive rectifiers 12 and 13. The shaper 15 of the reference voltage converts the sinusoidal voltage from the output of the source 14 of the excitation voltage to a square voltage that is applied to the reference inputs of the phase-sensitive rectifiers 12 and 13 As a result, at the outputs of these rectifiers, DC voltage proportional to; the sine and cosine of the electric angle of the engine. These voltages, multiplied in blocks 3 and 4 multiplied by the input voltage of the motor and amplified in the amplifiers 5 and 6 of the power, are converted into voltages applied to the electrically shifted relative to each other by 90 el. hail, the phases of the root winding of the synchronous machine 2. In this case, a resultant MDS arises in the bore of the machine stator, the vector of which, which is the sum of the MDS of the sine and cosine phases, is directed at an angle pv. The axis of reference of the angles and, thus, is rigidly connected with the rotor of the synchronous machine 8. The permanent magnets mounted on the rotor (or the poles with the excitation winding) are oriented so that their MDS vector is perpendicular to the MDS vector of the root winding. As is well known, with such an orientation of the fields, the electromagnetic moment applied to the rotor of the engine is maximum. Under the action of this moment, the rotor rotates, and together with it rotates the MDS vector of the root winding, as well as the excitation MDS vector of the synchronous machine 2. In this case, the mutual orientation of the said vectors does not change, the motor torque value, as in a regular permanent collector motor current, does not depend on the angular position of the rotor and is determined by the phase currents of the winding of the core, determined by the difference between the phase voltages proportional to the input (control) voltage of the valve motor 1, and DS proportional to the frequency of rotation. Due to the effect of negative feedback on the speed of rotation realized by the sensor 16, the value of the frequency of rotation of the engine is maintained equal to the set value by acting on the input voltage of the engine. The sensor 16 frequency of rotation in the proposed valve actuator works as follows. When the valve drive operates, the voltages at the outputs of phase-sensitive rectifiers 12 and 13 are described by the equations: Ui UoSinmu t; U2 UoCosm (y t, Uo KlK2Uym;

где KI - коэффициент передачи датчика 9 положени ;where KI is the transmission coefficient of the sensor 9 position;

Ка - коэффициент передачи фазочувствительного выпр мител , 12 и 13;Ka is the transfer coefficient of the phase-sensitive rectifier, 12 and 13;

U2°Kcos arccos : U2 ° Kcos arccos:

-/1 +(ma)lY Uym - амплитуда переменного напр жени  источника 14; m - число пар полюсов синхронного двигател  3 и датчика 9 положени ; (У - частота вращени  ротора синхронного двигател  2; О) 1 0:-угол поворота ротора синхронного двигател  2. Передаточна  функци  апериодических звеньев 24 и 25 имеет следующий вид: где Кз- коэффициент передачи апериодических звеньев 24 и 25; Т - посто нна  времени апериодических звеньев 24 и 25; Р ТГГ символ дифференцировани . Пройд  через апериодические звень  24 и 25, напр жени  Ui и U2, снимаемые с выходов фазочувствительных выпр мителей 12 и 13, преобразуютс  в напр жени  Уз и из UoK3Sin(m(y t-); U4 UoK3COs(), где /3 arctg тш Т - сдвиг по фазе между выходным и входным напр жением апериодических звеньев 24 и 25. Напр жени  на выходе четвертого 27, первого 22, второго 23 и третьего 26 блоков умножени  U5 K4U2U4 -j- Uo K|:cos;S+cos(2m(t-): U6 IOiU2U3 Uo K -sinjS-i-sln(): -5- Uo K sinjS+sin(2ma)t-y3); U8 K4UiU3 -5- (cq/3s -С05(2тш t-yS). где K4 - коэффициент передачи умножителей , - общий коэффициент усилени . Напр жение Ug на выходе сумматора 21 равно сумме выходных напр жений третьего 26 и четвертого 27 умножителей U9 U5+U8 UoK-COS/ Uo K-cos arctg mftjT- / 1 + (ma) lY Uym is the amplitude of the alternating voltage of source 14; m is the number of pole pairs of the synchronous motor 3 and the position sensor 9; (Y is the frequency of rotation of the rotor of the synchronous motor 2; O) 1 0: -the angle of rotation of the rotor of the synchronous motor 2. The transfer function of aperiodic links 24 and 25 has the following form: where Cs is the transfer coefficient of aperiodic links 24 and 25; T is the time constant of aperiodic links 24 and 25; R TGG differentiation symbol. Passing through aperiodic links 24 and 25, the voltages Ui and U2, taken from the outputs of the phase-sensitive rectifiers 12 and 13, are converted into the voltages Uz and from UoK3Sin (m (y t-); U4 UoK3COs (), where / 3 arctg m T is the phase shift between the output and input voltage of aperiodic links 24 and 25. The output voltage of the fourth 27, first 22, second 23 and third 26 multipliers U5 K4U2U4 -j - Uo K |: cos; S + cos (2m (t-): U6 IOiU2U3 Uo K -sinjS-i-sln (): -5- Uo K sinjS + sin (2ma) t-y3); U8 K4UiU3 -5- (cq / 3s-C05 (2tc t-yS ) where K4 is the coefficient of transmission of the multipliers, is the total gain. Voltage Ug at the output of the adder 21 is equal to sum the output voltages of the third 26 and fourth 27 multipliers U9 U5 + U8 UoK-COS / Uo K-cos arctg mftjT

- Uo К- Uo K

fl +()2 где arctg majT arccosfl + () 2 where arctg majT arccos

/1 +(m/ 1 + (m

Напр жение Uio на выходе сумматоравычитател  20 равно разности выходных напр жений второго 23 и первого 22 умножителейThe voltage Uio at the output of the equalizer 20 is equal to the difference of the output voltages of the second 23 and first 22 multipliers

Uio U7-U6-Uo Ksin/5 Uio U7-U6-Uo Ksin / 5

-Uo К sin arctg ma)T-Uo K sin arctg ma) T

m шТm pc

Do Ksin arcsin Do ksin arcsin

y1 +{mwT)2y1 + {mwT) 2

m () Тm () T

(6)(6)

1 +(mwTf1 + (mwTf

. Блок 28 делени  вычисл ет отношение напр жений (6) и (5). Division 28 calculates the ratio of stresses (6) and (5)

Uio Uio

(7)(7)

: m w Т KG ш , Ug: m w T KG w, Ug

где Uii - выходное напр жение блока 28 делени ;where Uii is the output voltage of dividing unit 28;

Т - коэффициент датчика 18 частоты вращени . T is the coefficient of the rotational speed sensor 18.

Таким образом, благодар  совместной работе апериодических звеньев 24 и 25, умножителей 22, 23 и 26, 27, алгебраических сумматоров 20 и 21 и блока 28 делени  на выходе датчика 18 вырабатываетс  сигнал, пропорциональный частоте вращени  вентильного электродвигател  1.Thus, thanks to the joint operation of aperiodic links 24 and 25, multipliers 22, 23 and 26, 27, algebraic adders 20 and 21, and dividing unit 28, the output of sensor 18 produces a signal proportional to the frequency of rotation of the valve motor 1.

В тихоходных безредукторных моментных приводах, у которых (muJT).«1 в качестве выходного напр жени  датчика 28 может быть использовано напр жение Uio сумматора-вычитател  20In low-speed gearless torque drives, which have (muJT). "1 As the output voltage of the sensor 28, the voltage Uio of the adder-subtractor 20 can be used

m ft; Тm ft; T

(8)(eight)

К TO

у 1 + ( m ш Т )at 1 + (m sh T)

Дл  расчета параметров системы автоматического регулировани  возможно пользоватьс  упрощенным уравнением такого датчика частоты вращени , которое получаетс  из уравнени  (8) путем пренебрежени  слагаемым (mwТ)To calculate the parameters of the automatic control system, it is possible to use the simplified equation of such a rotational speed sensor, which is obtained from equation (8) by neglecting the term (mwT)

(9)(9)

где KmT - коэффициент датчика частоты , вращени ., where KmT is the frequency, rotation sensor.,

Ошибка в определении частоты вращени  определ етс  выражением:The error in determining the rotational speed is determined by the expression:

5 Uio -Ulo .-.„ 5 Uio -Ulo .-. „

1 -V +(талу}- 100 . %   1 -V + (talu} - 100.%

(10)(ten)

Так, например, при ,030 с и в иапазоне скоростей от О доли 1,33 1/с ошибка составл ет от О до-5%.So, for example, at, 030 s and in the speed range from 0 to 1.33 1 / s, the error is from 0 to -5%.

На фиг. 2 представлена функциональна  схема упрощенного датчика 18 частоты вращени .FIG. 2 is a functional diagram of a simplified speed sensor 18.

Сигнал, пропорциональный частоте вращени  вентильного электродвигател  1, может быть получен с достаточной степенью точности при помощи апериодических звеньев 24 и 25, умножителей 22 и 23 и алгебраического сумматора 20.A signal proportional to the frequency of rotation of the valve motor 1 can be obtained with a sufficient degree of accuracy using aperiodic links 24 and 25, multipliers 22 and 23, and an algebraic adder 20.

Таким образом, выделение сигнала, пропорционального частоте вращени  вентильного электродвигател , без использовани  тригонометрических функциональных преобразователей, моделей или дополнительных датчиков параметров электродвигател  позвол ет повысить точностьThus, the selection of a signal proportional to the frequency of rotation of the valve motor without using trigonometric function transducers, models or additional sensors of motor parameters allows to increase the accuracy

регулировани  частоты вращени  и упростить вентильный электропривод.adjusting the rotational speed and simplify the valve motor.

Claims (1)

Формула изобретени  Вентильный электропривод, содержащий двухфазную синхронную машину, первый и второй блоки умножени , первые входы которых объединены, а выходы через усилители мощности подключены соответственно к синусной и косинусной фазам обмотки  кор  синхронной машины, датчик положени  ротора, установленный на валу ротора синхронной машины, синусна  и косинусна  выходные обмотки которого подключены через первый И второй The invention includes a two-phase synchronous machine, the first and second multiplicators, the first inputs of which are combined, and the outputs through the power amplifiers are connected to the sinus and cosine phases of the core of the synchronous machine winding, the rotor position sensor mounted on the rotor shaft of the synchronous machine is sinus and cosine of the output windings of which are connected through the first and second фазочувствительные выпр мители к вторым входам соответственно первого и второго блоков умножени , источник напр жени , выход которого подключен к обмотке возбуждени  датчика положени  ротора, и через формирователь опорного напр жени  к опорным входам фазочувствительных выпр мителей , задатчик частоты вращени , выход которого подключен к первому входу блока сравнени , второй вход которого подключен к выходу датчика частоты вращени , а выход подключен через предварительный усилитель к первым входам первого и второго блоков умножени , выходы первЬго и второго фазочувствительных выпр мителей подключены к первому и второму входамphase-sensitive rectifiers to the second inputs of the first and second multiplication units, the voltage source, the output of which is connected to the excitation winding of the rotor position sensor, and through the shaper of the reference voltage to the reference inputs of the phase-sensitive rectifiers, frequency adjuster, the output of which is connected to the first input comparison unit, the second input of which is connected to the output of the rotational speed sensor, and the output is connected through a preamplifier to the first inputs of the first and second blocks multiplied Outputs pervgo and second phase-sensitive rectifiers are connected to first and second inputs датчика частоты вращени ,составленного из двух алгебраических сумматоров и первого и второго блоков умножени , выходы которых подключены к соответствующим входам первого алгебраического сумматора , о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, .с целью повышени  точности регулировани  частоты вращени  и упрощени , датчик частоты вращени  вентильного электропривода дополнительно снабжен первым и вторым апериодическими звень ми, третьим и четвертым блоками умножени  и блоком делени , входы делител  и делимого которого подключены соответственно к выходам первого и второго алгебраических сумматоров, а выход образует выход датчика частоты вращени .A rotational speed sensor composed of two algebraic adders and a first and second multiplication units, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the first algebraic adder, so that, in order to improve the accuracy of controlling the rotational speed and simplify, the rotational speed sensor of the valve electric drive is additionally equipped with the first and second aperiodic units, the third and fourth multiplication units and the division unit, the divider and divisible inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second algebraic adders, and the output forms the output of the rotational speed sensor. причем выход первого апериодического звена подключен к первым входам первого и третьего блоков умножени  датчика частоты вращени , а вход соединен с вторыми входами третьего и второго блоков умножени  и образует первый вход датчика частоты вращени , выход второго апериодического звена подключен к первым входам второго и четвертого блоков умножени  датчика ча0 стоты вращени , а вход соединен с вторыми входами первого и четвертого блоков умножени  и образует второй вход датчика ча&тоты вращени , третьего и четвертого блоков умножени  подклю5 чены соответственно к первому и второму входам второго алгебраического сумматора.wherein the output of the first aperiodic link is connected to the first inputs of the first and third multipliers of the rotational speed sensor, and the input is connected to the second inputs of the third and second multiplication blocks and forms the first input of the rotation speed sensor, the output of the second aperiodic link is connected to the first inputs of the second and fourth multiplications the rotational frequency clock sensor, and the input is connected to the second inputs of the first and fourth multiplication units and forms the second input of the rotational frequency amp & sensor, the third and fourth multiplication units Are connected respectively to the first and second inputs of the second algebraic adder. IPU22IPU22