Устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя

 

1 :

<. ri

ОПИСА

ИЗОБРЕТЕ

К АВТОРСКОМУ СВИД

Союз Советски к

Социалмсткческнк

Республик (61) Дополнительное к авт. свнд (22) Заявлено07,04,77(21) 2 с присоединением заявки РЙ— (23) П рноритет

Опубликовано 25.05.80.

Дата опубликования опис

51)M. Кл.

Н 02 P 5/06

Гевударстввнный камнтет да делам наабратеннй н открытнй

З) > К 821.З16, .7 18.5 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. П, Лянзбург и А. А Шароглазов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТ ВО ДЛЯ СТ АБИЛИЗАЦИИ СКОРОСТИ

ВРАШЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу с широким диапазоном изменения скорости врашения двигателя, например, по управляюшему сигналу.

Известны аналогичные устройства, 5 относяшиеся по принципу действия к астатическим системам регулирования скорости электродвигателя с фазовым управлением 1,1). Недостатки их обуслов

10 лены дискретностью фазового регулятора.

В области номинальных скоростей эта дискретность мало сказывается на ра6оте электропривода, так как электромагнитная и электромеханическая постоянные времени значительно больше интервала дискретности. Однако в области низких скоростей (0,1-1) об/мин вал двигателя поворачивается скачкообразно и наблюдаются сбои в работе фазорегулятора

Наиболее близким к изобретению по технической сушностн является устройство для стабилизации скорости врашения

2 электродвигателя, содержашее блок управления скоростью, входы которого подключены к источнику управляюшего сигнала и датчику положения ротора, и блок регулирования напряжения, двигателя (2).

Недостатком этого, устройства заключается в ограниченности диапазона регулирования скорости

Бель изобретения — расширение диапазона регулирования скорости двигателя.

Это достигается тем, что в блрк управления скоростью известного устройся, ва введены входной преобразователь, демодулятор, две пары дифференцируюших цепочек, две схемы задержки, два триггера, две пары схем, совпадения. два сумматора и схема вычитания, входы которой соединены с выходами сумматоров, а выход - со входом блока регулирования напряжения двигателя, причем выходы входного преобразователя и демодулятс p& соединены со входами первой пары схем совпедения через первую пару дифференцируюших цепочек, со входами первого триггера — через схемы =="ядер;-.В?с:; и Вторую лару диф@еленцируюших непочек и со входами сумматоров, Вторые Вхоссь? которых соединены с выходами первого триггера через первую пару схем сов(1Я=

5 дения, второй триггер и вторую пару .=хг;1 совпадения, соединяюшуюсч другими Вхо дами с выходами первого -pигггря„

На фиг. 1 приведена структур?1ая схема устройства; не фиг 2-4 — диаграммы напряжений.

Устройство содержит электродвига-тель 1 с датчиком 2 положения рот(.оря« питаюшийся от блока 3 регулироваеля напряжения, и блок управления скоростью двигаталя, входы которого подсоеди лены к источнику у(правляюшего сигнале и датчику 2, а выход соединен со В,до, блока регулирования напряжения дви Гстеля. ((Елок управления скоростью двигателя содержит Входной преобразоветапь демодулятор .5, первую пару дифференци-руюнц1х цепочек 6 и 7, схемы 8 и 9 задержки, вторую пару дифференцируюших цепочек 10 и 11, первый триг:;ер

12, первую пару схем 13 и 14 совпадения, второй триггер 15, Втору:-= перу схем 16 и 17 совпадения,, две сумматоре 18 и 19 и вычитятапь 20, Входы Вычитятеля 20 соединены с Выходами су-;.<«= маторов 18 и 19, а Выход — со Входок-;. блока 3, Выходы входного прсобразова«вЂ” теля 4 и демодуляторе 5 соединены че=рез дифференцируюшиг цепочки 6 и 7 ср входами схем 13 и 14 через схемы 8 и 9 и дифференцируюшие цепочки сС и 11 со Входами триггера 12 и непо.— ( редственно со Входами сумматоров 18 и 19, вторые входы которых соединены через схемы 16 и 17, триггер 15 и схемы 13 и 14 с выходами триггере

1 2> соединенными TQKK2 с д}гугими ь. . одами схем 16 и 17.Рассмотрим вначале работу двух ужом входного преобразоветапя 4 и линейного датчика 2 положения роторе с демодулятором 5. Первый узел представляет собой преобразоветапь непря50 жения в частоту, основанный не интегрирОвании ВходноГО сигнале HB еГО Вьгх.,=-де формируется напряжение пилообр- -,,?Ой ф рм ОО„. c à импуьсoD напряжения пропорциональна величине "- а текУшее значение напРЯжгниЯ }.}„а с-В;.— зано с }}„ через интеграл Ц „=,,}??

Линейный датчик 2 положе;- ротора представляет собой редуктосиь-.",. раббота?с8 4 щий В фазовок. режиме,. т.- е(, фазе eI-o

В«(:Хс(.. 1ЭГО НЕГ:ВЯЖЯ?П?Я ПЕРЕМВННОГО TGKB . < ;;;. G:"IIHPHÂËÜHß. УГЛ ((ПОВООО: Я РОТОРЕ., Не:, . (,:, г -едуктосиь?е Вкг ю(ггн;(}ем дулят(О}- .".с Осгпй преобее,(((.«1 сдвиг фа зьг .1ь?хо:.л:.С?с —:(впряжен? " .относит ль-но

; по .": ого В -=::-,пряженн постоянного токе. .}(.е Вьс:.:-..".:-. Дг;:; одуляторе 5 при пово= рот -. роторс редуктос ина формируется .-:P., ":::I.:«.Ие посто.1нногс токЯ }}ос, . 3B:.,: —.-ПН7 которого ?7}1огп?рцион: (1ьна углу г.овороте и скачкообразно умегсьлается дг; нуля пр: переходе через нулевое по p(v; I?HH p р-горя о едукт, сина., 1 Яким с бг Я Ом:1а Вьп:.одах преобреООБ Яг еля w и д ем од) лятора 5 форми "- ются и —,:,(1ооорезнь?г напряк;гния частоты кото-:.;-. х соотвгтсву?с" треб емой и дей(:тв? Т-:МЬНОЙ Сп(О})ОСТГ(М ДВИГЕТМ1Я, Е Напряжение ня Вьсходе модуля-.. Ора 5угловп ó положению его роторе.

При скяп(ссоорязном,г-зменении неп-,: = ." ?и;,. lj, „От максимального знание?гия до 11 ля не Выходе дифференпиру1ошей

Вепо-.?i# I 6 формируется короткий cHH."-ðîимггульс U. З17?1.. же перепадом наг.:р -(женин tj,„,„запускается схема 8, которая вь ребатывает узкпй и?а7ульс

НЯП, ((- ж(((1(,: 1! /}И1((4".(((1 ь(11((»?РУЮ цггть . 0 форми::угт по зс(с}нему фронту ! (НЬ. 17).: 1-С(IB ((("-(I",г(»П7 /Т1ЬС1)(I)<, ЕДгР-"

>:; ян?В„е утнос?ст-.-пь; О и(;.ггу:7ь::.- В ? } . на

Врг.;:".

ЪОГ, .(?7а?1оги чно фор сируюсся .ыа1;:,ьс.;1 - с *,с О, Hе Вьгходг диффгргнцн}".у(оиих (; ге((;((е(»: («1 (110 (-((рг(?яду 1»е I}(я ((1(н(1я !

}»} ((117(.уЛЬС Ы 0 r С ВЬСХ ОДЕ ДИф« с})еренц(ир пон?гй це?1очки 1 - сстуг!мх.

Вход я с Выхода дисференпи,,у(ошей цепсчки 1 .. ",.:.:". вход тригГ г",;. " «,:,, Од Возд ей(...»г (зи (I»I э т (1 импуль ,;ОВ;.риггер . 2 пер »лючас.тся: форм«(1ру.-.;. не Вьиода:, напряжени-:=. - -? „H }.?

1? фронты к; .рь1х смещень1 ня Время с с,(7 стнос»(«1.ел :;но Фронтов на(пвягггний ?.} (и

?,) Ë.>. w,- МРП(ЕНИЯ: —. »; @PI «ГЕ:((1;,(1 Г(-УТЬС

Вг ГХ(! ЕМ(-.I С ИМГ! г «ЬСЬ? О. с.

Г,:- ..Стс1?Ц(нс На ВХСп СХЕМ-... „ „ -, „Е СОВ=

НЯНЯ. -; Пс(э?(со?(«1-у на Вц,",(-(д (г схемы 1 4

1I; .-:-.l!Всое;н-:, ". На Вхоп P TnHI»I еря

",(.1? 1:„ I-,, .-".не?1огичца В?(.п7улг сы }} . с Выхода

:=:.=::=,-: 7 HI совпадают Во Времени с

HI.-;гг=.(-самH ... поэтому ня Вход 5 — ( тригг.ре «5 импульсы не подеются и поло» =иие "-того три1-"cpa зависит ст

Прг,:. -; — »1О :: И ЭабОТЬ-. и рОйСтВЯ. ДЛя Са

5 7363 крашения чертеж (см. фиг. 2) импульсы О„, изображены вверх, а импульсы

U вниз относительно оси времени.

Аналогично изображены напряжения U-I > и 0 р 0 и 0 /-/(и Ог г

Пусть, например, в момент времени =O было вкнючено напряжение питания и триггер 16 занимал неблагоприяткое с точки зрения длительности переходного процесса положение, при котором 1( вьщается напряжение О, с инверсного выхода (см. фиг. 2). Так как ка входы R и э импульсы не поступают, то триггер сохраняет свое состояние. Напряжение U подготавливает схему совпадения 16 к открыванию. При поступлении с триггера 12 импульсов напряже/ ния 0„„на выходе схемы совпадения

16 формируются импульсы напряжения О переменной длительности с нормированной амплитудой, равной максил;.".льному значению U напряжений 0 и U, /

Напряжения 0 и UIK суммируются сумматором 18, с выхода которого снимается напряжение U

Так как О г =О, то схема 17 за-! крыта и напряжение U„=O. Поэтому вь.ходкое напряжение сумматора 19

0„=0,, + U„„=U„„, что и показано на фиг,2.

ЗО

Из-за уменьшения фазового сдвига напряжений О// и U о относительная длиос тельность импульсов 0 постепенно ул<енвшается. Вследствие этого среднее значение напряжения U уменьшается, 1 а среднее значение напряжения 0 остаЕтся постоянным. Вычитатель 20 выделяет разность b,0 =- U<- U г напряжений О, и Ог . Из фиг. 2 видно, что напряжения

0„, 0 г имеют зубчатую, а напряжение 0 гладкую форму. В рассматриваемом режиме U > U4 поэтому а0 имеет отрицательную полярность. Выходное напряжение Up блока 3 пропор45 ционально величине ЬU а момент двигателя M в свою очередь, пропорционален напряжению . Знак ве- личин Ор и М совпадает со знаком йО.

Так как 6040, то и М(0, т.е. дви50 гатель развивает тормозной момент. Под действием этого момента скорость двигателя снижается от первоначального значения -Й.. Списанный режим продолжается до тех пор, пока не возникнет

55 ситуация, при которой в промежутке между двумя скачками напряжения 0ос появпяется два скачка напряжения U!„,..и (Ноказано пунктиром ка фиг. 2) в третьем периоде напряже/п1я 0О . При этом

1 между дву мя илпГ. льс ми 0 / с выхода схемы 1 1 проходят два импульса с вы.хода схемы 6 и соответствуюшие им два импульса дифференцируюшей цепочки 10

U с въ:хода, Первый из этих импульсов устанавливает триггер 12 по входу

R, ко не савпада с импульсом U <, а второй импульс 0 совпадает с импульсом U „в момент времени < (пока 2. зано на фиг. 2 вертикальным пунктиром).

При этом на выходе схемы 14 возникает импульс, устанавлива|отий триггер 15 по входу Я, т.=:. в момент времени t триггер 15 переключается, и на прямом въыходе его появляется напряжение

/ а 0-/. становптся равным нуюпо.

Схема 16 закрывается, а схема 17 подготавливается к открыванию и при поступлении очередного импульса 0 . на ее выход" формируется импульс напря/ жения 0„. С выхода сулалатора 19 снимается сул ма напряжений О<= 0 „„+ 01

На выходе сумматора 18 напряжение равРазность напряжений и 0

=U<-U г имеет положительнъй знак и нарастает вследствие увеличения разности фаз Л 1 между напряжениями U„„и

0ос . Напряженке Uð H мсмент М имеют почожит. льный знак,, вследствие чего скорость двигателя возрастает.

Е ; смент времени i разность фаз

А 1 =- 180 + п Hнапряжение 60 скачком уме п,шаетс"., а::;;,тем в ювь нарастает.

Такил: образом. скорость двигатечя плаено подходит к -Do-".K:ó установившемуся зкачекию Я, в мол ент времени 1

На этом заканчивается переходный про- цесс. Ес./:и на- алькое положение триггера 15 будет про",-:Опо/ Ожкъпп рассмст- .

P BHH0I/iV// то С!-О ЮСТЬ С-i" ЗУ НаЧКЕТ ВОЗ

pic aTE От значения Й О и достигнет заданной вели"ины „, за бопее корот"с/ кий промежуток времени, MOM Eíò а времени f, начинается

4 режим стабилизации скорости, при кото рол частоты напряжени!» 0 и

UA равны между собой. Напряжение д0 пропорционмп.-по сдвигу фаз ь /// напряжений U и UО, KQTopbtA зависит От нагрузки двигатс!IH. Например. с возрастанием нагрузки угол //!. М увеличивается, вследствие чего увеличиваотся K U

0 р и N> которыЙ кОмпенсиру ет Нарастание нагрузки двигателя. Следовательно предложенное устройство обеспечивает астатическую стабилизацию скорости относительно напряжения 0 „„

7 73631 а погрешность стабилизации скорости относительно сигнала 0 равна погрешности преобразователя напряжениечастота

Допус Гим, что по каким-спибо причинам в момент времени с скорость двигателя возросла выше значения Л. .

При этом вследствие уменьшения разности фаз b, Ч напряжение а Ч начнет уменьшаться. Если равновесие не восстановится, то наступит ситуация, при которой два скачка напряжения О, последуют в промежутке между двумя скачками напряжения 00„. При этом схема совпадения 13 зафиксирует в момент rs времени 1 6 совпадение импульса Ос с выхода схемы 13 и подает импульс на вход S триггера 15, который переключится. Вследствие этого на выходе схемы 16 формируются импульсы напряжеI ния U длительность которых постепенно возрастает из-за изменения Ь М

Сумматор 18 формирует напряжение 0> а сумматор 19 вырабатывает напряжение 0 = О„„. Так как 0 > U то ЬЧ-U<-U<(OH двигатель тормозится, причем величины 1 и тормозного момента нарастают. Продолжение режима после момента времени 1 7 показано на фиг. 3. Постепенно скорость й. становится ниже стабилизируемого значения, а частота напряжения Uo меньше частоты напряжения U „„и неизбежно возникает ситуация (см. фиг. 3 в четвергом периоде Оо ), при которой между двумя скачками напряжения U „проходит два скачка напряжения U . При этом схема 14 фиксирует совпадение импульсов go и Ц „и переключает триггер

15 в момент времени 4 > . После этого возникнет вышеописанный режим разгона двигателя с последуюшим режимом стабилизации

g$

Рассмотрим режим первоначального пуска двигателя, когда частота f на<Х пряжения Uo намного меньше частоты ос напряжения Uz (см. фиг. 4).

В течение первого периода напряжения

Я

О, размешается несколько периодов напряжения U „„. Триггер 12 уста-. навливается по входу- R в положение выдачи напряжения О,< . Поэтому в конце первого периода напряжения О

5$ триггер 15 устанавливается в положение выдачи напряжения Uz» в результате чего на выходе схемы 17 формируются импульсы напряжения 0 . С выхода

8 8 сумматора 19 снимается напряжение

U = U o+ U, а с выхода сумматора

18 — напряжения U = 0 ° Разность этих напряжений ь О = U <- U в отличие от фиг. 2 имеет не гладкую, а зубчатую форму, поэтому двигатель разгоняется с переменной скоростью до момента времени 1, после которого плавно достигает установившегося значения.

Из сказанного видно, что во всех случаях скорость двигателя установившегося значения, точно пропорционального частоте I „„импульсов выходного напряжения интегрируюшего преобразователя. Скорость двигателя синхронизируется так же, как в известных устройствах частотой, . В отличие от известных в предложенном устройстве имеется синхронизация углового положения ротора с помошью линейного датчика 2 и блока аналого-дискретной синхронизации. Это расширяет диапазон регулирования скс . рости и повышает равномерность врашения вала двигателя.

Формула изобретения

Устройство для стабилизации скорости врашения электродвигатепя, содержашее блок управления скоростью, вход которого подсоединен к источнику управляюшего сигнала и датчику положения ротора двигателя, и блок регулирования напряжения двигателя, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования скорости двигателя, в блок управления скоростью введены входной преобразователь, демодулятор, две пары дифференцируюших цепочек, две схемы задержки, два триггера, две пары схем совпадения, два сумматора и схема вычитания, входы которой соединены с выходами сумматоров, а выход — co входом блока регулирования, напряжения двигателя, причем выходы входного преобразователя и демодулятора соединены со входами первой пары схем совпадения через первую пару дифференцируюших цепочек, со еходами первого триггера — через схемы задержки и вторуго пару дифференцируюших цепочек и со входами сумматоров, вторые входы которых соединены с выходами первого триггера через первую пару схем со;ràäåíèÿ, второй триггер и вторую нару схем совпадения, соединенную другими входами ,= выходами первого триггера.

"иа

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Трахтенберг P. М. Астатические дискретные системы электропривода

9g

v, И

Я

2у с 38318 10 постоянного тока. Электричество М 4, 1972,. с. 47-53.

2,! Авторское свидетельство СССР

34 474891, кл. Н 02 P 5/06, 1971

HHHHHH Заказ 2443/45 Тираж 783 Лоилисис е

Филиал ППИ Патен ., t". Ужгород, уг. Г рсектяая,, 4