Электропривод постоянного тока

 

Использование: в электротехнике, а именно в системах регулирования скорости вращения электродвигателей постоянного тока с частотно-фазовыми дискриминаторами в канале управления. Сущность изобретения: решает задачу улучшения качества регулирования при уменьшении частоты вращения электродвигателя. Для достижения этой цепи введены триггер, две схемы задержки, два элемента И, два элемента ИЛИ и новые взаимосвязи этих элементов. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 Р5/06

ГОСУДАРСТВЕННЬЯ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ г - л; у с, ц q c ! ° 4»»1»л »»",»;tQ

»».

»»

Ф »

I»

»» (21) 4931612/07 (22) 29.04.91 (46) 15.11,92, Бюл, N. 42 (71) Ивановский энергетический институт им. В.И.Ленина (72) А.Н.Ширяев, М.В»Фалеев, А,А.Киселев и

А.В.Лушин (56) Авторское свидетельство СССР

N 686134, кл, Н 02 P 5/06, 1979.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1267575, кл. Н 02 P 5/06, 1986.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах регулирования скорости вращения электродвигателей постоянного тока с частотно-фазовыми дискриминаторами в канале управления.

Известен синхронизированный электропривод постоянного тока, содержащий устройство задания, сумматор, частотно-фазовый дискриминатор, выход которого через силовой ключ подключен к якорной обмотке электродвигателя, на валу которого установлен сельсин, питаемый от отдельного генератора.

Данное устройство позволяет получить широкий диапазон регулирования скорости и высокую точность ее стабилизации в установившемся режиме, Однако в переходных режимах, вследствие неопределенности фазового положения импульсов задания и обратной связи на вхоЫ2 1775833 А1 (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГОТОКА (57) Использование: в электротехнике, а именно в системах регулирования скорости вращения электродвигателей постоянного тока с частотно-фазовыми дискриминаторами в канале управления. Сущность изобретения: решает задачу улучшения качества регулирования при уменьшении частоты вращения электродвигателя. Для достижения этой цепи введены триггер, две схемы задержки,. два элемента И, два элемента

ИЛИ и новые взаимосвязи этих элементов.

2 ил. дах фазового дискриминатора при входе в синхронизм, качество регулирования является неудовлетворительным.

При пусках, особенно на низкие частоты вращения, возникает либо значительное перерегулирование скорости, либо затягивание момента трогания двигателя.

Ql

При уменьшение частоты вращения, 00 особенно при переходе с высоких частот (д) вращения на низкие, эта неопределенность, () вследствие инерционности вращающихся масс электродвигателя и механизма, вызывает значительное перерегулирование скорости, достигающее, как показывают эксперименты 50 — 100% и более при переходах с номинальной скорости на скорость

0,02-0,01 номинальной. Причем величина перерегулирования при каждом переходе на одну и ту же скорость может быть различной. Такая величина перерегулирования и ее неоднозначность являются недопусти1775833

50 мы!ли для ряда механизмов с программным режимом работы электропривода, Наиболее близким к предлагаемому является электропривод постоянного тока, в котором благодаря синхронизации второго делителя импульсами обратной связи с помощью первого триггера, обеспечивается хорошее качество переходных процессов при пуске электродвигателя, особенно на малые частоты вращения. В результате синхронизации последовательность прихода импульсов задания и обратной связи на входы частотно "фазового диск ри ми ! это ()а с а новится строго определенной, и на электродвигатель в момент пуска подаегсл среднее напряжение, и роп орциона я ь!1Ое заданной частоте вращения, Однако при уменьшении частоты вращения электродвигателя (переходе <: высокой скорости на более низкую) в !ломент синхронизации электродвигателя IIG более низкой скорости фазовое поло>кение импульсов задания и обратной связи на входах частотно-фазового дискриминатора остается случайным. Поэтому как визвестном,,так и в рассматриваемом электроприводе появляется значительное перерегулирование частоты вращения электродвигателя, Целью изобретения является улучшение качества регулирования при уменьшении частоты вращения электродвигателя, Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство введены третий триггер, вторая и третья схемы задержки, второй и третий элементы И и второй элемент ИЛИ, а третий элеме!гг ИЛИ снаб>кен третьим входом, который соединен с выходом второго элемента И и через второй элемент задержки с первым входом второго элемента ИЛИ. Второй вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом второго триггера,. а выход — со входом установки третьего триггера, информационный вход которого подключен к выходу частотно-фазового дискриминатора, а счетный вход — к выходу блока коррекции и входу третьей линии задержки. Инверсный и прямой выходы третьего триггера соединены с первыми входами второго и третьего элементов И соответственно. Вторыс входы второго и третьего элементов И соединены соответственно с выходом блока задания и выходом первого триггера. Выход третьей линии задер>кки соединен со вторым входом частотно-фазового дискриминатора и вторым входом первого триггера, а выход третьего элемента И соединен с обнуляющим входом второго делителя частоты, На фиг. 1 приведена функциональная схема элактропривода; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Цифрами на фиг. 2 обозначены сигналы на выходах соответству>ощих элементов схемы фиг, 1, причем цифрой 13 обозначены сигналы на прямом выходе триггера 13.

Электропривод постоянного тока содер>кит электродвигатель 1, последовательно соединенные генератор 2 опорной частоты, первый делитель 3 частоты, согласу!ощий элемент 4 и сельсин 5, установленный на валу электродвигателя 1. К выходу генератора 2 опорной частоты подкл!очены также последовательно соединенные блок 6 задания, второй делитель 7 частоты, первый элемент ИЛИ 8, частотно-фазовый дискриминатор 9 и усилитель мощности 10, к выходу которого подключена якорная обмоткэ электродвигателя 1. Измерительная обмотка сельсина " через формирователь 11 и блок 12 коррекции подкл!очена к счетному входу третьего триггера 13 и входу третьей схемы 14 задер>кки, выход которой соединен со вторым входом частотно-фазового дискриминатора 9. Злектропривод также содержит последовательно соединенные шину 15 управления, первый 16, второй 17 триггеры и первый элемент И 18, второй .од которого соедине!! с выходом первого триггера 16, а третий вход — с выходом блока

6 задания и через первую схему19 задержки со вторым входом второго триггера 17. Выход первого элемента И 18 связан со вторым входом первого элемента ИЛИ 8, третий вход которого соединен с выходом второго элемента И 20 и через втору!о схему 21 задержки с первым входом второго элемента

ИЛИ 22. Второй вход второго элемента ИЛИ

22 соединен с выходом второго триггера 17, а выход — со входом установки третьего триггера 13.

Информационный вход третьего триггера 13 подключен к выходу частотно-фазовогодискриминатора 9, а инверсный и прямой выходы — к первым входам соответственно второго 20 и третьего 23 элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходом блока 6 задания и выходом первого триггера 16, Второй вход первого триггера 16 соединен с выходом третьей схемы 14 задержки, а выход третьего элемента И 23 соединен с обнуляющим входом второго делителя 7 частоты, Электропривод работает следующим образом, Частота выходного сигнала сельсина 5 определяется зависимостью

f g = f4 + 0 2/2 Я, 1775833

55 где f4-частота питания сельсина 5 сопрягающим элементом 4, Q- частота вращения электродвигателя, z — число пар полюсов сельсина.

Такой сигнал обратной связи обеспечивает высокую частоту поступления информации о частоте вращения электродвигателя 1 в неограниченном диапазоне вплоть до Q= О.

Частотно-фазовый дискриминатор 9 имеет релейную характеристику в режиме сравнения входных частот, которым соответствуют выходные сигналы элемента ИЛИ

8 — fa и схемы 14 задержки — f>4. При этом на вход силового преобразователя 10 выдается постоянный сигнал логической единицы ("1") на разгон, если fa > 114, или постоянный сигнал логического нуля ("О"), если fa < f14, на торможение электродвигателя 1.

В установившемся режиме при равенстве частот входных сигналов (fa = 114) фазовый дискриминатор 9 имеет пропорциональную характеристику в режиме сравнения фаз, выдавая на выходе широтно-импульсный сигнал с длительностью импульсов, пропорциональной разности фаз сигналов fa и т!4, Установившемуся режиму работы электропривода соответствует следующее состояние элементов фиг.2: сигнал "1" на шине 15 управления; сигнал "1" на выходе триггера 16 и "О" на выходе триггера 17 и элемента И 18.

При работе на установившейся скорости, соответствующей периоду Тв1 = 1/1в.1 (участок I фиг. 2), триггер 13 находится постоянно в состоянии "1", поскольку моменту прихода импульса f

Это обеспечивается введением схемы 14 задержки. Постоянный сигнал "1" с прямого выхода триггера 13 обеспечивает разрешение счета импульсов вторым делителем 7, т.к. на его обнуляющем входе при этом присутствует сигнал "1" с выхода элемента И 23.

Постоянный сигнал "0" на инверсном выходе триггера 13, проходя через элемент И 20 на третий вход элемента ИЛИ 8, разрешает прохождение выходных импульсов второго делителя 7 через элемент ИЛИ 8 на вход фазового дискриминатора 9.

При уменьшении частоты вращения (задании более низкой скорости, соответствующей периоду Т>.г > Т8.1) частотно-фазовый дискриминатор 9 переходит в режим сравнения частот, выдавая на выходе постоян5

40 ный сигнал "О", соответствующий торможению электродвигателя 1 (участок II фиг, 2).

Триггер 13 при этом каждым импульсом f12 переключается в состояние "О", обнуляя через элемент И 23 второй делитель 7 частоты и разрешая (сигналом "1" на инверсном выходе) прохождение одного импульса fa с выхода блока 6 задания через элементы И 20 и

ИЛИ 8 на входчастотно-фазовогодискриминатора 9. Этот же импульс fa. задержанный схемой 21 задержки, проходя через элемент

ИЛИ 22 на вход установки триггера 13, переключает его в состояние "1", разрешая счет импульсов делителем 7 частоты. После установки триггера 13 в состояние "1" на его инверсном входе появляется сигнал "0", запрещающий прохождение следующих импульсов с выхода блока 6 задания через элемент ИЛИ 20.

Таким образом начало счета импульсов делителем 7 частоты синхронизируется импульсами обратной связи. Несмотря на то, что после каждого обнуления делителя 7 частоты ему разрешается счет импульсов, на выходе делителя 7 импульсы отсутствуют (участок II фиг. 2), так как скорость электродвигателя еще не достигла нового значения, соответствующего периоду Ta.z. В этом режиме после каждого импульса f 4 обратной связи на вход частотно-фазового дискриминатора 9 вместо выходных импульсов делителя 7 частоты через элемент ИЛИ 8 проходит импульс fa с выхода блока 6 задания. При этом выходной сигнал "0" частотно-фазового дискриминатора не изменяется, но подготавливается его переход к работе в режиме сравнения фаэ.

При достижении электродвигателем скорости, соответствующей периоду Та.г (участок !! фиг. 2), появляется импульс Й7 на выходе делителя 7, который проходит через элемент ИЛИ 8 на вход частотно-фазового дискриминатора 9 и переводит его в режим фазового сравнения.

На выходе частотно-фазового дискриминатора 9 появляется сигнал "1", соответствующий подаче напряжения на электродвигатель 1. Следующий затем импульс 114 обратной связи, благодаря синхронизации делителя 7 частоты, приходит на вход фазового дискриминатора 9 через малый промежуток времени и отключает электродвигатель 1 от питающей сети.

Поскольку относительная длительность импульсов на выходе частотно-фазового дискриминатора 9 определяет среднюю. величину напряжения, подаваемого на электродвигатель, синхронизация последнего на новой заданной скорости осуществляется при малом начальном напряжении. Бла1775833

20

30

50 годаря этому, по сравнению с прототипом, значительно уменьшается величина перерегулирования скорости. Как показали эксперименты, величина перерегулирования при переходе с номинальной скорости на (0,02-0,01) номинальной не превышает (35), что существенно улучшает качество регулирования.

В режимах пуска электропривод работает также, как и электропривод, обеспечивая хорошее качество регулирования. Так, в режиме останова привода (сигнал "0" на шине управления 15) на выходе второго триггера 17 присутствует сигнал "1", который через второй элемент ИЛИ 22 подается на вход установки третьего триггера 13, переводя его в состояние "1", которое соответствует запрету прохождения импульсов через элемент И 20 и разрешению — через элементы И 23 и ИЛИ 8. Поэтому после подачи сигнала пуска ("1" на шине управления 15) разрешение на переключение триггера 13 ("0" на выходе второго триггера 17) появляется в момент времени, когда импульсы обратной связи f12 отсутствуют. Триггер 13 при этом остается в состоянии "1", не нарушая логики работы схемы. Дальнейшая работа устройства соответствует установившемуся режиму, в котором триггер 13 постоянно находится в состоянии

"1"„ так как моменту прихода импульса fn на его счетный вход всегда соответствует сигнал "1" на информационном входе (участок I фиг. 2).

Таким образом, в предлагаемом элект,. роприводе, благодаря синхронизации начала счета второго делителя 7 частоты в процессе торможения импульсами обратной связи, переход в установившийся режим характеризуется, по сравнению с прототипом, строго определенным фазовым положением импульсов задания и обратной связи, которое обеспечивает улучшение качества регулирования при уменьшении частоты вращения; При этом качество регулирования в режимах пуска по сравнению с прототипом не ухудшается, Формула изобретения

Электропривод постоянного тока, со, держащий электродвигатель, последовательно соединенные генератор опорной частоты, первый делитель частоты, согласующий элемент и сельсин, установленный на валу электродвигателя, последовательно соединенные блок задания, второй делитель частоты, первый элемент ИЛИ, частотно-фазовый дискриминатор и усилитель мощности, к выходу которого подключена якорная обмотка электродвигателя последовательно соединенные измерительную обмотку сельсина, формирователь и блок коррекции, последовательно соединенные шину управления, первый, второй триггеры и первый элемент И, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, второй вход — с выходом первого триггера, а третий вход — с выходом блока задания, входом подключенного к выходу генератора опорной частоты, и входом первой схемы задержки, выход которой соединен с вторым входом второго триггера, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества регулирования при уменьшении частоты вращения электродвигателя, в него введены третий триггер, вторая и третья схемы задержки, второй и третий элементы И и второй элемент ИЛИ, а первый элемент ИЛИ снабжен третьим входом, который соединен с выходом второго элемента И и через вторую схему задержки — с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого

35 соединен с выходом второго триггера, а выход — с входом установки третьего триггера, информационный вход которого подключен к выходу частотно-фазового дискриминатора, счетный вход- к выходу блока коррекции и входу третьей схемы задержки, а инверсный и прямой выходы — к первым входам соответственно второго и третьего элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходом блока задания и выходом первого триггера, второй вход которого соединен с выходом третьей схемы задержки и вторым входом частотно-фазового дискриминатора, а выход третьего элемента И соединен с обнуляющим входом второго делителя частоты. f775833

1775833

Составитель А,Ширяев

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор 3.Л ончакова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4040 . Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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