Электропривод постоянного тока

 

Использование: в электротехнике, а именно в системах стабилизации скорости электродвигателей с широким диапазоном ее изменения. Сущность изобретения: увеличение быстродействия электропривода в режиме пуска на малые частоты вращения с одновременным снижением ударных нагрузок в исполнительном механизме. Для достижения этой цели в известное устройство введены триггер, одновибратор, два элемента ИЛИ и элемент ИЛИ-НЕ, а частотнофазовый дискримиратор выполнен на трех триггерах и двух элементах И. Изобретение может быть использовано в следящих приводах и электроприводах с широким диапазоном регулирования скорости, содержащих частотно-фазовый дискриминатор в канале регулирования и сельсин - в качестве датчика частоты вращения вала. 3 ил. . . « И

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 P 5/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4934452/07 (22) 08;05,91 (46) 07.01.93, Бюл. и 1 (71) Ивановский энергетический институт им. В.И,Ленина (72) M,В,Фалеев, А.А.Киселев и А.Н.Ширяев (56) Трахтенберг P.Ì. Импульсные астатические системы электропривода с дискретным управлением.- M.: Энергоиздат, 1982, Авторское свидетельство СССР

М 957400, кл. Н 02 P 5/06, 1982. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Использование: в электротехнике, а именно в системах стабилизации скорости электродвигателей с широким диапазоном

Изобретение относится к электротехни ке и может быть использовано в системах . регулирования частоты вращения электро . привода, в частности, в системах с широким диапазоном-регулирования частоты вращения, содер>кащих в канале управления частотно-фазовый дискриминатор, а в качестве датчика обратной связи использующих сельсин. установленный на валу электродвигателя.

Известен синхронизированный электропривод постоянного тока, содержащий

: устройство задания, сумматор, частотно-фазовый дискриминатор, выход которого через силовой ключ подключен к обмотке электродвигателя, на валу которо о установлен сельсин, обмотки возбуждения которого запитаны от отдельного генератора.

Это устройство обеспечивает широкий диапазон регулирования частоты вращения. . Однако в момент пуска двигател импульсы

„., БЦ,, 1786630 А1 ее изменения. Сущность изобретения; увеличение быстродействия электропривода в режиме пуска на малые частоты вращения с одновременным снижением ударных нагрузок в исполнительном механизме. Для достижения этой цели в известное устройство введены триггер, одновибратор, два эле-мента ИЛИ и элемент ИЛИ вЂ” НЕ, а частотнофазовый дискримиратор выполнен на трех триггерах и двух элементах И. Изобретение может быть использовано в следящих приводах и электроприводах с широким диапа- зоном регулирования скорости, содержащих частотно-фазовый дискриминатор в канале регулирования и сельсин — в качестве датчика частоты вращения вала. 3 ил. . °-Р

9 ° сигналов задания и обратной связи на вхо- Ф дах частотно-фазового дискриминатора располо>кены произвольно,.При этом на выходе частотно-фазового дискриминатора с наиболее широко распространенным алгоритмом работы в зависимости от его состо- © яния в момент пуска появляется постоянный логический сигнал, который со- О ответствует разгону или торможению элект- (фЭ родвигателя. В первом случае при пуске С) валу электродвигателя сообщается столь значительное ускорение, что до момента начала торможения величина перерегулироваававй ния составит 300-500% при задании частоты вращения порядка 0,001 — 0,0001 номинальной.

Во втором случае двигатель начинает движение только тогда, когда имлульс частоты задания будет приходить раньше импульса обратной связи. Время задержки пуска для малых частот вращения обычно

1786630

20

30

55 г1ревышаег 10-30 с, что в большинстве случаев недопустимо. Кроме того, использование в известном устройстве сумматора частот не позволяет получить высокую плавность регулирования в нижней части диапазона изменения частоты вращения, Наиболее близко к предлагаемому устройство для регулирования скорости электродвигателя.

Эго устройства, как и ранее описанное, а характеризуется плохими динамическими показателями — рывками или задержками трогания — при пусках нэ малые частоты вращения.

Цель изобретения — улучшение качества регулирования при пуске на малые частоты вращения электродвигателя. Для этой цепи в устройство введены первый триггер и одновибратор, соединенный с входом сброса второго делителя. Одновибратор формирует короткие импульсы в момент появления рабочего фронта импульса с формирователя сигнала обратной связи, когда подана с шины управления команда на останов двигателя, Кроме того, частотно-фазовый дискриминатор выполнен на трех триггерах, двух элементах И и двух элементах

ИЛИ. При этом соединение триггеров и элементов И выполнено таким образом, что обеспечивает релейную характеристику дискриминатора в режиме частотного сравнения сигналов, когда частоты входных сигналов не равны, и пропорциональную характеристику в режиме фазового сравнения при ра вен стве частот. Элементы ИЛ И, оди н из входов которых соединен с выходом первого триггера, служат для принудительного перевода дискриминатора в режим фазового сравнения во время действия команды на останов двигателя. Дополнительный элемент ИЛИ-НЕ, включенный между выходом дискриминатора и входом силового коммутатора разрешает управление силовым пре образователем только во время действия команды на разрешение вращения электро,двигателя. B отличие от известных устройств в предлагаемом устройстве во время деиствия команды на останов двигателя дискриминатор принудительно переводится в режим фазового сравнения, а импульсы частоты задания фазируются с импульсами обратной связи с помощью одновибратора.

При этом длительность импульсов сигнала на выходе фазового дискриминатора является не случайной, à строго определенной зэданнь|м значением частоты вращения электродвигателя, На фиг,1 приве к.на функциональная схема электроприводэ, а нэ фиг. > щн.менные диаграммы. ппясняюгцие l > рл(юту, Элекгропривод содержит электродвигатель 1, подключенный к выходусилового преобразователя 2, последовательно соединенные генератор 3 опорной частоты, первый делитель 4 частоты, согласующий элемент 5 и сельсин 6, установленный на валу электродвигателя 1.

Генератор 3 через блок задания 7 и второй делитель 8 частоты соединен с первым входам частотно-фазового дискриминатора

9, второй вход которого через формирователь 10 подключен к выходу сельсина 6, Шина управления 11 соединена с информационным входом триггера 12, счетный вход которого связан с выходом второго делителя 8, а выход — со входом управления одновибратора 13, первым входом элемента ИЛИ-НЕ 14 и третьим входом фазового дискриминатора 9, к которому подключены первые входы элементов ИЛИ

15, 16, Выход одновибратора 13 соединен со входом сброса делителя 8, а вход запуска подключен к выходу формирователя 10. Частотно-фазовый дискриминатор 9 состоит из элементов ИЛИ 15, 16, триггеров 17 — 19 и элементов И 20, 21. Первый вход дискриминатора 9 через последовательно соединенные триггер 17 и элемент И 20 связан с первым входом триггера 18, инверсный выход которого через элемент ИЛИ 15 соединен со вторым входом элемента И 20. выход которого связан со вторым входом триггера

17. Второй вход дискриминатора 9 через последовательно соединенные триггер 19 и элемент И 21 подключен ко второму входу триггера 18, прямой выход которого через элемент ИЛИ 16 соединен со вторым входом элемента И 21, выход которого связан со вторым входом триггера 19. Инверсный выходтриггера 18, являющийся выходомдискриминатора 9, через элемент ИЛИ-НЕ 14 соединен со входом силового преобразователя 2.

Электропривод работает следующим образом.

Частота выходного сигнала сельсина 6 т6= 5+ у

QP л (1) где f5 — частота питания обмоток возбу>кдения сельсина 6, подключенных к согласующему элементу 5;

0 частота вращения вала электродвигателя 1;

Р— число пар полюсов сельсинэ 6.

При таком способе измерения частоты вращения вала электродвигателя 1 обеспечивается высокая частота считывания информации о частоте вращения при сколь угодно малых ее значениях.

1786630

Частотно-фазовыйдискриминатор9мо- навливается постоянный сигнал "0", котожет работать в двух режимах. рый не изменяется с приходом импульсов

При равенстве частот входных сигналов обратной связи f1o в промежутке между им(задания fa с выхода делителя 8 и обратной пульсами задания fa. Этот сигнал элементом связи f1o с выхода формирователя 10) час- ИЛИ-НЕ 14 преобразуется в сигнал "1", сототно-фазовый дискриминатор 9 работает в 5 ответствующий включению силового преобрежимефазовогосравнения,выдаваянавы- разователя 2 и подаче на двигатель 1 ходе широтно-импульсный сигйал с дли- максимального напряжения(режим пуска), тел ьностью импульсов, пропорциональной Поскольку схема фазового дискриминаразностй фаз сигналов fs и f1o, При fs4f1o тора 9симметричнаотносительно первогои фазовый дискриминатор работает в режиме 10 второго входов, его работа при fa аналогичсравнения частот, выдавая на выходе посто- на с той лишь разницей, что на его выходе янные сигналы логического нуля ("0") при устанавливается сигнал "Г, соответствуюfa>f1p или единицы ("1") при fs

Рассмотрим работу фазового дискрими- В режиме фазового сравнения, когда ф= натора в режиме сравнения частот при 15 f1o, происходит чередование импульсов час 8> т10 тот fa u fg на входах дискриминатора, а на

Пусть в исходном состоянии на выходах его выходе имеет место широтно-импульстриггеров 17, 19 и прямом выходе триггера ный сигнал (см.фиг.3, участок А, где цифра8 присутствуют сигналы "0". Сигнал "0" на ми обозначены сигналы на выходах третьем входе фазового дискриминатора 9, 20 соответствующих элементов фиг,2, причем соответствующий команде на разрешение цифрой 18 обозначен сигнал на прямом вывращения электродвигателя 1, разрешает ходе триггера 18). прохождение сигналов через элементы При этом импульс fa переводит триггер

ИЛИ 15 и 16. При этом после прихода под- 17 из исходного состояния в состояйие "1". ряд двух импульсов fa, так как fa>f1o, на 25 На выходе элемента И 20 устанавливается выхода триггера 17 и прямом выходе 18 ус- так>ке сигнал "1", поскольку на его втором танавливаются сигналы "1". На выходе зле- входе присутствовал сигнал "1", прохо яента И 20 и втором. входе триггера 17 щий через элемент ИЛИ 15 с инверсного д устанавливаются сигналы "0", поэтому при- выхода триггера 18, который находился в ход следующих импульсов fa не изменяет 30 исходномсостоянии("0" на прямом выходе), состояние триггеров 17 и 18, Появление сигнала "1" на .выходе элеЕсли в промежутке времени между им- мента И 20 приводит к сбросу триггера 17 в пульсами задания приходит импульс обрат- состояние "0" и установке триггера 18 в соной связи f1o. в состояние "1" стояние "1", На инверсном выходе триггера переключается триггер 19, на выходе эле- 35 18 устанавливается сигнал "0", а на выхо е мента И 21 появляется сигнал "1", который элемента ИЛИ вЂ” НЕ 14 — сигнал "1", соответсбрасывает триггеры 19 и 18 в состояние ствующий включению силового преобразвателя 2 и подаче напряжения на

Установление сигнала "1" на инверсном электродвигатель 1. выходе триггера 18 одновременно приводит 40 Приход затем импульса обратной связи к появлению сигналов "1" на выходах в со- f1o приводит к появлению сигнала "I"

I I I I на стояние 0 и возврату триггера 18 в состо- выходах триггера l9 и элемента И 21 и пояние "1". При этом на инверсном выходе следующему сбросу триггеров 19 и 18 в сотриггера 18 кратковременно появляется ко- стояние "0", На выходедискриминатора при роткий импульс, длительность которого рп- 50 этом устанавливается сигнал "1", соответст-. ределяется быстродействием используемых вующий торможению электродвигателя 1, элементов и составляет, например, для се- Таким образом, в режиме фазового рии К155 не более 30 — 40 йс. Импульсы такой сравнения при чередовании импульсов Ц и малой длительности не оказывают влияния f1p триггер 18 переключается каждым имна работу привода, поэтому можно считать, пульсом fa в состояние "1", а каждым имчто сигнал "0" на выходе фазового дискри- 55 пульсом f1o — в состояние "0". Триггеры 17 и минатора не изменяется. 19 при этом переключаются из исходного

Следующий за импульсом f1o импульс fa состояния "0" в состояние "1" лишь краткоустанавливает триггер 17 в состояние "1", временно. поскольку fa>f1o. При этом состояние эле- При поступлении сигнала на останов ментов фазового дискриминатора сооТВеТ- двигателя (см. фиг.2, участок 5), когда с ши-. ствует описанному выше после прихода ны управления 11 поступает на вход триггеподряд двух импульсов fa. Таким образом, ра 12 сигнал "0", первый импульс fa при fa>f1p на выходе дискриминатора уста- устанавливает на выходетриггера 12 сигнал

1786630

"1". Поэтому на выходе элемента ИЛИ-НЕ

14 устанавливается сигнал "0" и закрывается силовой преобразователь 2, а электродвигатель 1 тормозится до нулевого значения частоты вращения, Тот же сигнал с триггера 12 разрешает формирование коротких импульсов сброса делителя 8 одновибратором 13 и приводит к,запрету прохождения сигналов с триггера 18 через элементы ИЛИ 15, 16 и появлению на их выходах сигналов "1", Именно поэтому становится невозможным режим частотного сравнения дискриминатора 9, Это значит, что при любом соотношении частот f8 и <1о на выходе дискриминатора 9 присутствует широтно-импульсный сигнал. Импульс частоты f1o приводит к формированию короткого импульса на выходе одновибратора 13 и сбросу делителя 8. Поэтому следующий после сброса делителя 8 импульс f8 приходит на вход дискриминатора 9 через проме>куток времени, равный периоду T8=1/f8.

Если на первый вход дискриминатора 9 пришло подряд два или большее число импульсов f8, в МОмЕнт прихсда каждОга импульса на выходе элемента И 20 формируются короткие импульсы, а на инверсном выходе триггера 18 сохраняется сигнал "0".

В то же время появление первого >ке . импульса f1o на втором входе дискриминатора 9 приводит к формированию на выходе элемента И 21 короткого импульса, который устанавливает на инверСном выходе триггера 18 сигнал "1" (см, фиг.2, участок В), Таким образом, во время действия сигнала запрета ("0" — на выходе шины управления 11) делитель 8 синхронизируется импульсами частоты обратной связи f1o, При поступлении команды на пуск электродвигателя (сигнал "1" на выходе шины управления 11) первый импульс частотой f8 устанавливает на выходах триггеров 12 и 18 . сигналы "0" (см, фиг,2, участок Г), При этом запрещается работа. одновибратора 13, э сигнал "0" с выхода триггера 18 приводит к появлению сигнала "1" на выходе элемента

ИЛИ вЂ” НЕ 14, включению силового преобразователя 2 и подаче напряжения на электродвигатель 1, Следующий затем импульс f1o устанавливает на инверсном выходе триггера 18 сигнал,"1", что приводит к снятию напряжения с электродвигателя 1.

Относительная длительность импульсов управления электродвигателем 1 -pj в момент пуска определяется как

)Ъ =(Т10 Т8)/Т8,, (2) где Тго — период частоты 11о.

Так как T1o=f 1о и T8=f 8, а двигатель 1 еще не начал движение, т.е. в момент пуска

f1o=f5, то получаем 8 5

5 (3) или с учетом (1)

Яз Р

2 Ю 5

Поскольку у определяет среднюю ве"0 личину напряжения, подаваемого на электродвигатель 1, из (4) следует, что на двигатель в момент пуска напряжение подается пропорциональное заданному значению частоты вращения. Очевидно, что, чем меньше величина заданной частоты вращения, тем меньше напряжение подается на электродвигатель 1 при его пуске и тем меньше величина рывка. В дальнейшем длительность сигнала с выхода дискриминатора 9 начинает увеличиваться и при достижении током якоря электродвигателя

1 величины, соответствующей моменту статического сопротивления на его валу, последний приходит в движение.

Если задана большая величина частоты вращения, значение у9 быстро становится равным единице, а так как на третьем входе дискриминатора 9 присутствует сигнал "0", то дискриминатор 9 переходит в режим частотного сравнения.

Максимальная величина задержки начала движения вала двигателя относительно . момента поступления команды разрешения с шины управления для привода со следующими параметрами — диапазон регулирования частоты вращения 10:1; Р=10; f5=1000

4.

Гц — не превышает 0,5 — 1 с при отсутствии бросков момента и перерегулирования частоты вращения, 40 Формула изобретения

Электропривод постоянного тока, содержащий последовательно соединенные генератор опорной частоты, первый делитель частоты, согласующий элемент, сель45 син, установленный на . валу электродвигателя, якорная обмотка которогб подключена к выходу силового преобразователя, а измерительная обмотка сельсина подключена к входу формировате50 ля, выход генератора опорной частоты через последовательно соединенные блок задания и второй делитель подключен к первому входу частотно-фазового дискриминатора, отличающийся тем, что. с целью

55 улучшения качества регулирования при пуске электродвигателя на малые частоты вращения, в него введены первый триггер. одновибратор, элемент ИЛИ-НЕ и шина управления, а частотно-фазовый дискрими1786630

10 натор выполнен в виде трех триггеров, двух элементов И и двух элементов ИЛИ, причем второй вход дискриминатора соединен с выходом формирователя и входом запуска одновибратора, выход которого подключен к 5 второму входу второго делителя. а вход управления соединен с выходом первого триггера, первым входом элемента ИЛИ-НЕ, включенного между входом силового преобразователя и выходом частотно-фазового 10 дискриминатора, и с третьим входом частотно-фазового дискриминатора, к которому подключены первые входы элементов ИЛИ, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго 15 элементов И, а вторые входы элементов

ИЛИ соединены с инверсным и прямым выходами второго триггера, первый и второй входы которого соединены с первыми входами третьего и четвертого триггеров и выходами первого и второго элементов И соответственно, в то время как вторые входы первого и второго элементов И подключены к выходам третьего и четвертого триггеров, вторые входы которых являются первым и вторым входами частотно-фазового дискриминатора, выход которогО соединен с инверсным выходом второго триггера, а первый входспервым входомпервоготриггера, квторому входу которого подключена шина управления.

1786630

О о0 с"

° с1 706630

Составитель М.Фалеев

Техред М.Моргентал Корректор Н,Милюкова

Редактор Б.Федотов

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

Заказ 255 Тираж Подписное

БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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