Устройство для управления электродвигателем постоянного тока

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К AITOPCICOMV СЕИДатальСавю

Союз Советскик

Социалистических

Республик (и)1001407 (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 13.07.81 (2 l ) 3314727/24-07 с присоединением заявки,рй(23) П риоритет—

Опубликовано 28.02.83. Бнмлетень М 8

Дата опубликования описания 28.02. ф3 (51}М. Кл.

Н. 02 Р 5/06

Гесударетееклвй кфмктет

СССР до делам лэевретенкй и юткрмтий (53} УДК 621.316. .718.5 (088.8) /

А, П. Зайцев, В. Г. Букреев и 10. B. Кфлоколов.

Х

Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано цля регулирования тока инцуктивных нагрузок.

Известно устройство цля регулирова5 ния тока тяговых электродвигателей, обеспечиваюшее постоянную частоту переключения импульсного прерывагеля путем периоцических импульсов на выключение и соцержашее генератор зацаюших импуль1, сов, поцключенный через соответствуюшие цифференцируюшие цепи к формирователям эацержанных и блокировочных импульсов, а также к первому вхоцу триггера, соециненного с выхоцом блока срав-15 нения. Выхоц формирователя зацержанных импульсов соецинен с вторым вхоцом триг» гера и усилителем импульсов запирания полуировоцникового прерывателя, а выхоц триггера - с усилителем импульсов отпи- 2о ракия прерывателя. К входам блока срав. нения подключены формирователь блокировочных импульсов и цатчик тока якоря двигателя(1 .

Нецостатком цанного устройства являются значительные пульсации тока якоря вслецствие скачкообразного изменения напряжения на цвигателе or нуля цо номинального значения. Кроме того, при малой относительной процолжительносги включения возможно нарушение равномерности вращения, что привоцит к ограничению циапазона регулирования.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство цля управления электродвигателем постоянного тока, со держащее блок питания и генератор зацаюших импульсов, поцключенный через формирователи блокировочных и зацержанных импульсов к входам блока переключения, другими axonsr которого поцключе» . кы к выходам блока изменения структуры, блока сравнения и блока инверсии, соеци, ненного с импульсным преобразователем гока якоря, выхоцы блока переключения подключены через триггер к блоку изменения структуры, к другому вхоцу когорого подключен формирователь зацержан1001407 ных импульсов, выхоц триггера соединен; с усилителем, включенным в цепь управ ° . пения импульсным прерывателем (2), К недостаткам известного устройства

Ь относятся сушественные пульсации регу лируемого тока, и, слецовательно, момента двигателя на малых скоростях, привоцяшие к нарушению равномерности врашения и увеличению потерь в двигателе, а так же к уменьшению диапазона регулирова 36 ния.

Цель изобретения — повышение качества регулирования и расширение циапазона регулирования скорости, Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены

/, (Vl — 1) импульсных прерывагелей и разцелительные циоцы, причем выхоцы импульсных прерывателей через разделительные циоцы объединены и поцключены к выво- щ цу якорной обмотки элекгроцвигагеля, вывод которой подключен к блоку пита ия, а также послецовательно соециненные регистр сцвига, оцновибратор, компаратор, интегратор, выхоц которого соецинен с выхоцом блока инверсии, регистр сцвигa rioaключен к усилителю, выхоцы которого соецинены с управляющими вхоцами импульсных прерывателей, выхоц оцновибратора поцключен к другим вхоцам интегратора и блока изменения структуры.

На фиг. 1 представлена схема усгройсгва, на фиг. 2 - циаграммы, поясняюшие работу устройства.

Устройство цля управления элекгро35 цвигателем постоянного тока соцержиг блок 1 питания, генератор 2 зацаюших импульсов, подключенный через формирователи 3 и 4 задержанных и блокировочных импульсов к вхоцам блока 5 переключения, другие вхоцы когорого поцключены к выходам блока 6 изменения структуры, блока 7 сравнения и блока 8 инверсии, соединенного с импульсным преобразователем 9тока якоря,,выхоцьг блока 5 пере45 ключения поцключены через триггер 10 к блоку 6 измерения структуры, к друго му входу которого подключен формирователь 3 задержанных импульсов, выход триггера 10 соединен с усилителем 11, 50 включенным в цепь управления импульсными прерывателями 12,1-12.Й причем выхопы импульсных прерывателей 12.112. N через разцелигельные циоцы

13.1-13, М объецинены и подключены к вывоцу якорной обмотки электродвигателя

14, вгорой вывод которой подключен к блоку 1 питания, а также последовательно соединенные регистр сдвига 15, оцновибparop 16, компаратор 17 н интегратор

18, axon которого соецииен с выхоцом блока 8 инверсии, регистр сдвига 15 поцключен к усилителю "11, выхоцы которого соединены с управляюшими вхоцамй импульсных прерывателей 12.1 — 12. г( выход оцновибратора 16 поцключен к другим вхоцам интегратора 18 и блока

6 изменения структуры.

Блок 7 сравнения содержит послецовательно соециненные формирователь 19 пилообразного напряжения и компаратор

20, причем вхоц формирователя 19 соецинен с импульсным преобразователем 9 тока якоря, а выход компарагора 20— с одним из вхоцов блока 5 переключения и < вторым входом триггера 21 блока 8 инверсии.

Блок 8 инверсии содержит послецова. тельно соециненные триггер 21 и схему.

22 совпадения, первые входы которых подключены к преобразователю 9 тока якоря, а выход схемы 22 — к оцному из входов блока 5 переключения.

Якорная цепь элекгроцвигагеля 14 шунтирована обратным диодом 23.

Устройство работает слецуюшим образом. Регулирование тока якоря 14 осушест влиется с постоянной частотой, опрецеляемой зацаюшим генератором 2. При увеличении относительной процолжигельносгй включения цо 0,5 блок 6 осушествляет изменение логическим управлением импульсных пре рывателей 1 2. 1

12. Й . Если ранее при у С 0,5 (первая структура управления) импульсы постоянной частоты от формирователя 3 поступают на включение импульсных прерывателей 12.1 - 12. Й, а выключение последних осушесгвляется при постижении током 1 величины тоха уставки 1 то при ур 0,5 (вторая структура управ ления) импульсы постоянной частоты поступают на выключение прерывателей

12.1 - 12.M а на включение — при спа-. дании тока 4 цо величины 1 .

Информация о величине 1 1 в импульсной форме с преобразователя 9 поступает на входы блоков 7 и 8. Формирователь

19 преобразует импульсный сигнал в напряжение пилообразной формы, сравниваю1цееся компаратором 20 с напряжением

09, соотвегствуюшее току ) у . Триггер

21, на вхоцы которого поступают импульсы с выхоца блоков 7 и 9, устанавливается в противоположные устойчивые состояния. Выходное напряжение схемы 22 совпадения соответствует 0 . При ио5 1001 чезновении импульсов с выхоца блока 7 триггер 21 устанавливается в одно ус» тойчивое состояние.и на выходе блока

8 появляются импульсы напряжения.

Таким образом, исключается оцновремен. ное появление импульсов напряжения на выходах блоков 7 и 8.

При отсутствии .тока 1 преобразователь 9 генерирует импульсы напряжения с начальной частотой . При этом имо пульсы 0< (фиг. 2) блока 7 имеют цлительносгь, пропорциональную току J > напряжение U = 0 блока 8 разрешает

О. заряд накопительного конденсатора интег рагора 18. Напряжение Ug на выхоце И послецнего превышает эталонное напряжение 0>< компаратора 17 и при U>= O с его выхода запрешается генерация импульсов Ц, оцновибратором 16. Все выхоцные напряжения регистра 15 равны 20

"1", а напряжения на управляюших входах прерывателей 12.1 - 12. N имеютнулевой потенциал. На первой структуре управления (Я< 0,5) импульсы постоянной частоты or формирователя 3 посту- И паюг через блок 5 на первый вхоц триггера 10 (напряжение U ), устанавливая его в оцно устойчивое состояние. Напряжение Q>= "1 с прямого выхоца григ»гера 10 поступает через усилигель 11 ЗО на управляюший вхоц первого прерывателя

12,1. Ток 1 и частота импульсов, гене. рируемых преобразователем 9, увеличиваются. При цосгижении током 1q величины ) = Ц блок 7 прекрашаег формиро- З> вание импульсов Ц, На выходе блока

8 появляется импульс Ц, который через блок 5 поступает на второй ахоп триггера 10 (напряжение Q<), устанавливая его в противоположное устойчивое состояние. 4п

Управляющее напряжение прерывагеля

12.1 в соответствии с сигналом ()уменьшается цо нуля, ток 1g и частота преобразователя 9 уменьшаются до появ ления на первом вхоце триггера 10 им» пульсов постоянной частоты Q . Данный триггер 10 устанавливается в первоначальное состояние и при Ог="1" .прерыватель .12.1 открывается, llaaee описанный процесс повторяется.

При увеличении ф цо Я Ф 0,5 блок р: после прохождения импульса (/ осушествляет. коммутацию логических элементов блока 5. В этом случае происхоциг переключение импульсов Ц с первого на второй вхоц триггера 10, запрешение импуль55 сов 0 or блока 8 и разрешение на прохождение импульсов U на первый ахоп триггера 10. Следовательно, при изме407, d нении структуры управления прерывателем

12.1 (от +<0,5 к ) 0,5) ток якоря .1р переходит значение тока уставки и увеличивается до момента поступления на вгорой вход триггера 10 импульса (/ от формирователи 3. Триггер 10 устанав ливается в противоположное устойчивое состояние и напряжением () = 0 через з усилитель 11 закрывается прерыватель

12.1. Ток 1g и частота преобразователя

9 уменьшаются и при спадании первого цо величины блок 8 прекращает фор» мирование импульсов Ц. На выхоце блока 7 появляется импульс Ц., который через блок 5 поступает на первый вход триггера 10 (напряжение Ц), устанавливая его в первоначальное состояние. На» пряжение U> = "l " через усилитель 11

4 открывает прерыватель 12.1. Ток 1g и частота преобразователя 9 увеличиваются цо момента поступления на вгорой вхоц триггера 10 (напряжение 06) импуль сов Uy . Далее описанный процесс регулирования тока при д )0,5 повторяется.

Таким образом, постоянная частота регулирования тока при изменении ) обес» печивается путем принудительного включения прерывагеля 12.1 при g(0,5 и выключения. при Д ) 0,5, При появлении импульсов Ц с выхоца блока 8 ранее заряженный накопительный конценсатор интегратора 18 разряжаегся и напряжение ) с его выхоца становится меньше напряжения О компаратора л

17. Напряжение (/ принимает значение равное "1", однако напряжение U > на выходе оцновибрагора 16 сохраняет эна чение равное "О", так как он срабатывает по спацаюшему фронту импульса Ц .

При увеличении цо f импульсы

Ц с выхода блока 7 эапрешаются зоной цействия блокировочных импульсов 04.

На вхоцы триггера 10 поступают импульс сы Ц и Ц4 соответственно, открывающие прерыватель 12.1. Рогулируемый с ток 8 j не поццерживается на уровне гока уставки и при блок 8 прекрашает формирование импульсов 0,2 . Напряжение () на выходе ингеграгора 18 увеличиваегся и при 0 = О л напряжение 09 — — 0".

Оцновибратор 16 формирует импульс Ц), который разряжает накопительный концен сагор интегратора 18 и переключает триггерную схему блока 6. Оцновремен» но на первом выхоце регистра 15 формируегся О, раэрешаюший постоянное включение прерывагеля 12.1 и прохожце ние импульсов Q через ус или гель 1 l

1001407 на управляюШий вхоц второго прерывате ля 12.2. Так как величина номинально ro- питающего напряжения двигателя 14 разбита íà lV HиHнт еeрpвaаaлaоoвa, то напряжение

0 1 на нем при Uy "1 (прерыватель

12,2, включен) увеличиваемся в два раза.

Ток „возрастает ицри = 1 на выхо це блока 8 формируются импульсы И., поступающие на второй вход триггерной схемы блока 6, выходные сигналы кото рого, коммутируя логические элементы блока 5, устанавливают первую структу ру управления (С 0,5). flanee осуществляется аналогичный описанному процесс регулирования тока 1 на уровне величины (у

При пальнейшем увеличении скорости цвигагеля 14 выходными сигналами регистра 15 осуществляется поэтапное включение 12,3, 12.4 и т.ц. прерывателей, а прерыватель 12. 5J обеспечивает подцержание тока gy на заданном уровне.

Таким образом, как вицно из работы устройства, в результате поэтапного включения (и-1) прерывателей в функцйи+ и периоцической коммутации N npe. рывагеля с частотой задающего генератора напряжение Ц+ на цвигателе описывается следующим выражением:

I „(). 0„+О .-,0, 0 1 )"Т

U,+0<+ "о„„yT +-(3 +)T, где Д,, 0, ...., Ug - выхопные напря жейия прерывателей 12.1, 12.2, ..., 12N, г " т — относительная продолжительность включения и периоц кЬммутации

1 прерывателя,g .

Следовательно, мгновенное значение напряжения на нагрузке приближается к аналоговой форме, что обеспечивает повышение качественных показателей регулируемого тока, в частности уменьшение пульсаций тока. Кроме того, предлагаемое устройство обеспечивает расширение диапазона регулирования скорости путем уменьшения в Я раз минимально возможного среднего значения напряжения.

Формула изобретения

Устройство для управления элекгроцвигателем постоянного тока, содержащее блок питания и генератор зацаюших импульс сов, поцключенный через формирователй блокировочных и зацержанных импульсов к входам блока переключения, цругие вхоцы: которого подключены к выходам

I0 блока изменения структуры, блока сравнения и блока инверсии, соединенного с импульсным преобразователем тока якоря, выходы блока переключения подключены через триггер к блоку изменения ст рукту35 ры, к цругому входу которого поцключен формирователь зацержанных импульсов, выхоп .триггера соединен с усилителем, включенным в цепь управления импульсным прерывателем,о т л и ч а ю ш е е с я

20 тем, что, с целью повышения качества регулирования и расширения циапазона регулировании скорости, в него цополнительно ввецены (и — 1 ) указанных импульсных прерывателей и распрецели25 тельные циоцы причем выходы импульсных прерывателей через разделительные писцы объединены и поцключены . к вывопу якорной обмотки элекгроцвигагеля, второй вывод которой подключен к блоку питания, последовательно соециненные регистр сцвига, одновибратор, компаратор и интегратор, вход которого соединен с выхо дом блока инверсии, регистр сдвига подключен К усилителю, выхоцы когорого соединены с управляющими вхоцами импульсных прерывателей, выход оцновибратора подключен к другим входам интегратора и блока изменения структуры.

Источники информации

1 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 395296, кл, В 60 Ь 15/04, Н 02 P 5/16, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

И 481476, кл. В 60 Ь 15/04, Н 02 P 5/16, 1976.

1001407

Составитель M. Кряхтунова

Рецактор Л. Пчелинская Техрец Т.Фанта

Корректор А. Лзятко

Подписное

Заказ 1440/71 Тираж 685

БНИИПИ Государственного комитета СССР пс целам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПГ1П "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4