УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗЫ ВЕКТОРА ЭДС ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для векторно-импульсного управления асинхронным электроприводом, работающим в импульсном режиме, или в повторном подключении электродвигателя к сети или преобразователю частоты.
Известно устройство дискретного контроля фазы вектора ЭДС асинхронного электродвигателя (А.с. СССР №600681, МПК8 Н02Р 5/34, опубл. 30.03.78 г.), наводимой в обмотках его статора затухающим потоком ротора содержащее трансформатор присоединения, формирователи сигнала, дешифратор, преобразовывающий 6-разрядный входной код в логическую "1" на одном из 12 выходов.
Недостатком данного устройства является низкая точность контроля пространственного положения (фазы) вектора ЭДС электродвигателя, обусловленная формированием только двенадцати контролируемых зон. Точность контроля фазы вектора ЭДС составляет 30.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является устройство определения фазы вектора ЭДС электродвигателей переменного тока (патент RU №2038689, опубл. 27.06.1995 г.), содержащее трансформатор присоединения, резисторный блок преобразования фаз, формирователи сигнала и дешифратор. При этом выводы первичной обмотки трансформатора, соединенной звездой, соединены с клеммами для подключения выводов соответствующих фазных обмоток электродвигателя, выводы вторичной обмотки трансформатора, соединенной звездой, соединены с тремя входами блока преобразования фаз, двенадцать выводов которого соединены со вторыми выводами резисторов и с входами формирователей сигнала, причем блок преобразования фаз содержит три цепи из пяти последовательно соединенных резисторов каждая, эти цепи соединены с входами блока преобразования фаз по схеме треугольник, при этом точки соединения между резисторами каждой цепи блока преобразования фаз являются его выходами. В данном устройстве результирующие векторы напряжений формируются при помощи резисторного блока преобразователя фаз, что обеспечивает контроль фазы вектора ЭДС в пределах зоны в 15.
Недостатком данного устройства является то, что при помощи резисторного блока преобразователя фаз формирование каждого последующего вектора напряжения производится из предыдущих. Но так как, резисторы имеют разброс параметров, то имеет место накопления ошибки.
В результате векторы напряжений, определяемые величинами сопротивлений резисторов, взаимно зависимы и отклонение сопротивления от номинала любого из резисторов существенно влияет на положение последующих результирующих векторов напряжений на комплексной плоскости. Поэтому устройство имеет невысокую точность контроля фазы вектора ЭДС в пределах заявляемой зоны в 15. Кроме того, результирующие векторы напряжений имеют различную величину, что также снижает точность работы.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности определения фазы вектора ЭДС в пределах зоны в 15 за счет уменьшения взаимной зависимости формируемых векторов напряжений.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее трехфазный трансформатор присоединения, первичная обмотка которого присоединена к клеммам статорной обмотки электродвигателя, а вторичная обмотка соединена в звезду, двенадцать формирователей сигналов, резисторы и дешифратор, причем выходы формирователей сигнала соединены с соответствующими входами дешифратора, имеющего двадцать четыре выхода, которые соединены с выходными клеммами устройства, дополнительно введены вторая вторичная обмотка трансформатора, соединенная в треугольник и шесть сумматоров, выводы каждой вторичной обмотки трансформатора присоединены соответственно к входам первых шести формирователей сигнала и к первым выводам резисторов, соединенных в звезду, вторые выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, первый вывод первого резистора соединен со вторым входом второго сумматора и первым входом третьего сумматора, первый вывод второго резистора соединен с первым входом первого сумматора и вторым входом третьего сумматора, первый вывод третьего резистора соединен со вторым входом первого сумматора и первым входом второго сумматора, первый вывод четвертого резистора соединен со вторым входом пятого сумматора и первым входом шестого сумматора, первый вывод пятого резистора соединен с первым входом четвертого сумматора и вторым входом шестого сумматора, первый вывод шестого резистора соединен со вторым входом четвертого сумматора и первым
входом пятого сумматора, а выходы сумматоров присоединены соответственно к входам вторых шести формирователей сигнала.
Сумматоры выполнены инвертирующими на базе операционных усилителей, причем первые выводы первого и второго резистора каждого сумматора подключены соответственно к его входам, а вторые выводы - к инвертирующему входу операционного усилителя и первому выводу третьего резистора обратной связи, второй вывод которого является выходом сумматора и подключен к выходу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через четвертый резистор присоединен к шине нулевого потенциала.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, на фиг. 2 - схема инвертирующего сумматора, на фиг. 3 - векторная диаграмма напряжений, на фиг. 4 - волновые диаграммы напряжений u2a, u1-1-u1-6 и u2-1-u2-6, совмещенные с диаграммами сигналов формирователей сигналов u3-1-u3-12.
Соответствие зоны фазы вектора ЭДС электродвигателя и выходных сигналов дешифратора входным сигналам дешифратора представлено в таблице.
Устройство (фиг. 1) содержит трансформатор присоединения 1, первичная обмотка W1 которого подключена к зажимам статорной обмотки трехфазного электродвигателя 2, резисторы 3-8, формирователи сигнала 9-20, инвертирующие сумматоры 21-26, дешифратор 27. При этом выводы вторичной обмотки W2 трансформатора 1, соединенной в звезду и вторичной обмотки W3, соединенной в треугольник, присоединены соответственно к входам первых шести формирователей сигнала 9-14 и к первым выводам резисторов 3-5 и 6-8, соединенных в звезду, вторые выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала. Первый вывод первого резистора 3 соединен со вторым входом второго сумматора 22 и первым входом третьего сумматора 23, первый вывод второго резистора 4 соединен с первым входом первого сумматора 21 и вторым входом третьего сумматора 23, первый вывод третьего резистора 5 соединен со вторым входом первого сумматора 21 и первым входом второго сумматора 22, первый вывод четвертого резистора 6 соединен со вторым входом пятого сумматора 25 и первым входом шестого сумматора 26, первый вывод пятого резистора 7 соединен с первым входом четвертого сумматора 24 и вторым входом шестого сумматора 26, первый вывод шестого резистора 8 соединен со вторым входом четвертого сумматора 24 и первым входом пятого сумматора 25. Выходы сумматоров 21-26 присоединены соответственно к входам вторых шести формирователей сигнала 15-20. Выходы формирователей
сигнала 9-20 соединены с входами с соответствующими входами дешифратора 27, имеющего двадцать четыре выхода, которые соединены с выходными клеммами устройства.
Сумматоры 21-26 (фиг. 2) выполнены инвертирующими на базе операционных усилителей 28, причем первые выводы первого 29 и второго 30 резистора каждого сумматора подключены соответственно к его входам, а вторые выводы - к инвертирующему входу операционного усилителя 28 и первому выводу третьего резистора 31 обратной связи, второй вывод которого является выходом сумматора и подключен к выходу операционного усилителя 28, неинвертирующий вход которого через четвертый резистор 32 присоединен к шине нулевого потенциала.
Данная полезная модель работает следующим образом.
На резисторах 3-5 формируются векторы фазных напряжений u1-1-u1-3 вторичной обмотки W2 трехфазного трансформатора 1, сдвинутые между собой на угол 120. При этом за начало отсчета принята фаза вектора напряжения u2a, совпадающая по фазе с вектором на резисторе 3. На резисторах 6-8 формируются векторы фазных напряжений u1-4-u1-6 вторичной обмотки W3 трансформатора 1, также сдвинутые между собой на угол 120. В связи с тем, что вторичная обмотки W3 трансформатора 1 соединена в треугольник, то векторы фазных напряжений u1-4-u1-6 вторичной обмотки W3 отстают от соответствующих векторы фазных напряжений u1-1-u1-3 на угол 30 (фиг. 3). Причем для выравнивания модулей исходных векторов напряжений фазные напряжения вторичной обмотка W3 выбраны в   больше фазных напряжений вторичной обмотки W2.
На выходах инвертирующих сумматоров 21-23 формируется трехфазная система векторов напряжений u2-1-u2-3, отстающих от векторов напряжений u1-1-u1-3 на угол 15. Причем для повышения точности векторы напряжений u2-1-u2-3 формируются посредством сложения соответственно векторов напряжений u1-2 и u1-3, u1-3 и u1-1, u1-1 и u1-2 с последующим инвертированием. На выходах инвертирующих сумматоров 24-26 формируется трехфазная система векторов напряжений u2-4-u2-6, отстающих от векторов напряжений u1-4-u1-6 на угол 15. Векторы напряжений u2-4-u2-6 формируются посредством сложения соответственно векторов напряжений u1-5 и u1-6, u1-6 и u1-4, u1-4 и u1-5 с последующим инвертированием (фиг. 3). Для обеспечения фазового сдвига векторов выходных напряжений u2-1-u2-6 сумматоров 21-26 на 15 величины сопротивлений резисторов 29-32 выбираются из соотношений:
R29=0,816R31; R30=1,115R31;
R32=(R29R30+R29R31+R30R31)/(R29+R30+R3l).
Формирователи сигнала 9-20 преобразуют синусоидальные напряжения u1-1-u1-6 и u2-1-u2-6 в напряжения логических уровней u3-1-u3-12, причем положительная полуволна напряжений соответствует уровню логической "1", а отрицательная -уровню логического "0" (фиг. 4).
Выходные напряжения u1-3-u3-12 формирователей сигнала 9-20 преобразуются дешифратором 27 в соответствии с таблицей, в результате чего на его выходах формируется позиционный код, с логической "1" на одном из его выходов, соответствующем определенной фазе вектора ЭДС в пределах зоны в 15. Согласно таблице на выходе дешифратора 27 появляется единичный сигнал u1-4, свидетельствующий о том, что фаза вектора ЭДС электродвигателя 2 находится в интервале 0-15. На всех других выводах дешифратора 27 сигналы u4-2-u4-24 равны нулю. При переходе фазы вектора ЭДС электродвигателя 2 в другой интервал 15-30 на его выходе появляется сигнал u4-2, соответствующий логической "1" и так далее.
В предлагаемой полезной модели формирование результирующих векторов напряжений производится из шести исходных векторов, величина и положение которых жестко привязанных к объекту управления, в результате чего уменьшается взаимная зависимость формируемых векторов напряжений, а, следовательно, повышается точность работы устройства.