книги / Труды IX Международной (XX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2016 , Пермь, 3-7 октября 2016 г

Сформулированы отличительные признаки электрического и механического дифференциалов и рассмотрены вопросы применения электрического дифференциала в технике, втомчислевавтотранспортебольшойгрузоподъёмности.

Distinctive features of electric a mechanic differentials are formulated; issues of electric differential application in the engineering are examined including motor transport of heavy payload.

Ключевые слова: электрический дифференциал, постоянный и переменный ток, электропривод, импульсное регулирование, транспортные средства.

Keyword: electric differential, constancy and alternating of current, electric drive, impulse adjustment, motor transport.

«Дифференциал» – название узла, применяемого, например, в механических трансмиссиях перематывающих механизмов, автотранспорте. На рис. 1 изображена кинематическая схема механического дифференциала (МД).

Шестерни его выходных валов, вращающиеся с частотами n1 и n2, образуют замкнутый контур с шестерня- ми-сателлитами внутри корпуса, вращающегося с часто-

той n0. В таком узле всегда n0 = n1 + n2 . Подобный же

2

контур (рис. 2), только энергетический, создаётся при последовательном соединении силовых цепей двух двигателей на общий источник напряжения (постоянного или переменного тока). Может ли быть такой признак достаточным, чтобы считать ЭД аналогом МД?

Еще 80 лет назад последовательное включение двигателей постоянного тока, в том числе двух, было использовано в железнодорожном транспорте в многодвигательном электроприводе колесных пар для выравнивания движущих моментов [1]. Такая схема имеет жесткую связь валов приводных двигателей через рельсы (исключая режим «буксовки»), в ней частоты вращения валов двигателей перераспределяться не могут. Очевидно, что замена трансмиссии с МД на ЭД возможна только для сопряжения конструктивно независимых механизмов – двух колёс, наката – раската, инструмента – механизма его подачи и др. Схема электропривода самоходного вагона с последовательно включенными статорными обмотками асинхронных двигателей в общий «треугольник» была испытана в 1967 г. в тресте «Эстонсланец». Замена механического узла МД на ЭД в приводе шахтных кабельных самоходных машин на пневматическом ходу позволила резко увеличить емкость вагонов [20].

В трансмиссиях автосамосвалов 75 т (Белаз-549) и выше от МД отказались достаточно давно (при таких мощностях их работа становится менее надежной), использовав систему электропривода постоянного тока с мотор-колесами при параллельном включении двигателей на общий генератор. Однако такая схема электропривода решила проблему частично, так как в ней нельзя применить двигатели постоянного тока с параллельным возбуждением, а двигатели с последовательным возбуждением, имеющие круто падающие механические характеристики, при резком возрастании нагруз-

Рис. 1. Механический дифференциал

Рис. 2. Схема электрического дифференциала

ки во время маневрирования машины создают недопустимые динамические моменты, разрушающие трансмиссию, в особенности шины колёс. Применение системы ЭД постоянного тока на модернизированном самосвале «Белаз-549» на Тырныаузком вольфрамомолибденовом комбинате за период с февраля по май 1980 г. даже в нерегулиру-емом варианте позволило увеличить межремон-тный пробег шин в 1,5 раза, а вывоз горной массы даже при снижении скорости в 2 раза из-за снижения напряжения на каждом двигателе возрос в 1,4 раза [2].

Попытка создать схему регулируемого двухдвигательного электропривода переменного тока с последовательно включёнными статорными обмотками была предпринята ещё в 1960 г. в текстильной промышленности [3, 4]. Однако использование роликового компенсатора с конечными выключателями в крайних положениях ролика компенсатора исключило главное достоинство схемы – контур саморегулирования в функции нагрузки, система не запускалась. Кроме того,

перераспределение токов в статорных обмотках ЭД за счет шунтирования их дросселями насыщения при частотах свыше 5 Гц неэффективно [4]. Как показано в [13], введение в компенсаторные устройства подпружиненных датчиков положения регуляторов позволяет сохранить в системе ЭД силовой контур саморегулирования в функции нагрузки, сочетающийся с системой автоматического регулирования.

В настоящее время в справочной литературе понятие «электрический дифференциал» отсутствует, нет четкого определения состава его, зачастую в технической литературе с такой характеристикой проходят механические устройства с электротехническими элементами автоматического регулирования или разновидности электродвигателей [5].

Для электрического дифференциала (ЭД) можно предложить такое определение: ЭД – электромеханическая система, признаками которой являются: два двигателя постоянного тока (=ЭД) или переменного тока (~ЭД), силовые цепи которых соединены последовательно и подключены к общему источнику напряжения; два независимых механизма, валы которых жёстко конструктивно не связаны, но замкнуты на технологический контур, обеспечивающий саморегулирование частот вращения двигателей в функции противофазных переменных нагрузочных моментов сопрягаемых механизмов, при этом такая связь не разделена компенсаторными ёмкостями с отключающими элементами в крайних положениях, а измерительные элементы системы автоматического регулирования должны быть подпружинены.

Очевидно, что нельзя отнести к ЭД, например, конструкцию двигателя с двумя выходными валами от двух смещённых роторов внутри общего статора или двойным ротором (один внутри другого), привод с преобразователем частоты, в котором к контуру постоянного тока подсоединены несколько инверторов, питающих приводы независимых механизмов, где собственно происходит распределение энергии общего источника между потребителями и др.

Основной недостаток дифференциала в трансмиссиях транспортных средств – режим «буксовки», когда нарушается сцепление между движущим колесом и поверхностью движения. В регулируемых МД для ликвидации таких режимов предлагаются невероятно сложные, а значит, недостаточно надежные конструкции. Так, в корпус МД встраивают управляющий МД меньших размеров, позволяющий через циклоидные редукторы, промежуточные тела вращения, конические и цилиндрические шестерни с помощью управляющего привода воздействовать на выходные полуоси принудительно вне зависимости от моментов нагрузки [6]. Известен МД с самотормозящимися червячными парами (червяк– червячное колесо), в которых кинематические связи замыкают с помощью управляющих шестеренчатых приводов червяков от выходных валов. Взаимное положение червяка и червячного колеса меняется в пределах зазора их зубчатого зацепления [7]. Очевидно, что цена возможно-

сти принудительного регулирования угловых скоростей МД, добытая столь изощренной кинематикой, высока, предъявляет особые требования к качеству конструктивных материалов, точности изготовления деталей, качеству смазки и значительно понижает КПД трансмиссии.

Возможности регулирования в ЭД не сопоставимы по отношению к приводу на базе МД.

МД в автомобильной трансмиссии работает следующим образом. При повороте машины колесо, находящееся на меньшем (внутреннем) радиусе, стопорится из-за роста его нагрузочного момента и через шестернисателлиты дифференциала шестерня вала колеса, находящееся на большем радиусе, начинает перекатываться по шестерне другого вала – частота вращения внешнего колеса увеличивается, происходит перераспределение этих частот. Работает мощный контур саморегулирования в функции нагрузки через связь по валам через поверхность движения. Однако применение нерегулируемого дифференциала при перемотке, транспортировке слабых материалов (ткань, пленка) или для выполнения специальных технологических условий сопряжения механизмов, когда требуется установка контролирующих датчиков, или средств программирования, невозможно. Выбор очевиден.

Постановка задачи, терминология, конструкторские разработки, исследования математических моделей на компьютере впервые были выполнены авторами в 60-х гг. прошлого века [8, 10–15, 21–23]. Полученные результаты этих работ были востребованы в космической, атомной, текстильной отраслях, в дальнейшем ЭД был применён для транспортных средств особо большой грузоподъёмности ведущими фирмами мира. После успешной модернизации «БелАЗ-549» на ТГМК в начале 1980 г. (согласно технической документации на самосвал 170 т фирмы «Юклид») американская фирма «Дженерал-электрик» (Пенсильвания 653 USA) внесла кардинальные изменения (REV) в силовую часть системы «СТЕЙТЕКС» 10 июля 1981 г. Схема привода «Юклид» в силовой части её приведена в [2]. Уже в 1982 г. такие машины прибыли в г. Тырныауз. Белорусскими автомобилестроителями получено авторское свидетельство на систему автоматического регулирования [12].

Фирма «Дженерал-электрик Компани» (US) признаки известного способа 1962 г. [8] запатентовала (заявитель и патентодержатель в формулировке [9]): «шунтирование боксуещего колеса … с дизель-электрическим приводом, включающим в себя по крайней мере два сопряженных с разносторонними колёсами тяговыми электродвигателями постоянного тока … последующим полным снятием возбуждения» с приоритетом от

28.06.1990 г.

Вероятно, впервые информация по ЭД постоянного тока стала достоянием Японского текстильного машиностроения, поставившего в 60-х гг. в г. Кострому кра- сильно-роликовую машину «Джиггер» со схемой по [8]. Экземпляр диссертации [10] был передан учреждению в космической отрасли в период защиты этого исследо-

вания на кафедре электропривода МЭИ (ректор М.Г. Чиликин). В феврале 1966 г., было проведено несколько консультаций с работниками заинтересованной организации в г. Москве. В 1982 г. был получен акт внедрения авторского свидетельства [17] от п/я № Г-4562 г. Арза-

мас 16 (20.11.82 г).

Первые промышленные испытания =ЭД автором были проведены на фабрике БИМ г. Иваново в 1963 г.

сосевой перемоткой ткани в красильно-роликовой машине, затем был опробован ~ЭД в нерегулируемом варианте (с периферийным накатом-раскатом роликов диаметром до 1 м).

Современный уровень развития преобразовательной техники позволяет выполнить привод каждого колеса

синдивидуальным управляемым электродвигателем переменного тока. Однако это не значит, что надо отказываться от дифференциального электропривода, учитывая преимущество последнего как по стоимости, так и по надёжности. Очевидно, что для ~ЭД необходимо разрабатывать принципиально новые способы управления и регулирования.

Чем отличаются переходные электромагнитные процессы в =ЭД и ~ЭД?

Знакопеременный периодический процесс в виде прямоугольных импульсов можно представить синусоидой с набором гармоник разной частоты. Очевидно, что воздействовать на магнитное поле статора асинхронного двигателя, имеющее импульсное происхождение, логично непосредственно в магнитопроводе встречным полем соизмеримой частоты импульсным способом. Электромагнитные переходные процессы в меди статорных обмоток АД скоротечны. Период Т при

и пикам тока в меди машин постоянного тока (электропривод «БелАЗ» – 549: генератор ГПА – 600, 630 кВт, 650 В, 2120 мин-1 – на одной оси с дизелем) при прокручивании дизеля через свой генератор (во время запуска от стенда, содержащего аналогичные машины на оси с движущим двигателем 4А230м4у, 90 кВт 380/220 В, 1480 мин-1 переменного тока; цех Тырныаузского воль- фрамо-молибденового комбината) при реостатном (в цепи статорных обмоток асинхронного двигателя стенда) 5-ступенчатом пуске и заранее соединённых разъёмах в цепи якорей генераторов стенда (1) и самосвала (2), когда на 3-й ступени при включении возбудителя стенда на обмотку возбуждения генератора величина напряжения генератора 1 составила 160 В, осциллограмма зафиксировала пик пускового тока в якорях 1,2 всего 158 А через 6 с после запуска силовой установки стенда [18].

Импульсный способ регулирования ~ЭД позволяет растянуть процесс запуска механизма во времени за счёт ступенчатого разгона маховых масс (можно сравнить с реостатным пуском в электроприводе постоянного тока) до данной ступени базисной скорости. Оче-

видно, что в статоре регулируемого (первого) двигателя ~ЭД создаётся пульсирующее магнитное поле, при этом во втором двигателе поле пульсирует в противофазе и, когда первый переходит в режим предвключённого индуктивного сопротивления, величина пиков регулировочных токов в последовательно соединенных обмотках будет ограничиваться за счет электродвигателя, работающего в обычном режиме. При проектировании такого привода следует учитывать, что искусственное создание режима вибраций в трансмиссии механизма требует просчёта системы на недопущение разрушительных резонансных нагрузок на её элементы. Подбирая величины продолжительности импульса и цикла пульс-пары, задающих работу импульсного управления в зависимости от величины электромеханической постоянной времени электропривода проектируемого механизма, можно избежать ударных электродинамических нагрузок.

В режиме рабочих скоростей движения для обеспечения тормозного режима регулируемого двигателя время паузы (противовключения) должно быть больше, чем время импульса, когда схема электропривода возвращается в исходное положение. Применительно к терминологии классического способа к времени «пауза» в чистом виде можно отнести только время переключения аппаратуры, а основная доля «паузы» состоит из времени работы обмоток двигателя в режиме «противовключения».

Импульсный способ регулирования скорости вращения асинхронных двигателей с к.з. ротором, возникший на заре развития электроприводов ([19, с. 361]), обеспечивает за счёт периодического отключения двигателей некоторую усреднённую скорость с большой амплитудой колебаний её и пиков токов в статоре, что в длительном режиме требует большого запаса мощности из-за перегрева двигателя. Для регулирования он применяется лишь в электроприводе кранового оборудования для получения «ползучих» скоростей [16].

Вариант классического способа импульсного регулирования в транспортных машинах с приводом ЭД позволяет недостатки его обратить во благо. Работа самосвалов в условиях временных дорог карьеров в значительной степени зависит от сцепления колёс с грунтом на уровне молекулярных связей. Пульсирующий характер магнитного поля и движущего момента создаёт значительную переменную составляющую последнего, облегчающую процесс смятия грунта и отрыва колеса от поверхности движения, причём в период ослабления поля одного (регулируемого) двигателя, сила толчка вторым колесом увеличивается. В режиме перемагничивания асинхронного двигателя при ручном управлении практически невозможно «поймать» время начала реверса, применение импульсного способа позволяет снять и это ограничение.

Подытоживая результаты разработок по новому направлению в области автоматизированного электропривода за полувековой период времени следует отметить такие преимущества их перед аналогом – МД:

1.Сняты конструктивные ограничения по трансмиссиям транспортных средств особо большой грузоподъёмности, так как можно проектировать электропривод с дифференциальными характеристиками без использования МД.

2.Обеспечивается срыв буксовки колёс за счёт простых схемных решений – переключения обмоток в режим «противовключения (~ЭД) или шунтирования якоря омическим сопротивлением (= ЭД).

3.В частотно-регулируемых приводах общего применения (выпрямительный мост – звено постоянного тока – один инвертор) количество преобразователей частоты (ПЧ) уменьшается в два раза, для многодвигательного привода (поточные линии) с ПЧ (выпрямительный мост – звено постоянного тока с несколькими инверторами) уменьшается в 2 раза количество этих инверторов.

4.По простоте систем автоматического регулирования ЭД и МД даже несопоставимы.

5.При использовании импульсного регулирования в ЭД возможно влиять на нагрузочные моменты за счёт переменной составляющей движущего момента.

6.Возможность инновационных разработок по созданию безредукторной системы привода мотор-колесо на базе дуговых 3-фазных индукторов для транспортных средств особо большой грузоподъёмности.

Библиографический список

1.А.с. № 42141 СССР Класс 20.1,1 Устройство для предотвращения буксования тяговых двигателей / Л.Я. Хигер, М.Н. Линкова

(СССР) № 145547; заявл. 09.04.1934; опубл. 31.03.1935. Тип. «Смена». Зак. 1941-500.

2.Пастин С.В. Электрический дифференциал автомобилей особо большой грузоёмкости // Автомобильный транспорт. 1965. № 6.

С. 49–50.

3.А.с. 132297 А1 СССР, МПК6 Н 02 Р5/50, Н 02 Р7/74. Регулируемый электропривод / А.М. Быстров, В.Н. Лирин (СССР). № 665641|24;

заявл. 22.02.1960; опубл.01.01.1960. Бюл. № 19. 2 с.

4.А.с. 518850 А2 СССР, МПК5 Н 02 Р5/50. Регулируемый электро-

привод / Б.Л. Ершов (СССР). № 2096404/24–7; заявл. 06.01.1975; опубл. 25.06.1976. Бюл. № 23. 3 с.

5.Водяник Г., Рылеев Э. Электрический дифференциап [Электрон-

ный ресурс]: реферат. URL: Xreferat.com.

6.Управляемый межколёсный (межосевой) дифференциал: пат.

№ (11) 12376515 Кл. (13) С2 (51) МПК F15 H48/30 (2006.01) B60 K 17/16 (2006.01) Рос. Федерация / В.К. Снимщиков. 2007131611/11; заяв. 20.08.2007; опубл. 20.12.2009.

7.Будин В.А., Муфазалов В.Р. Заявка на пат. 2010105734/11 Диф-

ференциал 17.02.2010 г.

8.А.с. 166948 СССР, МПК Н 02р Кл. 21с, 6265. Способ регулирования двухдвигательного электропривода текстильных машин / С.В. Пастин, А.Е. Панков (СССР). № 790721/24-7; заявл. 09.08.1962; опубл. 12.12.1964. Бюл. № 24. 2 с.

9.Пат. 2060174 С1 Рос. Федерация, МПК6 B 60L 15/20. Устройство для управления дизель-электрическим приводом грузового транспортного средства с по крайней мере двумя сопряженными с разносторонними колесами тяговыми электродвигателями постоянного тока в условиях боксования и преднамеренного останова колес / Ф.М. Грабовски (США); заявитель и патентообладатель Дженерал Электрик Компании (США) – № 4830362/11;

заявл. 28.06.1990; опубл. 20.05.1996.

10.Пастин С.В. Разработка и исследование двухдвигательного электропривода перематывающих механизмов: автореф. дис. … канд. тех. наук / Моск. ордена Ленина энергет. ин-т. М., 1965. 18 с.

Рассмотрены вопросы построения объектноориентированных преобразователей частоты для питания ручного электроинструмента на базе трехфазного асинхронного двигателя (АД). Предложены варианты схемных решений, учитывающих качество эффективности потребления электроэнергии из сетей общего пользования, массогабаритные и стоимостные показатели.

Questions of construction of specialized frequency converters for power supply of manual electric tools on the basis of a three-phase induction motor are considered. Alternatives of the circuit solutions considering quality of efficiency of current consumption from networks of the general using, massdimensional and cost indexes are offered.

Ключевые слова: преобразователь частоты, асинхронный двигатель, ручной инструмент, коэффициент мощности, электромагнитная совместимость.

Keywords: frequency converter, induction motor, manual electric tool, power factor, electromagnetic compatibility.

ВВЕДЕНИЕ

Средства малой механизации (СММ) используются вразличных отраслях промышленности, сельского хозяйства, строительства, сферах коммунального хозяйства и быта, повышая производительность труда. Всостав СММ входят ручные и переносные машины (механизированный инструмент).

Особенностью устройств СММ, построенных на основе трехфазного асинхронного двигателя, является

применение высокоскоростных двигателей, работающих, в отличие от общепромышленных, на повышенных частотах питающей сети 100–400 Гц. Основная масса двигателей и машин класса защиты III (с гальванической развязкой питающей сети) на напряжения 36 и 42 В, однако производятся и машины класса I на

телей частоты (ПЧ) с возможностью работы как от однофазной, так и трехфазной электросети общего пользования. Невозможность использования для питания СММ выпускаемых в настоящее время ПЧ общего применения, исходя из конструктивных и функциональных особенностей, подробно пояснена в [1]. При разработке следует учитывать надежность и массогабариты ПЧ, связанные с условиями эксплуатации и мобильностью выполняемых работ, а также долю его стоимости в составе СММ.

Кроме того, при разработке источников питания для СММ необходимо учитывать их влияние на питающую сеть. В настоящее время действует государственная программа «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года», направленная на обеспечение конкурентоспособности и повышение эффективности энергопотребления. Кроме того, существует ряд международных и государственных стандартов, нормирующих гармонический состав токов, потребляемых из электросети.

I. СТРУКТУРА ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПЧ

На рис. 1 изображены структурные схемы специализированных ПЧ с гальванической развязкой (рис. 1, а) и без нее (рис. 1, б).

а

б

Рис. 1. Структурная схема объектно-ориентированного ПЧ

Выпрямитель (В) в силу указанных выше обстоятельств выбирается неуправляемым.

Звено постоянного тока (ЗПТ) должно выполнять следующие функции:

♦стабилизацию требуемого выходного напряжения звена постоянного тока с учетом колебаний напряжения сети и падения напряжения в питающем кабеле;

♦коррекцию коэффициента мощности потребляемой электроэнергии;

♦гальваническую развязку с питающей сетью (в случаеиспользованиямашинсIII классомзащиты).

Инвертор (И) выполнен по классической трехфазной мостовой схеме.

II. ВЫБОР СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ

Критериями качества работы выпрямителя являют-

ся [2, 3]:

♦ пульсность – отношение частоты пульсации к частоте питающего напряжения:

p = fп = m a,

fсети

где m – фазность схемы выпрямителя (1 или 3); a – число периодов выпрямления (1 или 2);

♦ коэффициент пульсации – отношение амплитуды k-й гармоники к средневыпрямленному значению напряжения:

где k – номер гармоники;

♦ коэффициент выпрямления по напряжению – отношение средневыпрямленного значения напряжения к действующему значению напряжения сети:

♦ коэффициент использования трансформатора по мощности:

где U0, I0 – средние значения выпрямленного напряжения и тока; U1, I1 – действующие значения первичного напряжения и тока; U2, I2 – действующие значения вторичного напряжения и тока.

При увеличении коэффициента использования трансформатора возрастает коэффициент полезного действия. В табл. 1 приведены параметры базовых схем выпрямления.

Анализируя сводную таблицу параметров базовых схем выпрямления, производится выбор наиболее подходящей для разрабатываемого преобразователя частоты. При выборе схемы необходимо также учитывать, что при активных мощностях нагрузки более 3…5 кВт токи на входе выпрямителя однофазного тока превышают предельно допустимые для бытовых потребителей значения 16…25 А. В этом случае для получения постоянного тока необходимо питание выпрямителя от трехфазной сети.

Однофазные схемы, однополупериодную и двухполупериодную со средней точкой, можно не рассматривать, так как первая применяется для микромощных потребителей, а вторая нуждается в средней точке вторичной обмотки трансформатора, что исключено при питании от сетей общего пользования.

При выборе трехфазной однополупериодной схемы следует учитывать, что токи фаз складываются в нейтральном проводе трехфазной сети питания. Таким образом, ток нейтрального провода может превышать ток фазного провода в два раза. При этом необходимо использовать нейтральный провод существенно большего сечения, чем обычно. Кроме того, в соответствии с IEEE519 не допускается использование оборудования с постоянной составляющейтокаиз потребительскойсети.

III. ЗВЕНО ПОСТОЯННОГО ТОКА

Существующие стандарты по электромагнитной совместимости [4], ограничивающие эмиссию гармоник тока потребителями, фактически ограничивают возможность применения классических схем выпрямителей. Это связано с тем, что при их использовании относительное содержание высших гармоник значительно больше, чем предельно допустимо стандартом.

Классическим способом повышения коэффициента мощности, т.е. улучшения формы кривой потребляемого тока и синфазности его с напряжением, является применение повышающего преобразователя постоянного напряжения. Управление силовым ключом в этом случае происходит не только в функции выходного напряжения, но и в функции входных тока и напряжения. Таким образом, используются два канала обратной связи. Уменьшения каналов обратной связи можно достичь, если использовать резонансные преобразователи напряжения. В случае однофазной сети возможно применение преобразователя Чука [5].

Схема преобразователя Чука представлена на рис. 2. Особенностью данного преобразователя, в отличие от существующих классических преобразователей, является обеспечение непрерывности потребления энергии и передачи ее в нагрузку. А известно, что разрывность токов (входного, выходного или обоих одновременно) вызывает электромагнитные помехи и ухудшает качество электроэнергии. Кроме того, преобразователь обладает естественной защитой в режимах короткого замыкания, которые могут возникнуть при эксплуатации ручного инструмента.

Существуют два основных подхода в построении схем управления данным преобразователем в режиме

корректора коэффициента мощности: реализация на базе умножителя напряжения и на базе повторителя напряжения [6].

Вариант с умножителем используется, когда преобразователь работает в режиме непрерывной проводимости (ССМ). В этом случае используются два канала обратной связи: один управляет выходным напряжением; другой – входным током. Чтобы обеспечить регулирование выходного напряжения, используется схема умножителя, которая управляет амплитудой опорного сигнала синусоидального тока в соответствии с ошибкой выходного напряжения (рис. 3, a).

В варианте повторителя напряжения преобразователь работает в режиме прерывистой проводимости (DCM), где время включения ключа преобразователя задается сигналом ошибки выходного напряжения (рис. 3, б). Поскольку среднее значение входного тока индуктора в переключающемся периоде определено входным напряжением, этот ток естественно следует за синусоидальной формой волны сетевого напряжения. Использование повторителя напряжения обеспечивает простую схему управления, требуя только одну обратную связь по выходному напряжению.

Cf

Рис. 2. Схема преобразователя Чука

а

б

Рис. 3. Варианты построения ККМ на базе преобразователя Чука: а – схема с использованием умножителя; б – схема с использованием повторителя напряжения

Рис. 5. Схема квазирезонансного преобразователя с гальванической развязкой

Вариант квазирезонансного преобразователя с гальванической развязкой для специализированного ПЧ, питающего ручной инструмент с III классом защиты, изображен на рис. 5.

IV. ИНВЕРТОР

Для управления инвертором напряжения используется алгоритм, при котором длительность открытого состояния ключа составляет 180 эл. градусов. Форма линейного напряжениянаего выходеизображенанарис. 6.

Выбранный способ управления отличается низкой частотой коммутации силовых транзисторов, что положительно сказывается на потерях энергии в инверторе. Несмотря на свою простоту, данный алгоритм оптимален для случаев постоянства частоты выходного напряжения. Хотя форма сигнала далека от синусоидальной, фазные и линейные напряжения не содержат третьей и кратных ей гармоник.

Использование предложенных принципов организации основных узлов объектно-ориентированных ПЧ позволяет исключить, с одной стороны, необоснованное усложнение схем, а с другой стороны, удовлетворить требования к качеству потребляемой электроэнергии из низковольтных распределительных электрических сетей.

Библиографический список

1.Специализированные преобразователи частоты для питания ручного инструмента с улучшенными энергетическими показателями / Охапкин С.И., Присмотров Н.И., Пономарев Ю.Г., Корякин С.А. // Труды VIII Междунар. (XIX Всерос.) конф. по автоматизированному электро- приводуАЭП-2014: в2 т. / отв. завып. И.В. Гуляев. 2014. С. 241–246.

2.Зиновьев Г.С. Силовая электроника. 5-е изд., испр. и доп. М.:

Юрайт, 2012. 667 с.

3.Герасимов В.Г. Электротехнический справочник: в 4 т. Т. 2: Электротехнические изделия и устройства / под общ. ред. проф. МЭИ В.Г. Герасимова [и др.] (гл. ред. И.Н. Орлов). 9-е изд., стер.

М.: Изд-во МЭИ, 2003. 518 с.

4.ГОСТ 30804.3.2-2013. Совместимость техгических средств электромагнитная // Эмиссия гармонических составляющих тока техническими средствами с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе). М.: Стандартинформ, 2014.

5.Middlebrook R.D., Cuk S., Isolation and Multiple Output Extensions of a New Optimum Topology Switching DC- to-DC Converter // IEEE PESC. 1978. P. 256–264.

6.Improving Power Factor Correction in Distributed Power Supply Systems Using PWM and ZCS-QR SEPIC Topologies / J. Sebastian, J. Uceda, J.A. Cobos, J. Arau, F. Aldana // IEEE PESC. 1991. P. 780–791.

7.Jang Y., Erickson R.W. New single-switch three-phase high power factor rectifiers using multi-resonant zero current switching // IEEE Applied Power Electronics Conference. 1994. P. 711–717.

Представлен разработанный комплект микросхем для применения в системах контроля и управления движением. Комплект микросхем позволяет обрабатывать сигнал с датчиков, формирующий синусно-косинусный сигнал с фазой, пропорциональной положению объекта.

A set of development chips for use in motion control systems are presented. Set chips can process the signal from the sensors forming a sine-cosine signal with the phase proportional to the position of the object.

Ключевые слова: датчик положения, энкодер, СКВТ, угол-код.

Keywords: position sensor, encoder, resolver, angle-code.

ВВЕДЕНИЕ

трех принципов. Для достижения этой цели из всего многообразия конструктивных решений сенсорных систем выбран тот класс конструкций, который обеспечивает формирование синусно-косинусного сигнала с фазой, пропорциональной механическому положению объекта измерения. Это позволяет провести унификацию схем преобразователей.

В настоящее время разработаны три микросхемы для датчиков положения:

–микросхема преобразователя синусно-косинусно- го сигнала в код положения К1382НХ045 [1];

–микросхема однокристального магнитного энкодера положения ENC_ASIC2;

–микросхема процессора положения ENC_ASIC3.

Датчики положения находятся среди ключевых компонентов для создания систем управления движением, где они выступают в качестве датчиков обратной связи по положению. Для обеспечения разработчиков отечественной элементной базой в части электронной компонентной базы (ЭКБ) для датчиков положения в АО «ЗНТЦ» ведется разработка комплекта специализированных микросхем, обеспечивающих создание датчиков положения на основе отечественной ЭКБ с конкурентоспособными характеристиками.

I. ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ РАЗРАБОТКИ

Существуют три основных принципа создания датчиков углового положения – оптический, индуктивный и магнитный. Каждый из них обладает своими достоинствами и недостатками. Нами ставится задача разработать комплект микросхем, которые позволяют создавать отечественные датчики положения на основе всех

II. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ФАЗЫ СИНУСНО-КОСИНУСНОГО СИГНАЛА В КОД ПОЛОЖЕНИЯ К1382НХ045

Данная микросхема являлась первой разработкой АО «ЗНТЦ» в данной области и представляет собой преобразователь сигналов от синусно-косинусных датчиков в код положения с выдачей данных положения по интерфейсу SPI/SSI, линейному аналоговому и однопроводному цифровому интерфейсам. Схема изначально создавалась под отечественный датчик на анизотропном магниторезистивном эффекте МРС-20 [2], но может применяться и с любыми другими чувствительными элементами, формирующими немодулированный синусно-косинусный сигнал. Структурная схема микросхемы приведена на рис. 1.

Микросхема содержит два независимых канала преобразования с программируемыми усилителями на входе и АЦП класса сигма-дельта со временем преобразования 16 мкс. Для преобразования синусно-косинусных