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.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru