Устройство для управления электромагнитным двигателем

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании привода электромагнитного компрессора.. Цель изобретения - стабилизация хода якоря при переменной нагрузке. Для достижения поставленной цели в устройство для управления электромагнитным двигателем введены датчик 1 положения якоря. блок 3 управления силовым ключом, силовой ключ 6, источник питания 4, генератор импульсов 2 соединен с датчиком 1 положения; выводы источника питания 4 - с входом устройства управления силового ключа, а блок 3 управления силовым ключом имеет кольцевой демодулятор 7, двухканальный переключательный блок 8, суммирующий каскад 10, дифференциальный усилитель 11, обнуляемый с помощью KJOOMH 14 интегратор 13, два источника опорного напряжения 12 и 17, ксдапаратор 16, два формирователя импульсов 15 и 18. Цель достигается за счет того, что производят измерения перемещения якоря двигателя, в соответствии с сигналами положения формируется значение максимума хода, а устройство управления формирует силовые импульсы, длительность которых определяется величиной измерения максимума хода якоря. 4 ил. § (Л с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН, SU „1403328 А1 (so 4 Н 02 P 7/62

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЫТИЙ (21) 4095997/24-07 (22) 29.07.86 (46) 15.06.88. Вюл. И 22 (71) Омский политехнический институт (72) Ю.Ç.Ковалев, Е.Г.Васильченко, А.В.Седов и P.Н.Хамитов (53) 621. 313. 17 (088. 8) (56) Патент Швейцарии 11- 596701, кл. Н 02 К 33/14, 1978.

Патент США У 4086518, кл. Н 02 К 33-00, 1976; блок 3 управления силовым ключом, силовой ключ 6, источник питания 4, генератор импульсов 2 соединен с датчиком I положения; выводы источника питания 4 — с входом устройства управления силового ключа, а блок 3 управления силовым ключом имеет кольцевой демодулятор 7, двухканальный пе. реключательный блок 8, суммирующий каскад 10, дифференциальный усилитель

11, обнуляемый с помощью ключа 14 интегратор 13, два источника опорного напряжения 12 и 1?, компаратор 16, два формирователя импульсов 15 и 18.

Цель достигается за счет того, что производят измерения перемещения якоря двигателя, в .соответствии с сигналами положения формируется значение максимума хода, а устройство управления формирует силовые импульсы, длительность которых определяется величиной измерения максимума хода якоря.

4 ил. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании привода электромагнитного компрессора. Цель изобретения — стабилизация хода якоря при переменной нагрузке. Для достижения поставленной цели в устройство для управления злектромагнитным двигателем введены датчик 1 положения якоря, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ „1;. (И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1403328

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в.приводах <омпрессоров.

Цель изобретения — стабилизация

5 хода якоря при переменной нагрузке.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для управления электромагнитным двигателем; на фиг.2— структурная схема переключательного 10 блока; на фиг.3 — структурная схема командного блока; на фиг.4 — временные диаграммы, поясняющие работу сис" темы. устройство для управления электРо- 15 магнитным двигателем (фиг.1) содержит датчик положения якоря 1, вход которого подключен к выходу генератора 2 прямоугольного напряжения высокой частоты, а выход — к входу блока 3 20 управления, входы которого подключены к выходам источника питания 4, ко" торый, в частности, представляет собой промышленную сеть 220 В 50 Гц. Выходы источника питания 4 также под- 25 ключены к последовательно соединенным соленоидной обмотке 5 и силовому ключу 6, вход управления которого подключен к выходу блока 3 управления.

Блок 3 управления предназначен для 30 управления силовым ключом в зависимо, .сти от выходного сигнала датчика положения 1 синхронно с напряжением источника питания 4 и содержит (фиг.1) .

I кольцевой демодулятор 7 для выделе- .

,ния иэ сигнала датчика положения 1 низкочастотной огибающей напряжения, соответствующей положению якоря. Вы: ход кольцевого демодулятора 7 соединен с входами переключательного бло- 40 ка 8 и командного блока 9. Шесть вы" ходов командного блока 9 соединены с входами управления переключательного блока 8, выход которого подключен ко входу суммирующего каскада 10. Блоки . 8-10 в совокупности образуют блок выделения амплитуды перемещения якоря.

Выход суммирующего . каск ща 10 соединен с инверсным входом дифференциального усилителя 11 второй вход которого подключен к источнику опорного положительного напряжения 12. Выход дифференциального усилителя 11 соединен с входом интегратора 13. Параллельно интегратору включен разрядный ключ t4 вход управления которого соединен с входом формирователя 15.

Входы формирователя 15 соединены с выходами источника питания 4. Выход интегратора 13 также соединен с инверсным входом компаратора 16, ко второму входу которого подключен второй источник опорного отрицательного напряжения 17. Выход компаратора 16 через формирователь 18 подключен к входу силового ключа 6.

Двухканальный переключательный блок 8 предназначен для записи и хранения напряжения амплитуды положительных полуволн выходного сигнала кольцевого демодулятора 7 и состоит (фиг.2) из двух каналов. Первый канал записывает и хранит напряжение амплитуды четных периодов, а второй — нечетных периодов входного напряжения.

В состав первого канала входит первый аналоговый ключ 19, вход которого соединен с выходом кольцевого демодулятора 7, а выход — с входом амплитудного детектора 20, соединенного также через ключ 21 с шиной нулевого потенциала. Выход амплитудного детектора

20 через ключ 22 соединен с первым входом суммирующего каскада 10. Второй канал также содержит три ключа

23 — 25 и амплитудный детектор 26, причем входы ключей 19 и 23 объединены, а выход ключа 25 соединен со вторым входом суммирующего каскада 10.

Входы управления ключей 19, 21, 22, 23, 24, 25 соединены соответственно с шестью выходами командного блока 9.

Командный блок 9 предназначен для управления ключами двухканального переключательного блока 8 синхронно с выходным напряжением кольцевого демодулятора 7 и содержит формирователь

27 двухполярного прямоугольного напряжения, вход которого соединен с вы" ходом кольцевого демодулятора 7. Выход формирователя 27 через согласующий резистор 28 соединен с входом элемента НЕ 29, выход которого через второй элемент НЕ 30 подключен к тактовому входу триггера 31, прямой выход которого является третьим выходом командного блока 9, а инверсный " шестым выходом, Выход элемента НЕ 29 соединен также с тактовым входом триггера 32, прямой выход которого является первым выходом кбмандного блока 9, а инверсный - четвертым вы" ходом. Инверсный выход триггера 31 соединен с его D-входом и вторым входом элемента 2И 33, Инверсный выход триггера 32 соединен с D-входом триггера 32 и с первым входом элемента

1 1

U = — )U dt, (2) 3 14033

2И 33, выход которого является пятым выходом командного блока 9. Прямые выходы..триггеров 31 и 32 подключены к входам второго элемента 2И 34 выЭ

5 ход которого является вторым выходом командного блока 9.

Устройство управления электромагнитным двигателем работает следующим образом. 10

Датчик положения i (фиг. I) магнитно связан с якорем двигателя, приводимого в движение с помощью импульса напряжения, подаваемого от источника питания 4 через силовой ключ 6 на об- 15 мотку 5 двигателя. При этом, якорь втягивается внутрь обмотки 5. После окончания действия импульса напряжения якорь возвращается в исходное положение под действием пружины. Ге- 2р нератор 2 возбуждает датчик положения

1 высокочастотным прямоугольным двухполярным напряжением, а кольцевой демодулятор 7 выделяет низкочастотную огибающую напряжения (фиг.4, U ). 25

Экстремумы этоro напряжения соответствуют нахождению якоря в верхней и нижней мертвых точках. Для стабилизации хода якоря двигателя необходимо стабилизировать положения якоря в верхней "мертвой" точке, т.е. амплитуду положительных полуволн выходного напряжения кольцевого демодулятора 7, что выполняется следующим образом.

Выходное напряжение кольцевого демо35 дулятора 7, мгновенное значение которого соответствует положению якоря двигателя, поступает на входы переключательного блока 8 и командного блока 9. Командный блок 9 осуществля- 4О ет управление переключательным блоком

8 таким образом, что на выходах пос° леднего формируется прямоугольное напряжение. Величина этого напряжения в первом канале равна амплитудам по- 45 ложительных полуволн четных периодов выходного напряжения кольцевого демодулятора и во втором канале — амплитудам нечетных периодов. Суммирующий . каскад 10 суммирует выходное напряже-. ние обоих каналов переключающего блока 8. Выходной сигнал суммирующего каскада 10 представляет собой постоянное напряжение (фиг.4, U ), величина которого равна амплитуде положи55 тельных полуволн выходного напряжения кольцевого детектора 7, причем заштрихованная часть диаграммы 13 соответствует четным периодам этого нап28

4 ряжения. Выходные сигналы суммирующе-го каскада 10 и первого источника опорного напряжения 12 поступают на входы дифференциального усилителя ll, и величина выходного напряжения усилителя 11 будет определяться выражением и =к(и,„, — и ), (1) где К - коэффициент усиления дифференциального усилителя 11;

U « — напряжение источника опорного напряжения 12; .U — величина выходного напряжения суммирующего каскада 10;

U > — выходное напряжение дифференциального усилителя 1!.

В свою очередь, напряжение U является опорным для интегратора 13 где RC — постоянная времени интегратора 13;

U< — выходное напряжение интегратора 13.

Выходной сигнал интегратора 13 представляет собой пилообразно изменяющееся напряжение (фиг. 4, U,>) . Обнуление генератора 13 происходит синхронно с изменением напряжения uct точника питания 4 с помощью ключа

14 и формирователя 15, что позволяет синхронизировать работу ключа 6 с напряжением источника питания 4. Выходное напряжение интегратора 13 и второе опорное напряжение источника

17 поступают на входы компаратора 16 .

Если выходное напряжение интегратора

13 по абсолютной величине меньше напряжения источника опорного напряжения 17, то на выходе компаратора 16 высокий положительный уровень напряжения (фиг.4,Ц ). В противоположном случае на выходе компаратора 16 — от-. рицательный уровень. Таким образом, фронты выходного сигнала определяются точками равенства входных напряжений компаратора 16. Силовой ключ 6 открывается (фиг.4, I6) импульсом напряжения формирователя 18 (фиг.4, U, ), соответствующим заднему фронту выходного напряжения компаратора 16. Закрывается силовой ключ 6 либо импульсом формирователя 18, соответствующим переднему фронту сигнала компаратора, либо обратным напряжением источника питания 4 в зависимости от типа силового ключа 6.

1403328

Так как 0„ есть функция значения

011„, то момент сравнения во времени напряжений U.q и выходного напряжения источника 17, а следовательно, и момент времени включения силового ключа

6, тоже есть функция напряжения Uz» выходное напряжение дифференциального усилителя 11 будет неизменно в случае выполнения равенства

U const, (3) которое следует из (1). Установив величину U „, таким образом, чтобы амплитуда хода якоря была оптимальной, добьемся ее стабильности, так как будет меняться до тех пор, пока ие выполнится равенство (3).

Рассмотрим работу системы управления электромагнитным двигателем при уменьшении амплитуды хода якоря двигателя под влиянием внешних возмущений, например изменении параметров компримирования поршневого компрессора, представляющего собой частный случай нагрузки переменного характера. Уменьшение амллитуды хода якоря (увеличение зоны "мертвого" объема) вызовет уменьшение экстремального значения напряжения на выходе кольце,вого детектора 7. На фиг.4 направления уменьшения значений указаны стрелками. Уменьшение напряжений на

1, ;выходе кольцевого детектора 7 вызовет

), :уменьшение напряжения на выходе сум, :мирующего каскада 10, нарушится ра: венство (3), следовательно, напряже ние Ug будет увеличиваться. Увеличе1

i ние уровня Uz,> вызовет увеличение скорости изменения напряжения И 13 (2) и точка равенства выходных нап ряжений Пц и источника 17 будет левее, чем в. предыдущем периоде. Следовательно, силовой ключ 6 откроется раньше, чем в предыдущем периоде, и в обмотку .электродвигателя поступит большая порция энергии, что вызовет увеличение хода якоря (уменьшение зоны "мертвого" объема). Описанный процесс будет происходить до тех пор, пока не восстановится заданная величина зоны, т.е. пока не выполнится равенство (3). В случае увеличения .амплитуды хода якоря (уменьшения зоны ".мертвого" объема) в системе будут происходить аналогичные изменения в противоположных направлениях.

Переключательный блок 8 работает следующим образом.

Ключи 19 и 23 открываются в противофазе, причем ключ 19 открыт в случае четного периода входного сигнала, а ключ 23 - в случае нечетного. Когда ключи 19 и 23 открыты, происходит заряд амплитудных детекторов 20 и 26 соответственно„ до уровня амплитуды положительных полуволн входного сиг10 нала. Ключи 22 и 25 открываются с опозданием на полпериода относительно ключей 19 и 23 соответственно, и напряжение, хранимое в детекторах 20 и 26, передается соответственно на первый и второй выходы переключатель" ного блока 8. В моменты времени, когда ключи 19 и 22 не включены, происходит обнуление амплитудного детектора 20„ а когда ключи 23 и 25 не вклю20 чены, происходит обнуление амплитудного детектора 26 с помощью ключей

21 и 24 соответственно. Клюшки 21 и

24 включены полпериода, так как настолько отстают ключи 22 и 25 от клю26 чей 19 и 23.

Командный блок 9 работает следующ м образом.

Входной сигнал (фнг.4, U ), поступающий на вход формирователя 27, Ма

30 его выходе преобразуется в инверсное напряжение прямоугольной формы (фиг.4, U ). Прямоугольное напряжение U через ограничивающий резистор 28 поступает на вход элемента HE 29, который инвертирует сигнал (фиг.4, U< ), после чего он поступает на вход триггера 32. Триггер 32 срабатывает по переднему фронту выходного сигнала элемента 29 и входного сигнала команgp дного блока 9. его выходы, инверсный и прямой, являются выходными для командного блока и своим высоким уровнем включают ключи 23 и 19 соответственно. Выходное напряжение элемента

29 инвертируется элементом HE 30 и подается на вход триггера 31. Триггер

31 срабатывает по переднему фронту выходного сигнала элемента 30 и по заднему фронту входного сигнала ко5p мандного блока, обеспечивая тем самым сдвиг на полпериода своего выходного сигнала относительно выходного сигнала триггера 32. Прямой и инверсный выходы триггера 31 являются выхо55 дами командного блока, управляя клю" чами 22 H 26 соответственно. Элемент

2И 33 имеет на входах сигнал с инверсных выходов триггеров 31 и 32, обеспечивая высокий уровень на своем вы14033 ходе в случае одновременного присутствия логических t" на своих входах, т.е. на выходе элемента 33 имеется тогда, когда на обоих прямых выходах триггеров 31 и 32 одновременно присутствует логический "0". Выход элемента 33 является вторым входом командного блока и управляет ключом

21. Элемент 34 подсоединен входами к прямым выходам триггеров 31 и 32 и обеспечивает высокий потенциал на своем выходе в случае одновременного присутствия логических "1" на своих входах. Выход элемента является пятым 15 выходом командного блока н управляет ключом 24.

Устройство для управления электромагнитным двигателем стабилизирует ход якоря, в частности, амплитуду 20 его перемещения за счет автоматического регулирования ширины импульса напряжения питания обмотки электромагнита двигателя на основе результата измерения амплитуды хода якоря с 25 помощью датчика положения якоря, как это детально показано при описании работы устройства. Устройство для управления электромагнитным двигателем в случае компрессорной нагрузки 30 переменного характера стабилизирует, размер "мертвой" зоны компрессора минимально возможной величины и может осуществлять работу компрессора при уменьшении мертвой" зоны практически до нуля. "Мертвый" объем необходим в компрессорах для компенсации неточностей изготовления и сборки деталей цилиндро-поршневой группы, а также для компенсации температурного расши-4р рения. Необходимый "мертвый" объем может достигать б-12Х от объема рабочей полости. Увеличение "мертвого" объема до 6Х ведет к снижению производительности компрессора íà 7Х, à 45 при увеличении "мертвого" объема до

12X — к уменьшению производительности на 14Х.

28 8

Данное построение системы управления электромагнитным двигателем обеспечивает стабильный минимально воз--. можный "MepTBbIA" объем компрессора, непрерывное слежение за изменениями, которые происходят при работе компрессора, что также повышает надежность работы компрессора, при этом обеспечивается повышение производительности компрессора.на 7-147..

Формула изобретения

Устройство для управления электромагнитным двигателем возвратно-поступательного движения с обмоткой,.возвратной пружиной и датчиком положения якоря, содержащее источник питания, силовой ключ, соединяющий обмотку,. двигателя с источником питания, блок управления силовым ключом, соединен- ный выходом с управляющим входом этого ключа, а входом — с датчиком положения якоря, и генератор импульсов, отличающееся тем, что, с целью стабилизации хода якоря при переменной нагрузке, в блок управления силовым ключом введены последовательно соединенные кольцевой ... демодулятор, блок выделения амплитуды перемещения якоря, дифференциаль-. ньй усилитель, интегратор с разрядным ключом, компаратор и формирователь импульсов, а также два источника опорного напряжения и второй формирователь, соединенный входом с источником литания, выходом " с управляющим входом разрядного ключа, причем вход кольцевого демодулятора соединен с датчиком положения якоря, соединенного с генератором импульсов, первый источник опорного напряжения подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя, второй источник опорного напряжения подключен к неинвертирующему входу компаратора, а. выход .формирователя импульсов соединен с управляющим входом силового ключа.

1403328 1403328

Ир

1 gy

УФ7 г

Ки

Ч

5 йу

6—

М2

Ию

©32

6 цу

6 3

f0

1Я

Йо

t

У Цу

fS aery, Qn.

/б йу

17 Qy

Составитель В.Алфимов

Редактор И. Сегляник Техред М. Ходанич Корректор М.Максимишинец

Заказ 3002/53 Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r; Ужгород, ул. Проектная, 4