Электропривод постоянного тока

 

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвигатель, задатчик скорости и преобразователь, выход которого подключен к якорной обмотке электродвигателя, тахогенератор , коммутирующий элемент, контактный выход которого включен в цепь питания преобразователя, нелинейный преобразователь, вход которого подсоединен к выходу тахогенератора , отличающийся тем, что, с целью повышения его надежности , введены индикатор режима, первый и второй компараторы и времяимпульсные элементы, два элемента И, элементы ИЛИ и ИЛИ-НЕ, причем один вход индикатора режима и вход первого компаратора соединены с входом преобразователя, другой вход индикатора режима и вход второго компаратора подсоединены к выходу тахогенератора , входы элемента ИЛИ-НЕ через времяимпульсные элементы соединены с выходами индикатора режима и первого компаратора, выходы компараторов и элемента ИЛИ-НЕ через первь1й элемент И и элемент ИЛИ соединены с входом коммутирующего элемента, а к другому входу элемента -ИЛИ через второй элемент И-подсоединены выходы индикатора режима и нелинейного преобразователя , второй вход которого подi ключен к выходу задатчика скорости. 2, Электропривод по п.1, отли (Л чающийся тем, что нелинейный преобразователь выполнен в виде операционного усилителя с обратной связью, шунтированного по входам резисторами, по выходу - диодом с последовательным резистором, к входам операционного усилителя подключены соединенные по кольцевой схеме четыре цепи, каждая из которых содер жит диод и резистор, причем общие 00 точки соединения диоДов и резисторов о подключены к входам операционного 00 усилителя, а общие точки соединения диодов и общие точки соединения резисторов - к входам нелинейного преобразователя .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН)ЛХ

РЕСПУБЛИК (19) {11) З(51) Н 02 Р 5/06

ЗСЕСОВЩг q

E 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЩГ,Р;..y-,,;,-:

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21) 3637682/24 07 (22) 29.08.83 (46) 07. 10.84. Бюл. Ф 37 (72) M.Е. Гольц, Б.В. Гулыманов, А.И. Калюжный, Н.С. Литвин, А.А. Прокопенко, Н.А. Нроцерова и Л.А.Шпиглер (71) Украинский научно-исследователь.— ский институт станков и инструментов (53) 621.316.718.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 752714, кл. Н 02 P 5/16, 1980.

2. Патент США Р 3883786,,кл. Н 02 P 5/06, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР

У 664270, кл. Н 02 P 5/16, 1979. (54) (57) 1. ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО

ТОКА, содержащий электродвигатель, задатчик скорости и преобразователь, выход которого подключен к якорной обмотке электродвигателя, тахогенератор, коммутирующий элемент, контактный выход которого включен в цепь питания преобразователя, нели— нейный преобразователь, вход которого подсоединен к выходу тахогенератора, отличающийся тем, что, с целью повышения его надежности, введены индикатор режима, первый и второй компараторы и время импульсные элементы, два элемента И, элементы ИЛИ и ИЛИ-НЕ, причем один вход индикатора режима и вход первого компаратора соединены с входом преобразователя, другой вход индикатора режима и вход второго компара- тора подсоединены к выходу тахогенератора, входы элемента ИЛИ-НЕ через времяимпульсные элементы соединены с выходами индикатора режима и первого компаратора, выходы компараторов и элемента ИЛИ-НЕ через первый элемент И и элемент ИЛИ соединены с входом коммутирующего элемента, а к другому входу элемента .ИЛИ через второй элемент И подсоединены выходы индикатора режима и нелинейного преобразователя, второй вход которого подключен к выходу задатчика скорости.

Ф

2. Электропривод по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что нелинейный преобразователь выполнен в виде операционного усилителя с обратной связью, шунтированного по входам резисторами, по выходу — диодом с последовательным резистором, к входам операционного усилителя подключены соединенные по кольцевой схеме чегыре цепи, каждая из которых содержит диод и резистор, причем общие точки соединения диодов и резисторов подключены к входам операционного усилителя, а общие точки соединения диодов и общие точки соединения резисторов — к входам нелинейного преобразователя.

1I 11178

Изобретение относится к электро-технике, в частности к электроприводам постоянного тока, и может найти применение в механизмах подач металлорежущих станков и прессов.

Известны электроприводы постоянного тока, содержащие задатчик скорости, преобразователь, состоящий из регулятора, импульсного модулятора и усилителя мощности, двигатель, тахогенератор (1) и f2) .

Недостатком этих электроприводов является низкая надежность при обры ве или коротком замыкании цепи тахогенератора, неисправности преобразователя, в частности, когда его регулятор становится неуправляемым по входу, двигатель разгоняется и вращается на максимальной скорости при любом значении сигнала задатчика скорости.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, задатчик скорости и преобразователь, выход которого подключен к.якорной обмотке электродвигателя, тахогенератор, коммутирующий элемент, контатный выхо» которого включен в цепь питания преобразователя, и нелинейный преобразователь, вход которого подключен к выходу тахогенератора. Кроме того, известный электропривод содержит дополнительный датчик скорости, выход которого также подключен к входу не35 линейного преобразователя, а выход нелинейного преобразователя через пороговый элемент связан с коммутирующем элементом (3) .

Недостатком известного электропривода также является низкая надежность (несмотря на наличие дополнительного датчика скорости, предусмотренного для повышения надежности)

45 при неисправности преобразователя, в частности, когда его регулятор становится неуправляемым по входу, двигатель разгоняется и вращается на максимальной скорости при любом зна5О чении сигнала задатчика скорости.

Целью изобретения является повышение надежности электропривода.

Указанная цель достигается тем, что в электропривод постоянного тока,55 содержащий электродвигатель, задатчик скорости и преобразователь, выход которого подключен к якорной обмотке

08 электродвигателя, тахогенератор и коммутирующий элемент, контактный выход которого включен к цепь питания преобразователя, нелинейный преобразователь, вход которого подсоединен к выходу тахогенератора, введены индикатор режима, первый и второй компараторы и времяимпульсные элементы, два элемента И, элементы ИЛИ и ИЛИ-НЕ, один вход индикатора режима и вход первого компаратора соединены с входом преобразователя, другой вход индикатора режима и вход второго компаратора подсоединены к выходу тахогенератора, входы элемента ИЛИ-НЕ через времяимпульсные элементы соединены с выходом индикатора режима и первого компаратора, выходы комнараторов и элемента ИЛИ-НЕ через первый элемент И и элемент ИЛИ соединены с входом коммутирующего элемента, к другому входу элемента ИЛИ через второй элемент И подсоединены выходы инцикатора режима и нелинейного преобразователя, второй вход которого подключен к выходу задатчика скорости, Нелинейный преобразователь выполнен в виде операционного усилителя с обратной связью, шунтированного по входам резисторами, по выходу— диодом с последовательным резистором, к входам операционного усилителя подключены соединенные по кольцевой схеме четыре цепи, каждая из которых содержит по резистору и диоду, причем общие точки соединения диодов и резисторов подключены к входам операционного усилителя, а общие точки соединения диодов и общие точки соединения резисторов — к входам нелинейного преобразователя. !

В таком электроприводе, если сигнал тахогенератора существенно пре.вышает уровень определяемый задатчиком скорости, что может иметь место, например, при неисправности преобразователя, при поступлении ложного сигнала токовой обратной связи, а также при обрыве или коротком замыкании в цепи тахогенератора, изменяется выходной сигнал элемента ИЛИ, срабатывает коммутирующий элемент и выключает цепь питания усилителя мощности. При этом обеспечивается цепь динамического торможения двигателя.

На фиг. 1 изображена блок-схема электропривода постоянного тока; на

3 1117808 4 фиг. 2 — схема нелинейного преобразо1 вателя.

Электропривод постоянного тока содержит задатчик 1 скорости, подключеннЬ и к входу преобразователя 2, который состоит из регулятора 3, импульсного модулятора 4, усилителя 5 мощности, соединенных последовательно, нагрузкой усилителя 5 мощности подключена якорная цепь двигателя 6 10 ! с тахогенератором 7, к входу импульсного модулятора 4 подсоединены входы компаратора 8 и индикатора 9 режима, выходы которых через времяимпульсные элементы 10 и 11 подсоединены к входам логического элемента ИЛИ-НЕ 12, выход которого через логические элементы И 13 и ИЛИ 14 подключен к входу коммутирующего элемента 15, контактный выход которого включен в цепь питания усилителя 5 мощности.

Входы компаратора 16 и нелинейного преобразователя 17 подсоединены к выходу тахогенератора 7, другой вход нелинейного преобразователя 17 подключен к выходу задатчика 1 скорости.

Выходы компаратора 16 и нелинейного преобразователя 17 соответственно подключены к входам элементов И 13 и

18, выходы которых подсоединены к входам элемента ИЛИ 14. Свободные входы элементов И 13 и 18 соединены соответственно с входами времяимпульсных элементов 10 и 11.

Нелинейный преобразователь содержит операционный усилитель 19 с резисторами 20 и 21 на входах, диодом 22 и резистором 23 на выходе и резистором 24, включенным в цепь обратной связи операционного усилителя 19.

К входам операционного усилителя

19 подключены также четыре цепи, каждая из которых содержит соответствен- но по диоду 25 — 28 и резистору 29—

32 включенными последовательно.

Электропривод работает следующим образом.

При работе электропривода в двигательном режиме на входы преобразователя 2 и, в частности, регулятора 3 ° поступают задающий сигнал с выхода задатчкка 1 скорости и сигнал обратной связи по скорости с выхода тахогенератора 7. Выходной сигнал регуля-.55 тора 3 поступает на вход импульсного модулятора 4 и далее на вход усилителя 5 мощности и, поскольку коммутирующий элемент 15 находится в состоянии, при котором питающее напряжение подается на усилитель 5 мощности, последний обеспечивает поступление импульсов напряжения на электродвигатель 6, необходимых для его вращения с заданной скоростью. При аварийном режиме, например, при обрыве или коротком замыкании в цепи тахогенератора 7 происходит следующее.

На выходе второго компаратора 16 при отсутствии сигнала тахогенератора 7 сигнал соответствует логической " 1" так же, как и на выходе элемента

ИЛИ-HE 12. На выходе регулятора 3 есть сигнал рассогласования и, следовательно, на выходе первого компаратора 8 и:входе 1 первого элемента И

13 сигнал соответствует логической

ft 1ff

Таким образом, на всех входах элемента И 1 3 сигналы соответствуют логическ ой " 1, вследствие чего на выходе .элементов 1 3 и 1 4 сигналы соответс т вуют логической " 1 ", коммутирующий элемент l 5 при э том срабатывает и выключает цепь питания усилителя 5 мощн ос ти . Пои этом обеспечивается цепь динамического торможения двигат еля 6 . При включении электропривода с н е ус тра ненн ой неисправностью в цепи тахог енер ат ора происходит следующее : к ак только сигнал на выходе регулятора 3 достигнет порога срабатывания компарат ора 8, н а его выходе появляется сигнал " 1 ", вследст вие чего происходит выключение усилит еля 5 мощности и аварийное торможение .

В тормозном режиме электропривода индикатор 9 режима индицирует режим торможения, т.е. напряжение на

его выходе и, следовательно, на входе второго элемента И 18 соответствует логическому "0". Поэтому независимо от выходного сигнала нелинейного преобразователя 17 на выходе элемента И 18 сигнал соответствует логическому "0". Если в режиме торможения произойдет обрыв или короткое замыкание в цепи тахогенератора 7, то, как и в двигательном режиме, на выходе компаратора 16 сигнал соответствует логической " 1" и, следовательно, на всех входах элемента И 13 сигналы соответствуют логической "1", что ведет к появлению логической "1" на выходе элемента ИЛИ 14 и на входе, 111 7808 коммутирующего элемента 15, срабатыванию последнего и выключению питания, подаваемого на усилитель 5 мощности.

При пуске электропривода на выхо- 5 де регулятора 3 появляется сигнал рассогласования, вследствие чего выходной сигнал компаратора 8 из состояния "0" переходит в состояние логической " 1 . От этого перепада сигнала 1О срабатывает времяимпульсный элемент

10, который формирует сигнал, посту.пающий на вход элемента ИЛИ 12. Длительность формируемого импульса такова, что в течение времени, равного 15 его длительности, сигнал тахогенератора 7 достигает уровня, превышающего порог срабатывания компаратора

16. В этом случае к моменту исчезнования импульса на входе элемента И 13.20 появляется сигнал, соответствующий

"0" на входе с элемента И 13, тогда на его выходе сигнал во все время пуска соответствует логическому "0", соответственно на выходе элемента И

13 и элемента ИЛИ 14 сигналы соответствуют логическбму "0", а коммути— рующий элемент 15 находится в состоянии, при котором питающее напряжение поступает на усилитель 5 мощности. 30

При пуске электропривода в аварийном режиме, когда сигнал тахогенератора 7 отсутствует, после окончания импульса, формируемого времяимпульсным элементом 11, на выходе компаратора 16 сигнал соответствует логической "!", на выходе элемента ИЛИ-HE 12. логической "1" и, поскольку на входе А элемента И 13 сигнал также соответствует логической "1",элемент

И 13, элемент ИЛИ 14 и коммутирующий элемент 15 срабатывают, что приводит к выключению питания усилителя 5 мощности и торможению электропривода.

В режиме реверса электропривода, в начальной стадии реверса индикатор

9 режима индицирует торможение, т.е.

его выходной сигнал соответствует логическому "0". Когда скорость электродвигателя 6, уменьшаясь по своему уровню, достигает значений, близких к нулю, на выходе индикатора

9 режима сигнал становится равным

"1", от перепада сигнала срабатывает времяимпульсный элемент 11, выходной импульс которого поступает на вход элемента ИЛИ-HE 12. Длительность фор мируемого элементом 11 импульса та-. кова, что пока сигнал тахогенератора

7 не превысит зону нечувствительности компаратора 16, на входе В элемента 13 присутствует сигнал с выхода времяимпульсного элемента 11, соответствующий логическому 0 . При этом все время реверса, в т.ч. и тогда, когда сигнал тахогенератора

7 мал и не превышает зоны нечувствительности компаратора 16, сигнал на

Ф выходе элемента 13 и, следовательно, элемента 14 соответствует логическому "0", а коммутирующий элемент 15 обеспечивает подачу напряжения питания на усилитель 5 мощности.

В аварийном режиме при реверсе осуществляется выключение питания усилителя 5 мощности и торможение электродвигателя 6 так же, как в рассмотренных выше тормозном и двигательном режимах.

В другом аварийном режиме, который может иметь место при неисправности регулятора 3, например его заклинивании, когда регулятор становится неуправляемым по входу, а

его выходной сигнал имеет .максимальный уровень, в данном электроприводе в этом случае, как только сигнал тахогенератора 7 превысит по модулю сигнал задания на выходе нелинейного преобразователя 17, появляется сигнал, соответствующий логической

Сигнал на выходе индикатора 9 режима в двигательном режиме также соответствует логической "1", поэтому

:.-a выходе элемента И 18 и на втором входе элемента ИЛИ 14 сигнал соответcòâóeò логической 1, а коммутирую::цнй элемент 15 включается, размыкая цепь питания усилителя 5 мощности и, следовательно, происходит аварийное торможение электропривода.

Нелинейный преобразователь работает следующим образом.

Рассмотрим процесс пуска электропривода, когда напряжение с выхода задатчика 1 скорости поступает на вход нелинейного преобразователя, а на другом его входе сигнал тахогенератора отсутствует (начало пуска).

Если напряжение с выхода задатчика

1 скорости положительной. полярности, то оно попадает через резистор 32, диод 28 на инверсный вход (-) операционного усилителя 19, в случае отрицдтглы ой полярности входного сигна.ia он через резистор 29, диод 25

1117808

25 поступает на прямой вход (+) операционного усилителя 19. В любом случае напряжение на выходе операционного усилителя 19 имеет отрицательную полярность и не проходит на вы- 5 ход нелинейного преобразователя 17 ввиду наличия цепочки: диод 22, резистор 23. В то же время, если сигнал с выхода тахогенератора 7 поступает на вход нелинейного преобразователя 17, а на другом его выходе сигнал отсутствует, например, при выполнении команды "Стоп", на выходе нелинейного преобразователя 17 сигнал положителен как при положительной полярности сигнала тахогенератора 7, который поступает на прямой вход через диод 26 и резистор ЗО, так и при его отрицательной полярности, когда он через диод 27, резистор 31 20 поступает на инверсный вход операционного усилителя 19.

Как следует из рассмотренных вьппе процессов пуска и торможения, наличие сигнала любой полярности на входе нелинейного преобразователя, соединенном с тахогенератором 7 ведет к появлению сигнала положительной полярности на выходе операционного усилителя 19, в то же время 30 наличие сигнала на входе, соединенном с задатчиком 1 скорости, ведет к появлению сигнала отрицательной полярности на выходе операционного усилителя 19. При поступлении сигналов на оба входа нелинейного преобразователя на выходе операционного усилителя 19 сигнал отрицателен, если .сигнал задатчика I скорости превышает по модулю сигнал тахогенератора 40

7, соответственно, на выходе операционного усилителя 19 сигнал поло" жителен тогда, когда сигнал тахогенератора превышает по модулю сигнал задатчика скорости. В последнем случае сигнал проходит на выход нелинейного преобразователя через диод 22, резистор 23. Нелинейный преобразователь 17 обладает зоной нечувствитель: ности, которая определяется параметрами его элементов. В случае необходимости зона нечувствительности может быть расширена, например, подключением последовательно с диодом

22 порогового элемента типа стабилитрона, стабистора и т.п.

3она нечувствительности нелинейного преобразователя нужна для того, чтобы при незначительном превышении сигналом тахогенератора заданного уровня, например, при пуске с перерегулированием, из-за пульсаций тахогенератора и т.д., нелинейный преобразователь не срабатывал.

Нелинейный преобразователь срабатывает, .если сигнал тахогенератора существенно превьппает уровень, определяемый задатчиком скорости.

Это может иметь место при неисправности регулятора 3, поступлении ложного сигнала токовой обратной связи, т.е. в любом случае, когда напряжение на выходе тахогенератора 7 прею вышает уровень, определяемый задатчи; ком 1 скорости, Таким образом, предлагаемый электропривод обеспечивает отключение электродвигателя от питания при воз-. никновении различных аварийных ситуаций, повышая надежность его работы.

1117808

ФиО

Составитель М. Кряхтунова

Тех р ед M. Гер гел ь Корректор М.Максимишинец

Редактор Т; Кугрьппева

Заказ 7274142 Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4