Синхронизированный бесконтактный электропривод постоянного тока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

1!!!73!521

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.11.77 (21) 2547222/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень ¹ 16 (45) Дата опубликования описания 30.04.80 (51) М. Кл.-"

Н 02 К 29/02

Государственный комитет (53) УДК 62-83:621. .313.2-52 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобетения

Б. П. Берзин, М. А. Зубов, T А. Куличенко и В. Б. Никулин

Рязанский радиотехнический институт (71) Заявитель (54) СИНХРОНИЗИРОВАННЪ|Й БЕСКОНТАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к бесконтактным двигателям постоянного тока со стабилизацией частоты вращения и может быть использовано для уменьшения пульсаций синхронной скорости и расширения диапазона регулирования.

Известно устройство для синхронизации электродвигателей постоянного тока, содержащее полупроводниковый коммутатор и подключенный к его входу своим выходом фазочувствитсльный триггер, к двум входам которого подсоединен датчик скорости вращения и генератор синхроимпульсов (1).

Известен также бесконтактный электродвигатель постоянного тока со стабилизацией скорости, содержащий полупроводниковый коммутатор, управляемый одновременно трансформаторным датчиком положения ротора и вспомогательным кольцевым коммутатором, подключенным к источнику опорной частоты (2).

Недостатками известных устройств является узкий диапазон синхронизации и наличие нестаоильности средней скорости, что обусловлено низкой частотой переключения секций силовой обмотки двигателя и малой скважиостью импульсов питающсго напряжения в установившемся режиме.

Кроме того, известно устройство для синхронизации бесконтактного электродвпгателя постоянного тока, содержащее коммутатор, подключенный к одному из его входов своим выходом фазочувствительный триггер в управляющей цепи, к двум вхо5 дам которого подключены датчик скорости вращения и генератор спнхроимпульсов, а также последовательно соединенные фильтр и формирователь импульсов с управляемой относительной длительностью, включенные

10 между выходом фазочувствительного триггера и коммутатором (3).

Данное устройство является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату.

15 Недостатком известного устройства является необходимость выбора достаточно большого значения коэффициента передачи контура, состоящего из фильтра и формирователя импульсов. В противном случае

20 существенно затягивается время переходного процесса, либо привод может не войти в синхронизм, что обусловлено появлением дополнителbHûõ провалов момента в переходном режиме, число которых возрастает

25 по мере уменьшения коэффициента передачи.

В результате такого подхода к выбору коэффициента передачи корректиру!ощего контура эффект регулирования напряжения

30 двигателя проявляется лишь при незначи731521 тельной величине относительной длительности разгоняющих импульсов (у(0,5) вне зависимости от уровня синхронизируемой скорости, ввиду чего пульсации установившейся частоты вращения двигателя в области малых скоростей (у) 0,5) могут достигать значительной величины.

Цель изобретения — уменьшение величины пульсаций частоты вращения в установившемся режиме.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены гослсдовательно соединенные логическая схема, на два входа которой подключены выходы генератора синхроимпульсов и импульсного датчика частоты вращения, триггер со счетным входом, схема совпадения, генератор пилообразного напряжения, компаратор, счетчик импульсов, на вход установки нуля которого подключен выход логической схемы, преобразователь кода в напряжение, широтно-импульсный модулятор и ключевое устройство, подключенное па вход полупроводникового коммутатора, причем на второй вход ключевого устройства подсоединен единичный выход фазочувствительного триггера, нулевой выход которого подключен к второму входу схемы совпадения.

На фиг. 1 изображена функциональная схема синхронизированного бесконтактпого электропривода постоянного тока; на фиг. 2 — эпюры напряжений па элементах устройства, поясняющие ego работу до срабатывания логической схемы и после него.

Привод содержит бесконтактный двигатель 1 постоянного тока с полупроводниковым коммутатором 2 и фазочувствительпый триггер 3, к двум входам которого подключены генератор 4 синхроимпульсов и импульсный датчик 5 частоты вращения, укрепленный на выходном валу двигателя 1.

Выходы генератора 4 синхроимпульсов и импульсного датчика 5 частоты вращения соединены также с входами логической схемы б, выход которой подключен к последовательно соединенным триггеру 7 с счетным входом, схеме совпадения 8, генератору 9 пилообразного напряжения, компаратору 10, счетчику 11 импульсов, вход установки нуля которого соединен с выходом логической схемы б, преобразователю 12 кода в напряжение и широтно-импульсному модулятору 13, выход которого подсоединен к входу ключевого устройства 14, подключенного к входу полупроводникового коммутатора 2. На второй вход ключевого устройства 14 подсоединен единичный выход фазочувствительного триггера 3, нулевой выход которого подключен к второму входу схемы 8 совпадения.

Устройство работает следующим образом.

На единичный и нулевой входы фазочувствительного триггера 3 поступают сигналы U и U> (см. фиг. 1, 2) генератора 4

55 ьо

65 синхроимпульсов и импульсного датчика 5 частоты вращения. Эти же сигналы воздействуют на входы логической схемы б, которая вырабатывает выходной импульс при трехкратном подряд чередовании фаз импульсов U и U>, что является критерием установившегося режима работы привода, а также при любом сбое чередования фаз импульсов U(H Ug.

В переходных режимах на выходе триггера 7 присутствует нулевой потенциал, а счетчик 11 обнулен, поэтому схема совпадения 8 со стороны триггера 7 закрыта и импульсы напряжения U4 на ее выход не проходят, а на выходе преобразователя кода в напряжение 12 (напряжение снимают с инверсного выхода преобразователя 12) имеем напряжение U>, соответству.ющее максимальной относительной длительности импульсов Uq, равной единице на выходе широтно-импульсного модулятора 13.

В результате разностные импульсы U3 с единичного выхода фазочувствительного триггера 3 проходят через ключевое устройство 14 без искажения формы и воздействуют в дальнейшем через полупроводниковый коммутатор 2 па бесконтактный двигатель 1, который начинает набирать скорость, втягиваясь в синхронизм. Установившийся режим работы. привода изображен па фпг. 2,а временными диаграммами.

При появлении импульса на выходе логической схемы б триггер 7 переходи r в состояние единицы, и импульсы напряжения

U4 с нулевого выхода фазочувствительного триггера 3 проходят на вход генератора пилообразного напряжения, определяя своей длительностью момент запуска и прекращения генерации линейпо возрастающего выходного напряжспия Us. Напряжение Ua поступает на вход компаратора 10, имеющего. определенный порог срабатывания

U»z. Если за время действия импульса U4 линейно возрастающее напряжение генератора 9 превысит значение Ь „,р, то происходит срабатывание компаратора 10, формирующего импульс напряжения U<, который далее поступает в счетчик 11 импульсов, записывая в его младший разряд единицу.

Выходной код счетчика 11, воздействуя на преобразователь 12, приводит к изменению уровня его выходного напряжения U (см. фиг. 2,б), ввиду чего относительная длительность импульсов Uz на выходе широтно-импульсного модулятора 13 уменьшается. В результате на ключевом устройстве

14 происходит модуляция очередного импульса Uq, что приводит к расширению импульса управляющего напряжения Ug u смещению фазы сигнала U, по отношению к U< на величину, пропорциональную относительной длительности напряжения Uq в пределах зоны фазового регулирования.

Поэтому очередной импульс напряжения

U4 имеет меньшую длительность по срав731521 нению с предыдущим. Далее процессы в приводе протекают аналогично до тех пор, пока за время существования импульса U4 выходное напряжение генератора 9 пилообразного напряжения не сможет превы- 5 сить порогового напряжения У„,р компаратора 10. В этом случае импульс Ut; отсутствует и состояние счетчика 11, а следовательно, уровень выходного напряжения

U7 преобразователя 12 и значение относи- 10 тельной длительности напряжения U8 на выходе широтно-импульсного модулятора

13 остаются неизменными. При этом управляющее напряжение Ug принимает вид широтно-импульсного сигнала (см. фиг. 2,б) 15 с относительной длительностью, которая с точностью до значения конечного временного интервала напряжения U4 равна относительной длительности напряжения U> до введения коррекции. 20

Значение конечного временного интервала U4 не может быть сведено к нулю, определяется в каждом конкретном случае параметрами привода (зоной его устойчивого фазового регулирования) и обеспечи- 25 вается в схеме выбором соответствующих значений напряжения U„,ð и крутизной генератора 9 пилообразного напряжения. Несущая частота широтно-импульсного модулятора 13 может быть выбрана достато шо 30 высокой, исходя пз фильтрующих свойств двигателя, При скачкообразном изменении внешнего нагрузочного момента или уровня синхронизируемой скорости происходит сбой в че- 35 редовании фаз Ut, U>, и на выходе логической схемы 6 формируется импульс, переводящий триггер 7 в состояние ноль и обнуляющей счетчик 11. При этом относительная длительность импульсов U8 на вы- 40 ходе широтно-импульсного модулятора 13 принимает значение единицы, импульсы U4 через схему 8 совпадания не проходят, и привод работает без корректирующего контура, обеспечивая повторное втягивание 45 двигателя 1 в синхронизм, после чего картина регулирования напряжения Ug повторяется.

Таким образом, в устройстве в установившемся режиме корректирующий контур обеспечивает преобразование выходного сигнала фазочувствительного триггера в эквивалентное широтно-импульсное напряжение с большим значением несущей частоты, заполняющее практически весь временной интервал между импульсами синхрогенератора, благодаря чему достигается эффект существенного уменьшения пульсации установившейся частоты вращения, особенно в области малых скоростей и небольших моментов нагрузки.

Число разрядов счетчика 11 (цена его младшего разряда) определяется требуемым темпом ввода корректирующего широтно-импульсного сигнала U8, который не приводил бы к выпадению бесконтактного двигателя 1 пз синхронпзма.

Экономичность привода, компоненты которого могут быть выполнены»а интегральных мнкросхемах, обусловлена низкой стоимостью последних.

Формула изобретения

Синхронизированный бесконтактный электропривод постоянного тока, содержащий бесконтактный двигатель с полупроводниковым коммутатором и фазочувствительный триггер, к двум входам которого подключены генератор синхроим пульсов ti импульсный датчик частоты вращения, установленный на выходном валу двигателя, отличающийся тем, что, с цельюуменьшения пульсаций в установившемся режиме, введены дополнительно последовательно соединенные логическая схема, на два входа которой подключены выходы генератора спнхропмпульсов и импульсного датчика частоты вращения, триггер со счетным входом, схема совпадения, генератор пилообразного напряжения, компаратор, счетчик импульсов, на вход установки нуля которого подключен выход логической схемы, преобразователь кода в напряжение, широтно-импульсный модулятор и ключевое устройство, подключенное на вход полупроводникового коммутатора, причем на второй вход ключевого устройства подсоединен единичный выход фазочувствптельного триггера, нулевой выход которого подключен к второму входу схемы совпадсHt!я.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. В сб.: Электродвигатели малой мощности. Л., Наука, 1971, стр. 138 — 151.

2. Авторское свидетельство СССР

М 284134, кл. Н 02К 29!02, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР № 426285, кл. H 021 29/02, 1974.

731521

U5 фи, 116

Риг. 2

Составитель В, Тарасов

Техред В. Серякова

Корректор А. Степанова

Редактор Н. Катаманина

Типография, пр. Сапунова. 2

Заказ 756/21 Изд. № 279 Тираж 798 Подписное

HHQ «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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