Устройство для управления вентильным электродвигателем

 

00I03 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„i, Зсю H

1 (-.

- Ъ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬП ИЙ (? 1 ) 326? 5?.3/24-07 (22) 19. 03. 8 1 (46} 15,07.83. Бюл. И 26 (72) А. А. Иванов, В. К, Лозенко

E. Н. Малышев, Л. Н. Негодяев и А. И. Санталов .(53) 621.313.292-83(088«,8) (56) 1. Понидаев В.И., Омельченко 8.8.

Бесконтактные электродвигатели постоянного тока. ВИКИ им. А.Ф. Ножайского, 1977, с. 95-96..

2. Авторское свидетельство СССР и 3906З6, л. Н 02 К 29/02, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке и, 2828352/24-07, кл, H 02 К 29/02, 1979.

{54) {57) 1. .УСТРОЙСТВО для УПРАВЛ НИя

ВЕНТИЛЬНЫИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содержащее преобразователь частоты, цепи управления ключей которого связаны с. выходом п -канального датчика положе-ния ротора через управляемый блок формирования сигналов правого и левого направлений вращения, первый управляющий вход которого подключен к выходу первой логической схемы "Исключающее

NJN два входа которой связаны с выходом задатчика направления вращения и выходом триггера команд "Пуск" и "Стоп" соответственно, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и уменьюения времени останова, устройство дополнительно снабжено подключенным к выходу

И-канального датчика положения рото-. ра датчиком направления вращения и трехаходовым формирователем управляющего сигнала на останов, выход которого подключен к второму управляюще му входу блока формирования сигналов правого и левого направлений вращения, причем к первому входу трехаходового .формирователя управляющего сигнала на оссианов подключен выход датчика направления вращения, к второму входу - аыхоп первой логической схемы

"Исключающее ИЛИ", а к третьему входу - .выход триггера команд "Пуск" и

"Стоп".

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю:щ .е е с я тем, что датчик на-. правления вращения содержит логический сумма Ор и АЗ -. триггеров, выходы которых подключены к входам логического сумматора, выход которого является. выходом датчика направления ара . щения, а каждом )-триггере-информа-. ционный вход подключен,к соответствующему и -му каналу датчика полонения ротора, а входы "Тактируемий" и "Установка нуля" подключены к (и +1) -му и (й -1 ) -му каналу датчика положения Ф ротора соответственно.

3..Устройство по и. 1, о т л иI ч а ю щ е е с я тем, что.трехвхо. доаый формирователь управляющего сиг нала на останов содержит вторую ло" гическую схему ".Исключающее ИЛИ" и логические схемы Hf" и И-HF., выходы второй логической схемы ."Исключающее ИЛИ" и логической схемы НЕ подключены каждый к соответствующему входу логической схемы И-НЕ, выход которой является выходом указанного формирователя, первым и вторым входа- фра ми которого являются соответственно первый и второй входи второй логи" ческой схемы "Исключающее ИЛИ", а третьим входом — вход логической схемы HE.

368

1 029

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано в системах и устройствах, где требуется экстренное торможение, например в позиционном приводе, в приводах робототехники и т.д.

Известны вентильные электродвигатели с устройствами, обеспечивающими динамическое и генераторное торможение 1 ).

Недостатком таких устройств торможения вентильных электродвигателей является то, что требуется дополнительная установка силовых выпрями- 15 тельных мостов и реле, коммутирующих силовые цепи.

Известен вентильный электродвигатель, содержащий преобразователь частоти, управляемый от транс9орматорно- 2я го датчика положения ротора с первичной обмоткой, подключенной через реверсивный элемент (? ).

Торможение электродвигателя осуществляется противовключением. 25

Однако данное устройство не обеспечивает автоматической блокировки при нулевой частоте вращения, а поэтому не исключает вращения ротора в противоположном направлении при тор, можении. ! Наиболее близким к изобретению является устройство для управления вентильным электродвигателем, содержащее преобразователь частоты, цепи управления ключей которого связаны с З5 выходом е -канального датчика положения ротора через управляемый блок формирования сигналов правого и левого направлений вращения, первый управляющий вход которого подключен к вы- -4О ходу первой логической схемы "Исключающее ИЛИ", два входа которой связаны с выходом задатчика направле" ния вращения и выходом триггера ко- манд "Пуск" и "Стоп", и интегрирую- 45 щий каскад, подключенный к выходу многоканального датчика положения, ротора через формирователь импульсов частоты, кратной частоте..враще-,. ниЯ (). -" - :": : . 50

Недостатками известного техничес- кого решения являются низкая точность и значительное время останова электродвигателя, вызванные наличием в составе устройства интегрирующего 55 каскада, связанного с формирователем импульсов частоты, кратной .частоте вращения. C помощью интегрирующего каскада фиксируется нулевая частота вращения ротора электродвигателя, после чего электродвигатель отключается. Однако точность фиксации нулевой частоты вращения интегрирующим каскадом невысока и существенно зависит от величины момента инерции и момента нагрузки на валу электродвигателя в момент торможения. При малых моментах инерции и больших моментах нагрузки время останова вентильного электоодвигателя, а следовательно, и скорость изменения частоты импульсов, кратной частоте вращения в районе нулевой частоты вращения существенно выше, чем при больших моментах инерции и малых моментах нагрузки. Учитывая, что в известном техническом решении не предусмотрены средства для коррекции параметров времязадающей цепи интегрирующего каскада, моменты фиксации нулевой частоты вращения существенно различается при различных сочетаниях момента инерции и момента нагрузки вентильного электродвигателя. Для обеспечения функционирования устройство должно быть настроено по самому быстротекущему процессу. При медленнотекущем процессе интегрирующий каскад фиксирует "нулевую" частоту с упреждением и отключает вентильный электродвигатель от источника питания в тот момент, когда он еще вращается. При этом время свободного выбега может быть соизмеримо с временем торможения противовключением, что увеличивает общее время останова. Поскольку в зависимости от сочетаний момента инерции и момента нагрузки время свободного выбега различно, то невозможно точно остановить электродвигатель. !

Цель изобретения - повышение точности и .уменьшение времени останова вентильного электродвигателя.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления вентильным электродвигателем,. содержащее

1". 1: преобразователь частоты, цепи управ-1 ления ключей которого связаны с выходом m-канального датчика положения ротора через управляемый блок формирования сигналов правого и левого направлений вращения, первый управляющий вход которого подключен к выходу nepsoA логической схемы "Исключающее ИЛИ", два входа которой связаны с выходом задатчика направления вра1029368 щения и выходом триггера команд "П

"Пуск" и "Стоп", дополнительно снабжено подклоченным к выходу и-каналь--. ного датчика положения ротора датчиком направления вращения и трехвхадо- 5 внм формирователем управляющего сигнала на останов, выход которого подключен к второму управляющему входу .блока формирования сигналов правого и левого направлений вращения,- причем к первому входу трехвходового формирователя управляющего сигнала на останов подключен выход датчика направления вращения, к второму входу - выход первой логической схемы

"Исключающее ИЛИ", а. к третьему входу - выход триггера команд "Пуск" и "Стоп". ным электродвигателем, выполненным в .виде синхронной малины 1 фиг. 1

-q трехсекционной якорной обмоткой 2 и индукторои 3, на валу 4 которой установлен датчик 5 положения ротора с тремя выходными каналами 6, 7 и 8, и преобразователя частоты 9, к

Указанный датчик направления вра- 20 щения содержит логический сумматор и е Р -триггеров, выходы которых подключ Hbl к входам логического сумматора, выход которого является выходом датчика направления вращения, в каж- 25 дом 3 -триггере информационный вход подключен к соответствующему И -му каналу датчика положения ротора, а входы "Тактируемнй" и "Установка нуля" подключены к (И+1)-му и(и-1)-му каналу датчика положения ротора соответственно.

Указанный трехвходовнй формирова, тель управляющего сигнала на останов содержит вторую логическую схему "Ис35 ключающее ИЛИ" и логические схемы HF. и "И-HF", выходы второй логической схемы "Исключающее ИЛИ" и логичес. кой схемы "HF." подключены каждый к соответствующему входу логической схемы "И-НЕ", выход которой является выходом укаэанного формирователя, первым и вторым входами которого являются соответственно первый и второй входы второй логической схемы "Исключающее ИЛИ", а третьим входом45 вход логической схемы "НЕ".

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для управления вентильным электродвигателем; на фиг. 2 - диаграммы напряжений в узлах блок-схемы. 5О

Устройство для управления вентильвыходам 10, 11 17. которого подключе. на трехсекционная якорная обмотка 2, содержит цепи управления 13, 14 и 15 ключей преобразователя частоты, подключенные к каналам 6, 7 и 8 датчика 5 положения ротора через управляемый блок 16 формирования сигналовправого и левого. направлений вращения, первый управляющйй вход 17 которой подключен к выходу 1 8 первой логической схемы "Исключающее ИЛИ" 19, к двум входам 20 и 21 которой подкл6чены выход 22 задатчика 73 направления вращения вправо, влево и выход 24 триггера 25 команд нПуск" и "Стоп".

К выходным каналам 6, 7 и 8 датчика 5 положения ротора подключен датчик направления вращения 26, выход 27 которого подключен к первому входу 28 трехвходового формирователя 29 управляющего сигнала на останов, к второ" му входу 30 которого подключен выход t8 первой логической схемы "Ис1 ключающее ИЛИ" 19, к третьему входу 31 выход 24 триггера 25 команд "Пуск" и "Стоп", а выход 32 указанного фор" мирователя 29 подключен к второму и управляющему входу 33 блока 16 формирования сигналов правого и левого направлений вращения.

Датчик направления вращения 26 со" держит по числу каналов датчика 5 no" ложения ротора три З -триггера 34, 35 и 36, выходы которых 37, 38 и 39 подклочены к входам.40, 41 и 42 логического сумматора 43, выход которого 44 является выходом 27 датчика направления вращения 26. В каждом

33-триггере 34 (35, 36) информационный вход 45, 46 и 47 подключен к одноименному каналу 6 (7, 3) датчика 5 положения ротора, а входы "Тактируемнй" 48 (49, 50) и "Установка ну" ля" 51 (52,53) подключены к следующим по направлению 7 (6,8 ) и против направления 8 (6, 7} вращения каналам датчика 5 положения ротора.

Трехвходовнй формирователь 29 управляющего сигнала на останов содержит вторую логическую схему "Исключающее- ИЛИ" 54 и логические схемы "НЕ"

55 и "И-НЕ" 56, выход 57 второй логической схемы "Исключающее ИЛИ" 54 и выход 58 логической схемы "НЕ" 55 подключены каждый к соответствующему входу 59 ЬО логическо" схемы "И-НЕн выход 61 которой является выходом 32 указанного формирователя 29, первым 28 и вторым 30 входами котоS 1 а29368 б рого являются соответственно первый 62 и второй 63 входы второй логической схемы "Исключающее ИЛИ" 54, а третьим 31 входом - вход 64 логи" ческой схемы HF. 55.

Устройство дополнительно снабжено установленной в вентильном электродвигателе муфтой торможения 65, цепь управления 66 которой подключена к выходу 3? трехвходового формировате" ля 29 управляющего сигнала на останов. Устройство получает питание от источника 67 электрической энергии (подключение источника к устройству на чертеже показано условно ).

Датчик 5 положения ротора может бить любого типа, например индуктивний с подмагничиванием. В его каналах 6, 7, и 8 формируются сигналы о положении ротора (индуктора 3) синхронной машины 1, смещенные в данном случае друг относительно друга на

?Х/3 эл.град. Длительность каждого сигнала соответствует .угловому повороту ротора в E эл.град. Для направления вращения вправо принята следующая последовательность сигналов: (/7 08 (фиг. 2). Преобразователь частоты 9 может бить любого типа, например однополупериодний или двух" полупериодный, выполненный на транзисторах. Такт коммутации для однополупериодного преобразователя частоты составляет 7.1 /3 эл.град., для двухполупериодного - Ж/3 эл.град. Управляемый блок 16 формирования сигналов правого.и левого направлений вращения может быть выполнен на базе различных логических схем, например на трех логических схемах "Исключающее ИЛИ". При наличии единичного входного сигнала на первом управляющем входе 17 сигналы с кана, лов 6,- 7 и 8 датчика 5 положения ротора проходят через управляемый блок 16 на цепи управления 13, 14 и

15 ключей преобразователя частоты 9 без изменения. При этом датчик 5 положения ротора установлен в вентильном двигателе дпя обеспечения вращения вправо. При нулевом входном сигнале на первом управляющем входе 17 сигналы с каналов 6, 7 и 8 датчика 5 положения ротора инвертируются в . управляемом блоке 16. Это эквивалент. но сдвигу датчика 5 положения ротора на Я эл.град., что обеспечивает реверс вентильного электродвигателя.

Отсутствие .входного сигнала на втором управляющем входе 33 запрещает работу управляемого блока 16, а наличие входного сигнала на управляющем входе 33 управляемого блока 16 разре5 шает прохождение сигналов с датчика 5

"положения ротора на цепи. управления 13, 14 и 15 ключей преобразователя часто- . ты 9.

Иуфта .торможения 65 может быть выполнена по любой конструктивной схеме, например с электромагнитным возбуждением. Отсутствие входного сигнала в цепи управления 66 обеспечивает включение муфты торможения 65 и фрикцион15 ное торможение вала 4 синхронной машины 1, а наличие входного сигнага в цепи управления 66 обеспечивает рас.тормаживание муфты 65.

При подключении устройства к источрв нику 67 электрической энергии и задания направления врЪщения, например вправо .(интервал времени - t ), вен1 тильный электродвигатель находится в состоянии покоя, поскольку на втором

2s управляющем входе 33 управляемого блока 16 отсутствует управляющий сигнал 0 (lpga с выхода 3? трехвходового формирователя 29 и он не разрешает прохождение сигналов с датчика 5 положения ротора на цепи управления 13, 14 и 15 ключей преобразователя частоты 9.

Это обеспечивается за счет того, что при подключении к источнику 67

35 электрической энергии l)-триггеры 34, 35 и 36 датчика направления вращения 26 устанавливаются в нулевое положение и на входах ?8, 30 и 31 трехвходового формирователя ?9 сигналы U<, 0„, qq отсутствуют. ,0

При поступлении сигнала "Пуск" в момент времени на входах ?8, 30 и 31 и на выходе 32 трехвходового фор-, мирователя 29 появляются единичные

45 управляющие сигналы управляемый блок 16.формирует сигналы для враще- . ния вправо, поскольку на его первом 17 . и втором 33 управляющих входах присутствуют единичные сигналы 0 и 0 ..

Вентильный электродвигатель начййает вращаться вправо и работает в этом режиме на интервале времени с t< до

tg. На выходах 37., 38 и 39 0-триггеров 34, 35 и.36 периодически формируются единичные сигналы U>, 0 и

И,поскольку в каждом 0-триггере на "Тактируемый" вход 48 (49 и 50) уп равляющий импульс 0у (U, 0 ) по ступает в тот момент, когда на его

7 1 0293 информационном входе 45, (46, 47) уже .имеет место управляющий сигнал Ue, :(От,08).Единичный сигнал на выходе 37 (38, 39) б-триггера 34 (35, 36) исчезает в момент появления íà его вхо- де "Установка нуля" 51 (52,53) управ-ляющего сигнала U q (П, П ).

В момент времени .в устройство поступает сигнал на реверс (влево), что приводит к исчезновению еди- >0 ничных сигналов Ц, и Ц на выходе 22 задатчика ?3-напрайления вращения .вправо-влево и на выходе 18 первой логической схемы "Исключающее ИЛИ" 19

Управляемый блок 16 формирует сигналы для вращения влево, поскольку на

его первом 17 управляемом входе имеет.место нулевой сигнал, а на втором 33 управляющем входе сигнал не изменился. Вентильный электродвига- щ тель переводится B режим противо, включения и, продолжая вращаться впра во, эффективно тормозится на интерsane времени с 4> до 1, . В момент времени 64 вентильний электродвига.тель останавливается, начинает вра щаться а противоположную сторону (влево) и работает в этом режиме на . интервале времени с ф, до -. В момент времени датчик направления вращения ?6 Фиксирует изменение направления вращения вентильного электродвигателя и íà его выходе 14 появляется нулевой сигнал (4 . На выходах 37, 38 и 39:р-триггеров 34, 35 и

36 отсутствуют сигналы,. поскольку в каждом3)-триггере на тактируемый вход 48 (49. 50> управляющий импульс. О„ (Ц Q ) поступает в тот момент. когда на его информационный . вход 45 (46, 47) управляющий сигнал 4О

06 (,0-,.(18) еще не поступил.

В момент времени 4g в устройство поступает. сигнал "Стоп", что приводит к исчезновению единичного сигнала 0 4 на выходе 24 триггера 25 команд

"Пуск" и "Стоп". Управляемый блок 16

Формирует сигналы для вращения вправо поскольку на его первом 17 управляющем входе пояаляется единичный сигнал, а на втором 33 управляющем вхо- 50 де сигнал не изменяется, Вентильный электродвигатель переводится в -режим противовключения и, продолжая вращаться влево, эффективно тормозится на интервале времени с до -+7. В у момент времени вентильный электродвигатель останавливается и начинает движение в противоположную сторону

t BApaso) ° В момент времени +g датчик направления вращения 26 фиксирует из-: менение направления вращения вентиль" ного электродвигателя и йа его выходе 44 появляется единичный сигнал.

Этот сигнал формирует Ъ-триггер 34 на своем выходе.37. При этом на входах 28 и 30 трехвходового формирователя 29 управляющего сигнала на останов име-ет место единичные сигналы, а на входе 31 и на выходе 32 - нулевые сигналы. Управляемый блок 16 запрещает прохождение сигналов с датчика 5 положения ротора на цепи управления 13, 14 и 15 ключей преобразователя частоты 9 и отключенный вентильный электродви- гатель останавливается. При останове вентильного электродвигателя, вращающегося вправо, процессы в устройстве ° протекают аналогично.

При наличии в вентильном электродвигателе муфты торможения 65 она может быть использована для Фиксации вала 4 синхронной машины 1. По це пи управления 66 муфта торможения 65 включается на фрикционное торможение (появляется напряжение () ) при ист чезновении сигнала с выхода 32 трех; входового формирователя 29, т.е. в момент времени с 4„до Ь и в момент времени 4 8 . Такое управление муфтой торможения 65 резко уменьшает ее износ, поскольку фрикционные колодки муфты торможения накладываются в моменты времени, когда скорость вращения вентильного электродвигателя прак тически равна нулю .

Использование изобретения повышает точность и уменьшает время останова вентильного электродвигателя за счет существенного уменьшения вре" мени свободного выбега после отключения вентильного электродвигателя от источника питания в момент Фиксации датчиком направления вращения 26 изменения направления вращения вентильного электродвигателя. Точность фиксации изменения направления вращения определяется конструкцией датчика 5 положения ротора и датчика на" правления вращения ?6 и.не зависит от величин момента инерции и .момента нагрузки. В частности, в трехсекционном вентильном электродвигателе с числом пар полюсов р = ? с двухполупериодным преобразователем частоты с описанной конструкцией датчика направления вращения точность фиксации измене ния направления вращения, например

1 029368 10 слева направо, не превышает угловой ния, поскольку sa один такт коммутадлительности одного такта коммутации, ции вентильный электродвигатель не что составляет ®/3 эл. град. Я/ . разовьет заметной частоты вращения, /6 гсом.град. .Это позволяет- ракти- и повысить точность останова за, чески свести к нулю время свободного вы 5 счет исключения непрогнозируемой бега после отключения вентильного величины времени свободного вызлектродвигателя от источника пита- бега.

1 0293""

@и.

Составител Л. Краснов

Редактор В, !<овтун fexpesl Т. Маточка Корректор:У. Пономаренко:

Заказ 998/56 Тираж 58j Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, R-35. Раушская наб., д. 4/5

©илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,