Электропривод постоянного тока
(72) Авторы изобретения
В. И; Стребков и И. В. Булин-Соколов (71) Заявитель (5l)) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА
Изобретение относится к электро- 1 технике, в частности к системам синхронизации скорости электродвигателей постоянного тока.
Известен электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, S подключенный к силовому коммутатору с модулирующим и реверсирующим входа0 ми, датчик скорости электродвигателя, подключенный к входу частотно фазо1О вого дискриминатора, второй вход которого соединен с источником задающей частоты, а выход — через фильтрс входом порогового устройства.
Недостатком электропривода являет15 ся ограниченный диапазон синхрониза-. ции особенно в области низких скоростей электродвигателя.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к вы" ходу силового коммутатора, датчик .скорости электродвигателя, подключенный на вход частотно фазового дискриминатора, второй вход которого, соединен с выходом генератора задающей частоты, а выход через йильтрс входом инвертора, два пороговых устройства, выходы которых соединены соответственно с входом и выходом инвертора, а выходы - с входами схео му ИЛИ и триггера, соединенного прямым выходом с реверсирующим входом силового коммутатора, и задатчик направления вращения электродвигателя.
Возможность изменения в этом электроприводе не только величины, но и знака электромагнитного момента обеспечивает устойчивость регулирования,на всех частотах вращения, включая низкие, вплоть до нуля, что п6еспечивавает широкий диапазон частотного регулирования. Кроме того, обеспечивается возможность регулирования при знакопеременном активном моменте нагрузки во всем диапазоне частот вращения f2).
3 9285
Недостатком данного электропривода! является то, что противовключение на больших частотах врацения приводит к возникновению черезмерно большего тор;мозного момента, величина которого зависит от суммы напряжения питания и ЭД". электродвигателя, что, в свою очередь, вызывает затягивание переходных процессов и даже автоколебания, в данном случае " фазовые. Указанные ..фазовые автоколебания вызывают нестабильность мгновенной частоты вращения, что снижает качество регулирования. Это проявляется на средних частотах вращения при малых моментах ,нагрузки и, особенно на холостом ходу, когда рабочая точка близка к нейтрали и Фазовые флюктуации приводят к пративовключению.
Недостатком известного электропривода является недостаточно высокое качество регулирования на средних час" тотах вращения при малых моментах нагрузки.
Целью настоящего изобретения является повышение качества регулирования.
Поставленная цель достигается тем, что в электропривод дополнительно введены два логических блока, первый из которых содержит преобразователь частоты в длительность импульсов, и двухвходовые логические схемы И-НЕ и
И, а второй - схему НЕ, вторую и третью двухвходовые схемы И и схему ИЛИ, причем первый вход преобразователя соединен с дополнительным выходом источника задающей частоты, второй вход преобразователя - с выходом основной схемы ИЛИ и первым входом первой схемы
И, соединяющейся выходом с модулирующим входом силового коммутатора, вы40 ход преобразователя соединен с первым входом схемы И-НЕ, выход которой соединен с вторым входом первой схемы И, а второй вход - с выходом дополнительной схемы ИЛИ, входы которой соедине- 45 ны с выходами второй и третьей схемы
И, соединяющихся первыми входами с выходами триггера, а вторыми - с выходом и входом схемы НЕ, вход которой соединен также с выходом задатчика 50 направления вращения электродвигателя.
На фиг. 1 представлена схема устройства; на йиг. 2, 3 и 4 - эпюры и характеристики, поясняющие его работу. 55
Электропривод постоянного тока содержит электродвигатель 1 подключенный к нему силовой коммутатор 2, свя
75 4 за нный с валом двигателя датчик 3 скорости вращения, импульсный частотно-фазовый дискриминатор 4, один вход которого подключен к датчику 3 скорости вращения, а другой вход импульсного частотно-фазового дискриминатора соединен с выходом генератора 5 задающей частоты. Выход дискриминатора подключен к входу фильтра 6, выход которого через инвертор 7 связан с пороговым элементом 8. Дополнительно выход фильтра 6 подключен к входу порогового элемента 9. Выход порогового элемента 8 подключен к первым входам триггера 10 и логической схемы ИЛИ 11, к вторым входам которых подключен выход порогового элемента 9.
Прямой выход триггера 10 подключен к реверсирующему входу силового коммутатора 2. Логический блок l2 составлен из последовательно соединенных преобразователя 13 частоты в длительность импульсов и логических схем
И-НЕ 14 и И 15. Преобразователь 13 может быть реализован, например, последовательным соединением преобразователя частоты в аналог и широтноимпульсного модулятора.
Вход преобразователя l3 подключен к дополнительному входу блока 5 задания скорости вращения, один из входов схемы 15 и синхронизирующий вход преобразователя 13 подключены к выходу логической схемы ИЛИ 11, а выход схемы И 15 подключен к модулирующему входу силового коммутатора 2. Задатчик 16 направления вращения электродвигателя подключен к входу логического блока 17, состоящего из логической схемы НЕ 18,второй и третьей схем И 19 и 20, первые входы которых подключены к выходам схемы НЕ 18 и задатчика 16, а вторыесоответственно к прямому и инверсному выходам триггера 10. Вход преобразователя 13 подключен к дополнительному выходу генератора 5 задающей частоты. Один из входов логической схемы И 15 и синхронизирующий вход преобразователя 13 подключены к выходу логической схемы ИЛИ 1 1, а выход логической схемы И 15 подключен к модулирующему входу силового коммутатора 2. Задатчик 16 направления вращения электродвигателя подключен к входу логического блока 17, состоящего из логической схемы HE 18, второй и третьей логической схемы И 19
928575
5 и 20 ° Первый вход логической схемы
И 19 подключен к выходу логической схемы НЕ 18, а первый вход логической схемы И 20 соединен с выходом эадатчика 16 направления вращения электродвигателя. Второй вход логической схемы И 19 подключен к прямому, а второй вход логической схемы И 20 - .инверсному выходам триггера 10. iî
Логический блок 17 содержит дополнительную логическую схему ИЛИ
21, входы которой подключены к выходам логических схем И 19 и 20,. а выход - к второму входу схемы И-НЕ 14. is
Электропривод работает следующим образом.
Частота выходного сигнала датчика 3 определяется зависимостью ; «у1» (1) где Юо - опорная частота;
F>> - частота вращения; р — коэффициент, знак которого определяется направлением вращения.
Отсюда следует
Ж - о (2) где - 4)aaa выходного сигнала
3 датчика;
4. - угловое положение ротора; 3В то — Ъаза опорного сигнала.
Такой сигнал обеспечивает высокую частоту поступления информации об уг- ловом положении и скорости вращения ротора s неограниченном диапазоне
33 скорости вращения, в том числе и при
ВР
Сигналы от датчика 3 скорости вращения и генератора 5 .задающей частоты 40
Г поступают на входы дискриминатора
4. 8 режиме фазовой автоподстройки поддерживается равенство входных частот 13 дискриминатора, т.е. Ъ= fO 9" Вр= 43 отсюда
1-. =+ ь о вр= - (3)
Импульсный частотно-фазовый дискриминатор 4 имеет логический вход. 8 режиме частотного сравнения сигналов характеристика дискриминатора релей" ная при Г4 q < 4ч на выходе при Г,, ) Е4,„ на выходе 0 (4)
ss где ". 4 < - ч.густота сигнала на первом входе дискриминатора;
Е4 - частота сигнала на втором входе дискриминатора.
В режиме фазового сравнения выходной сигнал. дискриминатора представляет собой последовательность импульсов, соответствующих логической единице с частотой f и коэффициентом заполнения К <, пропорциональными раэности фаз сравниваемых сигналов
Импульсный выходной сигнал дискриминатора поступает на фильтр 6, основным элементом которого является интегрирующее RC-звено. Поэтому выходной сигнал фильтра имеет пилообраэйую форму с постоянной составляющей, пропорциональной величине К íà его входе. Выходной сигнал фильтра 6 пос тупает на инвертор 7. Прямой и инвертированный сигналы фильтра поступают на пороговые элементы 8 и 9. В результате воздействия пилообразного сигнала на пороговый элемент на его выходе формируются прямоугольные импульсы, коэффициент заполнения которых (Крр, K q) зависит от постоянной составляющей пилообразного входного сигнала и, таким образом, от К р и, в конечном счете, от разности фаз входных сигналов дискриминатора фиг.2) Статические характеристики, определяющие зависимость выходных сигналов пороговых элементов от разности фаз сигналов на выходе дискриминатора представлены на фиг. 3.3а счет наличия инвертора 7 эти характеристики имеют участки с противоположными наклонами, а пороги элементов 8 и 9 настраиваются, например, так, что наклонные участки имеют на фазовой оси (оси абсцисс) общую точкуУ) . 8 этом случае, при фиксированном положении рабочей точки на фазовой оси, срабатывает только один иэ двух пороговых элементов. Выходные сигналы пороговых элементов 8 и 9 поступают на логическую схему ИЛИ 11, коэффициент заполнения выходного сигнала которой Ку,и имеет зависимость, представленную на фиг.3. Выходные сигналы пороговых элементов 8 и 9 поступают так же на раздельные входы триггера 10 и устанавливают его, соответственно ь состояние 1 или О. Выходной. сигнал схемы ИЛИ 11 через логический блок 12 поступает на модулирующий вход силовосо коммутатора, а выходной сигнал триггера 924575 Таблица 1 Реверсирующий вход Правое направление вращения Левое направлени.е вращения Модулирующий вход 1 ВыклюДинамическое торможение р5 М < 0 чено М=Î ВыключеДинамическое торможение М < 0 ние Противо- Прямое включе- включение ние M ) 0 М < 0 Таблица 2 Направление Прямой вход триггера 10, вход И 19 Инверсный Выход задатчика направления вращения 16 Выход схемы 17 вращения выход триггера 10, вход И 20 0 Правое 0 1 0 1 10 поступает на реверсирующий вход силового коммутатора 2. Воздействие на электропривод сигналов модулирующего и реверсирующе- 5 го входов силового коммутатора определяется таблицей. 1 Прямое Противовключе- включение ни"- М <0 20 М T 0 При увеличивающейся нагрузке электродвигателя (М О) создается мо40 мент в направлении вращения,. а при уменьшающейся (М < 0)создается тормозящий момент. Регулирование момента осуществляется изменением коэффициента заполне45 ния импульсов логической 1, следуюцих с частотой 4 и 1. Положительный момент создается при чередовании прямого включения и выключения, а отрицательный момент - при чередовании противовключения и динамического тор50 можения. Рассмотрим далее работу электропривода, например, при заданном правом направлении вращения. В этом случае, рабочая точка находится справа от нейтральной точки К (фиг. 3). При малом моменте нагрузки рабочая точка близка к и фазовые флюктуа8 сии, возникающие под воздействием .возмущающих факторов, могут переводить ее на участок левее точки что приводит к переключению триггера 10 в состояние О. При этом на относительно низких частотах вращения осуществляется противовключение. Однако на средних частотах и выше, торможение, возникающее при противовключении, может оказаться черезмерно большим, что ухудшает качество регулирования, Поэтому в предлагаемом устройстве введено автоматическое регулирование.противовключения и тем самым тормозного момента в зависимости от частоты вращения. Это осуществлено с помощью логических блоков 12 и 17, которые работают следующим образом. На вход преобразователя 13 частоты в длительность импульсов поступает сигнал от источника задающей. частоты, которая определяет частоту вращения. Выходные импульсы преобразователя 13 синхронизированы выходным сигналом схемы ИЛИ 11 и имеют длительность, пропорциональную частоте на входе преобразователя. Таким образом, устанавливается соответствие между коэффициентом заполнения импульсов на выходе преобразователя 13 и заданной частотой вращен ГВР К. „, = К(Гвр - (Ь) Импульсы с выхода преобразователя поступают на вход схемы И-НЕ 14 в дальнейшее их прохождение зависит от выходного сигнала логического блока 17, работа которого определяется таблицей. 0 0 1 0 Левое Выходной сигнал логического блока 17 зависит от комбинации сигнало 928575 3 задатчика 16 направления вращения и триггера 1О, т.е. от режима работы электропривода. При помощи включения, т.е. когда, электропривод создает положительный для заданного направления вращения момент, на выходе блока 17 сигнал "0", а после переключения триггера 10 для отрицательного, т.е. тормозного момента, на выходе блока 17 сигнал "1". 10 При сигнале "О" на выходе блока 17 логический блок 12 пропускает без изменения импульсы схемы ИЛИ 11 на модулирующий вход силового коммутатора. Таким образом, в режиме 35 прямого включения блок 12. роли не играет. При сигнале "1" на выходе логического блока 17 открывается прохождение импульсов через схему И-НЕ 14, рв на которой они интегрируются. Инвертированные импульсы поступают Hà схему И 15 и закрывают ее для прохождения выходных импульсов схемы ИЛИ 11 (фиг. 2). 25 Таким образом, сигнал на выходе логического блока 12 определяется следующим образом при К < с К К,„= К + - Е - при К 4 ъ К „„К „ = О, (7) зо где !< „„1 К .„- коэффициенты за+ Щ полнения выходных сигналов схемы "ИЛИ" 11, преобразователя 13 и логического блока 12; К „- определяется зависимостью (6) . Как видно из (6) и (7) в режиме 40 создания тормозного, т.е. отрицательного момента, противовключение может производиться или не производиться, в зависимости от частоты вращения. При 45 отсутствии противовключения отрицательный момент создается динамическим торможением, при этом абсолютная величина момента значительно меньше чем при противовключении. Как видно из фиг. 4, при Г Г отрицательный, т.е. тормозной момент создается чередующимися с частотой модуляции режимами динамического торможения и противовключения, при l Г доля противовключения уменьшается, а при 1: 7 l противовключение полностью прекращаемся и тормозной момент созда". ется только динамическим торможением. Для некотм ого фиксированного значения Г ð< зависимость М(Я представлена на фиг. 4. Соответствующей реализацией зависимости (6) осуществляется необходимая зависимость противовключения и ди" намического торможения от частоты вращения (фиг. 4). Характеристики (фиг. 3) относятся к случаю правого направления вращения; При левом направлении вращения хараКТер сТ К Оых будут симметричны характеристикам правого вращения с вертикальной осью симметрии, проходящей через точку E Предлагаемое устройство позволяет ввести автоматическое регулирование тормозного момента в зависимости от частоты вращения, что позволяет повысить качество регулирования при малых моментах нагрузки и расширить функциональные возможности электропривода. формула изобретения Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к выходу силового коммутатора, датчик скорости вращения электродвигателя, подключенный на один вход частотнофазового дискриминатора,второй вход которого соединен с выходом генератора задающей частоты, а выход через фильтр - с входом инвертора, два пороговых элемента, выходы которых соединены соответственно с вхо, дом и выходом инвертора, а выходы " со входами схемы ИЛИ и триггера, соединенного прямым входом с реверсирующим входом силового коммутатора, и эадатчик направления вращения электродвигателя, о т л и ч а ю щ и и -. с я тем, что, с целью повышения ка чества регулирования, в электропривод дополнительно введены два логи- ческих блока, первый из которых содержит преобразователь частоты в длительность импульсов и двухвходовые схемы И-НЕ и И, а второйсхему НЕ, вторую и третью двухвходовые схемы И и схему ИЛИ, причем первый вход преобразователя соединен с дополнительным выходом генератора задающей частоты, второй вход преобразователя - с выходом основной схемы ИЛИ и первым входом пер" вой схемы И, соединенной выходом с модулирующим входом силового ком мутатора, выход преобразователя 9 8575 Е, е11 соединен с первым входом схемы И-Н выход которой соединен со вторым входом первой схемы И, а второй вход-- с выходом дополнительной сх мы ИЛИ, входы которой соединены с выходами второй и третьей схем И, соединенных первыми входами с выходами триггерами, а вторыми соответственно - с выходом и входом схемы НЕ, вход которой соединен с выходом эадатчика направления вращения электродвигателя. 12 Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе 1. Статья Ларионова 8.8. и Федорова В.В. Способ коррекции .синхрониэированных бесконтактных двигателей постоянного тока. Сборник Электронная техника в автоматике, под ред. Ю.И.Конева, вып. 9, И., "Советское радио", 1977. 10 2. Авторское свидетельство СССР . по заявке Г 2641372707, кл.Н 02 Р 5/06, 1978. 13код.ф Ии3 Выищи t" Выход lupi/ 8» nl> РФ/ХЮЗу 0 иихф, 1 113 Epee<>< 0 higoz11t ® Ю! 0 16 Составитель В.Самохин Редактор Н.Воловик Техред Т. Фанта Корректор, И.Иуска с » «е ю» «« » » Заказ 3278/72 Тираж 7l9 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий . 113035, Москва,. Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5 Ф» » Ю»» Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
