УСТРОЙСТВО ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПО ТОКУ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

УСТРОЙСТВО ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПО ТОКУ ЭЛЕКТРОПРИВОДА


RU (11) 2020719 (13) C1

(51) 5 H02P5/06 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5026085/07 
(22) Дата подачи заявки: 1992.02.06 
(45) Опубликовано: 1994.09.30 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Авторское свидетельство СССР N 1534717, кл. H 02P 5/06, 1987. 2. Авторское свидетельство СССР N 1676419, кл. H 02P 7/42, 1991. 
(71) Заявитель(и): Буторин Николай Вячеславович; Иванов Евгений Серафимович; Мерзляков Юрий Васильевич; Новиков Владимир Николаевич; Пятков Михаил Иванович 
(72) Автор(ы): Буторин Николай Вячеславович; Иванов Евгений Серафимович; Мерзляков Юрий Васильевич; Новиков Владимир Николаевич; Пятков Михаил Иванович 
(73) Патентообладатель(и): Буторин Николай Вячеславович; Иванов Евгений Серафимович; Мерзляков Юрий Васильевич; Новиков Владимир Николаевич; Пятков Михаил Иванович 

(54) УСТРОЙСТВО ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПО ТОКУ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 

Использование: в системах управления электроприводов. Сущность: устройство содержит два измерительных делителя напряжения и усилитель с дифференциальными входами, что позволяет не производить настроек ни перед началом работы, ни в процессе эксплуатации. В данном устройстве повышается надежность, поскольку выходное напряжение, несущее инфомрацию о токе нагрузки и измеряемое относительно средней точки силового делителя, не зависит от потенциала этой точки. 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления электроприводов.

Известно устройство обратной связи по току для электропривода, содержащее питающий трансформатор, измерительное сопротивление, подключенное к вторичной обмотке трансформатора тока, первичная обмотка которого включена в цепь измеряемого тока [1].

Недостатками этого устройства являются относительно невысокая надежность, большие сложность и дороговизна из-за применения трансформатора тока и других намоточных изделий.

Известно устройство обратной связи по току для электропривода, содержащее два измерительных резистора, силовой делитель напряжения из двух резисторов, потенциометр и источник напряжения, средняя точка которого связана со средней точкой силового делителя напряжения [2].

Недостатком этого устройства является ограниченная область применения из-за невысоких значений точности и надежности. Во-первых, невысокие точность и надежность определяются применением силового делителя напряжения и потенциометра, в котором сопротивление скользящего контакта изменяется в процессе эксплуатации. Во-вторых, схема измерения тока такова, что точность устройства обратной связи зависит от значения напряжения питания силовых полупроводниковых ключей электропривода. Приемлемая для практических задач точность обеспечивается только при напряжениях питания до 30-50 В.

В промышленности используются электроприводы с напряжением питания 500-1000 В и в них нельзя применять известное устройство из-за больших погрешностей измерения тока, достигающих 100% и более.

Цель изобретения - расширение области применения устройства обратной связи по току за счет повышения его точности и надежности.

Цель достигается тем, что в устройство обратной связи по току электропривода, содержащее два измерительных резистора, по одному выводу которых образуют первый и второй силовые входы, а два других вывода образуют силовые выходы, силовой делитель напряжения на резисторах, крайние выводы которого соединены соответственно с первым и вторым силовыми входами, а средняя точка этого делителя, образующая первый выход устройства, соединена со средней точкой источника напряжения для питания системы управления электропривода, дополнительно введены первый и второй измерительные делители напряжения на резисторах, первый и второй вспомогательные источники напряжения со средними точками, первый и второй масштабные усилители напряжения, усилитель напряжения с дифференциальными входами, которые подключены к средним точкам упомянутых первого и второго измерительных делителей напряжения, причем крайние выводы первого измерительного делителя, также как и средние точки первого и второго вспомогательных источников напряжения, подключены соответственно к первому и второму силовым входам устройства, крайние выводы второго измерительного делителя подключены по отдельности к выходам соответственно первого и второго масштабных усилителей напряжения, входы первого из которых подключены к первому измерительному резистору, а его цепи питания - к первому из вспомогательных источников напряжения, входы второго масштабного усилителя напряжения подключены к второму измерительному резистору, а его цепи питания подключены к второму из вспомогательных источников напряжения, при этом цепи питания усилителя напряжения с дифференциальными входами подключены к источнику напряжения для питания системы управления электропривода, а выход этого усилителя образует второй измерительный выход устройства обратной связи по току.

На фиг.1-3 показаны принципиальные схемы предлагаемого устройства.

Устройство содержит равные измерительные резисторы 1 и 2, силовой делитель напряжения на равных резисторах 3 и 4 со средней точкой 5, источник 6 напряжения со средней точкой 7, которая соединена со средней точкой 5, вместе они образуют первый измерительный выход 8 устройства. Крайние выводы резисторов 3 и 4 образуют первый 9 и второй 10 силовые входы устройства, к которым соответственно подключены первые выводы резисторов 1 и 2, вторые выводы которых образуют первый 11 и второй 12 силовые выходы устройства.

Устройство содержит первый измерительный делитель напряжения на резисторах 13 и 14 со средней точкой 15, второй измерительный делитель напряжения на резисторах 16 и 17 со средней точкой 18, первый и второй масштабные усилители 19 и 20 напряжения, первый и второй вспомогательные источники 21 и 22 напряжения соответственно со средними точками 23 и 24, которые соединены соответственно с силовыми входами 9 и 10.

Кроме того, устройство содержит усилитель 25 с дифференциальными входами 26 и 27, с нулевой клеммой 28 и выходом 29, который образует второй измерительный выход устройства. Свободные выводы резисторов 13 и 14 соединены с силовыми входами 9 и 10, а свободные выводы резисторов 16 и 17 соединены соответственно по одному с выходами масштабных усилителей 19 и 20, входы первого из которых соединены с резистором 1, а входы второго - с резистором 2. При этом цепи питания масштабного усилителя 19 подсоединены к источнику 21 напряжения, цепи питания масштабного усилителя 20 подсоединены к источнику 22, а цепи питания усилителя 25 - к источнику 6 напряжения.

Дифференциальные входы 26 и 27 усилителя 25 подсоединены соответственно к средним точкам 15 и 18 измерительных делителей напряжения, а его нулевая клемма 28 соединена с первым измерительным выходом 8.

С целью пояснения использования предлагаемого устройства в системе электропривода (фиг.1) дополнительно показана одна пара полупроводниковых ключей 30 и 31, которые соединены с источником 32 силового напряжения через предлагаемое устройство обратной связи по току. К средней точке ключей подсоединена фазная обмотка 33 исполнительного двигателя электропривода.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемый ток iн одной полярности поступает в обмотку 33 от источника 32 через измерительный резистор 1 и замкнутый ключ 30. Измеряемый ток iн другой полярности поступает из обмотки 33 через замкнутый ключ 31 и резистор 2 в источник 32. Этот ток создает напряжения U1 и U2 на измерительных резисторах 1 и 2, которые усиливаются масштабным усилителями в n раз. На выходах этих усилителей имеются напряжения U19 и U20.

U19 = iн R1 n,

U20 = iн R2 n, где R1 и R2 - значения резисторов 1 и 2, причем R1 = R2;

n - коэффициент усиления масштабных усилителей.

С помощью измерительных делителей на резисторах 13, 14 и 16, 17 напряжения U19 и U20 поступают на дифференциальные входы 26 и 27 усилителя 25.

На выходе 29 усилителя 25 формируется напряжение U29, которое определяется следующим образом:

для положительного тока

U29 = iн R1 n m;

для отрицательного тока

-U29 = -iн R2 n m, где m - коэффициент передачи измерительных делителей и усилителя 25, равный 0,1-1.

На фиг. 2 показана схема масштабного усилителя; на фиг. 3 - то же, с дифференциальными входами.

Источники 21, 22 питания масштабных усилителей могут иметь значения напряжений (15-50) В в зависимости от того, какое выходное напряжение усилителей требуется для получения необходимой точности измерения тока. Источник 6 напряжения - это обычный источник со значением 15 В, применяемый для питания операционных усилителей.

В предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом нет элементов для настроек, что увеличивает надежность. В прототипе применен потенциометр с механическим контактом, с помощью которого производятся настройки: потенциал на движке потенциометра устанавливается равным потенциалу средней точки силового делителя. Во-первых, производится настройка при iн = 0 перед началом работы. Во-вторых, производятся настройки в процессе работы привода, так как с течением времени не остается постоянным потенциал средней точки силового делителя напряжения: этот делитель не может быть прецизионным, кроме того нагрузка на делитель несимметричная и изменяется в зависимости от режима работы электропривода. Производить настройки в приводах с непрерывным циклом работы невозможно и, следовательно, у прототипа ограниченная область применения.

Предлагаемое устройство содержит два измерительных делителя напряжения и усилитель с дифференциальными входами, что позволяет не производить настроек ни перед началом работы, ни в процессе эксплуатации. Отсутствие потенциометра повышает надежность предлагаемого устройства. Объясняется это тем, что выходное напряжение, несущее информацию о токе iн и измеряемое относительно средней точки 5 силового делителя, не зависит от потенциала точки 5. Это важно, так как в электроприводах точка 5 образует общую шину, относительно которой совершаются все преобразования напряжений системы управления электроприводом, в том числе и использование напряжения устройства обратной связи по току.

Предлагаемое устройство может быть использовано в электроприводах с высоким силовым напряжением питания.

Например, напряжение источника 32 может быть 540 В и выше. Напряжение 540 В используется в промышленных электроприводах и получается в результате бестрансформаторной схемы выпрямленного напряжения 380 В промышленной трехфазной сети. Объясняется это следующим образом. Современные высокоточные резисторы имеют начальную точность не лучше 0,05%. В процессе эксплуатации можно ориентироваться на точность не более 0,1%. У потенциометров этот показатель не бывает лучше 1%.

Определяют точность измерения тока в прототипе и предлагаемом устройстве. В обоих устройствах измерительные резисторы 1 и 2 принимают одинаковыми и, следовательно, имеют на этих резисторах напряжения:

U1 = iнR1; U2 = iнR2.

Для простоты пояснения не учитывают погрешностей измерения тока iн, возникающих из-за несоответствия значений реальных резисторов R1 и R2 расчетным значениям. Эти погрешности одинаковы в обоих устройствах.

Определяют погрешность измерения тока в прототипе при некотором напряжении Uп источника 32. Значение погрешности при iн = 0 определяют как разность потенциалов U средней точки 5 силового делителя и движка потенциометра. Несложные вычисления приводят к формуле:

U = Uп, где - погрешность резисторов силового делителя. Для простоты вычислений погрешность потенциометра принята равной погрешности резисторов силового делителя. Относительная погрешность для рассматриваемой мостовой схемы опреде- ляется по формуле: U% = = 100% , где U1 макс = iн макс R1. Определяют погрешность измерения тока в предлагаемом устройстве.

Значение погрешности при iн = 0 определяют как разность потенциалов V средних точек 15 и 18 измерительных делителей:

V = 1 . Uп,

где 1 - погрешноcть резиcторов измерительных делителей. Относительная погрешность определяется по формуле: V% = 100% , где U19 макс = iн макс = Rn n; iн макс R1 = =U1 макс. Для прототипа и предлагаемого устройства принимают Uп = 500 В, iн макс R1 = 0,5 В,= =0,001; 1 = 0,0005; n = (20-100). Тогда U% = = 200% V% = = (15)%

Эти расчеты показывают, что предлагаемое устройство в отличие от прототипа имеет высокую точность измерения тока и может быть использовано в электроприводах с силовым напряжением Uп = 540 В, выпускаемых промышленностью.

Предлагаемое устройство было проверено в составе электропривода с трехфазным асинхронным двигателем при питании напряжением 540 В трехфазного мостового транзисторного усилителя напряжения.

Было испытано три устройства по схеме (фиг. 1), при этом n = 20. При испытаниях погрешность измерения тока в любом из трех устройств не превышало 5%, что находится в соответствии с расчетными значениями погрешности. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



УСТРОЙСТВО ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПО ТОКУ ЭЛЕКТРОПРИВОДА, содержащее два измерительных резистора, одни выводы которых образуют первый и второй силовые входы, а два других вывода образуют силовые выходы, силовой делитель напряжения на резисторах, крайние выводы которого соединены соответственно с первым и вторым силовыми входами, а средняя точка этого делителя, образующая первый измерительный выход устройства, соединена со средней точкой источника напряжения для питания системы управления электропривода, отличающееся тем, что дополнительно введены первый и второй измерительные делители напряжения на резисторах, первый и второй вспомогательные источники напряжения со средними точками, первый и второй масштабные усилители напряжения, усилитель напряжения с дифференциальными входами, которые подключены к средним точкам упомянутых первого и второго измерительных делителей напряжения, причем крайние выводы первого измерительного делителя, так же как и средние точки первого и второго вспомогательных источников напряжения, подключены соответственно к первому и второму силовым входам устройства, крайние выводы второго измерительного делителя подключены по отдельности к выходам соответственно первого и второго масштабных усилителей напряжения, входы первого из которых подключены к первому измерительному резистору, а его цепи питания - к первому из вспомогательных источников напряжения, входы второго масштабного усилителя напряжения подключены к второму измерительному резистору, а его цепи питания подключены к второму из вспомогательных источников напряжения, при этом цепи питания усилителя напряжения с дифференциальными входами подключены к источнику напряжения для питания системы управления электропривода, а выход этого усилителя образует второй измерительный выход устройства обратной связи по току.