Устройство для вычисления статического момента вентильного электропривода

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскими

Социалистических

Республик

<п947880 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 061179 (21) 2838065/18-24 с присоединением заявки 8 (51) М. КЛ.з

0 06 G 7/62

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (З) УДК 681.333 (088.8) Опубликовано 30.0782. Бюллетень ¹28

Дата опубликования описания 30.07.82 (72) Автор изобретения

Ю.Б. Соколовский с

-- 1 (71) Заявитель (54 ) УСТРОИСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКОГО

МОМЕНТА ВЕНТИЛЬНОГО ЗЛЕКТРОПРИВОДА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в широкодиапазонных, быстродействующих вентильных электроприводах постоянного тока.

Известно устройство для определения (вычисления) момента на валудвигателя, в котором при закручивании вала смещаются пластины, закрепленные на нем. При этом изменяется емкость колебательного контура и его резонансная частота, которая пропорциональна моменту на валу. В этом случае статический момент измеряется не непрерывно, а при трогании привода или постоянной скорости вращения (1).

Оцнако точность измерения момента в этом устройстве недостаточно высокая и зависит от механических характеристик, конструкции и геометрических размеров вала..

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, позволяющее определить статический момент на валу двигателя за счет получения текущей информации по скорости и току данного периода и содержащее блок сравнения, сумматор, интеграторы и датчики скорости и тока 12 ).

Однако известное устройство предназначено для электроприводов с небольшим диапазоном скоростей. При большом диапазоне измЕнения скоростей (О > 104) скорость привода принимает пульсирующий и даже прерывистый характер (с частотой пульсаций выходного напряжения вентильного преобразователя). При этом выходной сигнал устройства требует фильтрацию, а при шаговом движении привода известное устройство дает ложную информацию о статическом моменте на

1 5

Цель изобретения — расширение области применения устройства для вычисления статического момента вентильного электропривода за счет обеспечения возможности вычисления в зоне непрерывного, так и прерывистого, шагового вращения (движеният.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее двигатель, вал ротора которого кинематически связан с валом датчика скорости, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, выход которбго через первый интегратор подключен к первому входу сумматора, электрический вход дви947880

1 ! гателя является входом устройства и соединен.с входом датчика тока, выход которого подключен к входу второго интегратора, соединенному с выходом сумматора, выход второго интег ратора подключен к второму входу 5 первого блока сравнения, введены узел формирования сигнала остановки ротора электропривода, квантователи, ключ, блоки фиксации сигнала нулевого порядка и второй блок срав- 10 нения, выход которого чеоез последовательно соединенные первые квантоу Ватель и блок фиксации сигнала нулевого порядка подключен к второму входу сумматора, выход которого явля- 5

1ется выходом устройства и соединен с первым входом узла формирования сигнала остановки ротора электроприэода, второй вход которого соединен с выходом датчика, тока, третий вход узла формирования сигнала остановки ротора электропривода подключен к выходу второго интегратора, через ключ соединенному с входом второго интегратора, управляющий вход ключа подключен к выходу узла формирования сигнала остановки ротора электропривода, выход первого интегратора через последовательно соединенные вторые квантователь и блок фиксации сигнала нулевого порядка подключен к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого интегратора.

Кроме того, в устройстве узел формирования си-нала остановки ротора. 35 электропривода содержит триггер, формирователи импульсов, элементы И, элемент Исключающее ИЛИ, ограничители, выпрямители, инвертор и нульорганы, причем вход первого нуль- 40 органа является третьим входом узла, первым входом которого является вход первого выпрямителя, соединенный с входом второго нуль-органа, выход которого через первый ограничи- 5 тель подключен к первому входу эле мента Исключающее ИЛИ, выход которого соединен с первыми входами элементов II, выход первого нуль -органа через цепочку из последовательно соединенных второго выпрямителя, второго ограничителя и инвертора подключен к второму входу первого элемента.И, выход третьего нуль-органа через третий ограничитель соединен с вторым входом элемента ИСКЛЮ- 55

ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вход третьего нульоргана является вторым входом узла и подключен к входу третьего выпрямителя, выход которого соединен с выходом первого выпрямителя и подклю- 60 чен к входу четвертого нуль-органа, выход которого через четвертый ограничитель соединен с вторым входом второго элемента И, выходы элементов И через формирователи импульсов подключены соответственно к входам триггера, выход которого является выходом узла.

На фиг. 1 показана блох-схема предлагаемого устройства„ на фиг.2 схема узла формирования сигнала остановки ротора электропривода.

В устройстве вал ротора 1 двигателя соединен с валом датчика 2 скорости, а к якорной цепи ротора 1 подключен датчик 3 тока, выход которого соединен с входом интегратора 4, с . ключом 5 (сброса) и с входом узла б формирования сигнала остановки ротора электропривода. Выход интегратора 4 подключен к входу блока 7 сравнения, другой вход которого связан с выходом датчика 2 скорости. Выход интегратора 4 соединен также с одним иэ входов узла б. Выход блока 7 через регулятор 8 подсоединен к входам интегратора 4 и узла б.

Регулятор 8 состоит иэ блока 7 сравнения выход которого подключен к интегратору 9, выход последнего подключен непосредственно к первым входам блока 10 сравнения и сугвгатора 11, а через квантователь 12 и блок 13 фиксации сигнала нулевого порядка к второму входу блока 10. Выход этого блока через квантователь

14 и блок 15 фиксации сигнала нулевого порядка подключен к второму входу сумматора 11.

Узел б формирования сигнала остановки ротора электропривода состоит из следующих элементов: датчика 16 нулевой сокрости, состоящего иэ нуль— органа 17, вход которого подсоединен к выходу интегратора 4, а выход через выпрямитель 18, ограничитель

19 и инвертор 20 — к первому входу элемента И 21, выход которого соединен с первым входом триггера 22 через формирователь импульсов 23, датчика

24 трогания, входы выпрямителей 25 и 26 которого подсоединены к датчику

3 тока и выходу регулятора 8 соответственно, а выходы — через нуль-орган

27 и ограничитель 28 — к первому входу элемента И 29, выход которого соединен через формирователь импульсов

30 с вторым входом триггера 22, датчика 31 раэнополярности моментов, входы нуль-органов 32 и 33 которого подключены к датчику тока 3 и выходу регулятора 8 соответственно, а выходы через ограничители 34 и

35 подключены к элементу ИСКЛЮЧАЮ! (ЕЕ

ИЛИ 36, причем выход последнего подключен к вторым входам элементов

И 21 и 29.

Устройствво работает в двух основных режимах: при непрерывногг вращении вала двигателя (в этом случае ключ 5 (сброса)разомкнут, на выходе узла 6 сигнала U6 = О, т.е. этот узел в первом режиме попросту не

947880

5

;участвует в работе) и при прерывистом шаговом движении (с частотой, соответствующей пульсности вентильного преобразователя, используемого в качестве усилителя мощности), . когда на время остановки ротора двигателя 5 замыкается ключ 5 (сброса) по команде, формируемой на выходе узла б.

Режим такого шагового прерывистого движения возникает в вентильном электроприводе при широкодиапазонном 10 регулировании скоростей (в зоне малых скоростей), особенно при применении высокомоментных двигателей с полым якорем, например в станочном электроприводе с малыми электромеханическими постоянными. В обоих случаях на вход интегратора 4 поступает разность сигналов с выходов датчика 3 тока и регулятора 8 1 9д ) ст м где 1-, К -Д„- си гнал, пропорциона"яд 3 Яд льный якорному току и электромагнитному моменту двигателя

Км3яд )

М - выходной сигнал рестм гулятора, имитирующий сигнал статического момента на модели двигателя.

На выходе интегратора 4 с постоянной интегрирования

К = — >

Т К

{г)

IlVh Е

35 где 11 — коэффициент согласования модели двигателя со структурой реального двигателя и его дат чиков 2 и 3;

Т ц Тм электРОмеханические пОстОя 4() ные модели и реального двигателя; формируется сигнал

М 4 ((3)

О на Выходе блока 7, входного узла регулятора 8 в этом случае получаем разность между скоростным сигналом модели UUq и выходным сигналом датчика 2 скорости

g = Щ) — IIII (И = К g Жд).

Сигнал Мо поступает на вход интегратора 9. Квантователь 12, замыкающийся кратковременно от запаздывающих на (импульсов синхронизации (импульсы синхронизации формируются в в точках естественного зажигания силовой схем преобразователя по рассматриваемой временной оси >, обес- 60 печиВает периодическую фиксацию выходного напряжения интегратора U9(t;)=

U9(T0 i ) в кон е каждого периода синхронизацииТО= ;,„ где а — пульсность преобразователя, на выходе блока 13.

При этом на выходе блока 10 получаем сигнал

uÄ (tÄ+at) =U. (г-+Ы) -U (t- ) при И (й +с}=0 (t ); 0

U„ (t +,} соответствует среднему значению ошибки Ао на (i+1) интервале синхронизации. При замыкании квантователя 14 от импульсов синхронизации среднее значение ошибки Ай, например .на (i+1) интервале синхронизации, пе- редается на блок 15, после чего на блоке 13 с запаздыванием на малое время Г, при кратковременном замыкании квантователя 12 фиксируется сигнал U g (tq+1) =U g(t +1) и, т.д. На сумматоре 11 осуществляется суммирование выходных сигналов блока 15 и интегратора 9. Выходной сигнал сумматора U„ является выходом регулятора 8 (UI =

Мст ) . Этот сигнал поступает в виде отрицательной обратной связи на вход модели ротора, т.е. на вход интегратора 4. При непрерывном вращении ротора на характер вращения влияет среднее значение электромагнитного ,.(двигательного момента, определяемое на некотором постоянном интервале, например на интервале синхронизации.

Такой подход при рассмотрении динамики ротора двигателя соответствует общеизвестной математической модели двигателя постоянного тока.

Однако при перывистом шаговом движении вентильного электропривода в зоне малых скоростей (при диапазоне D = 5 10 — 25. 10 ) меняется динамическая структура двигателя и, математические зависимости между скоростью двигателя и его электромагнитным (двигательным) моментом.

На выходе узла б подаются сигналы

Мст, с выхода регулятора (сумматора 1 ), скоростной сигнал модели

Ш с выхода интегратора 4,а также сигнал пропорциональный электромагнитному (двигательному) моменту litI,= м = м

На вы<оде узла б формируется сигнал U6 управления, поступающий в цепь управления ключа 5 (при единичном сигнале ключ замыкается, а при нулевом — размыкается). Этот сигнал формируется на выходе триггера

22 с разделтными входами, входящего в состав блока б (фиг .2) .

На вход датчика 16 нулевой скорости поступает скоростной сигнал модели ротора ии с интератора 4, котсрый, пройдя нуль-орган 17, через выпрямитель 18 и ограничитель 19 преобразуется на выходе инвертора

20 в логические сигналы (1 при м н "-01 0 при и>м40).

947880

Иа входы датчика 24 трогания, определяющего четко момент трогания поступают сигнал статического момен "

t2 модели 21<-, „,(на выпрямитель 25) и сигнал, пропорциональный электромагнитному моменту двигателя 1 яжк„= 5

N (на выпрямитель 26}, Разнополярные вйходные сигналы этих выпрямителей сравниваются на входе нуль-органа 27 и поступают на ограничитель 28.

На входы датчика 31 разнополярнос-)0 ти моментов поступает сигнал статическогО. момента модели 24 м (на вход нуль-органа 33) и сйгнал, соответствующий М (на вход нуль-органа

32). Шаговый режим вращения ротора возмох<ен только при разнополярных моментах 21„- и М;-<, т.е. это необхоu»мое условие шагового режима (п(ер <висто;"о двп :;ения) . Выходные сигналы U>,. Uq> этих нуль-органов поступают на ограничители 34 и 35, с которых далее по "тупают на входы элемент=(ИСКГЮЧА20ЦЕЕ ИЛИ 3 б, выходные сигналы которого поступают <на вторые входы элементов И ?1 и 29 (вводится необхоцимое условиЕ шаго25 вого режима вентильного злектропривода )

При шаговом режиме на время остановки ротора на выходе элемента И 21 формируется 1 . Из каждого единич-3" ного c ò нar-а U>< на выходе формирователя 23 формируется короткий импульс

U<>, определяющий его перецний фронт, При шаговом режиме в момент очередногo трогания на выходе элемента И 29 З5 формируется единичный логический сигнал U >, который поступает на формирователь 30. Из каждого единичного сигнале U>+ ьа Вых< де формирователя 30 формируется короткий .им- 40 пульс U о,, опре,деляющий его передний фройт.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет проконтролироваTI. величину статического мо-45 мента на валу вентильного Qëåöòðoïðèвода не только в зоне непрерывного, но и, что особенно вах<но, в зоне прерывистого движения, характерного,цля широкодиапазонных станочных электроприводов с высокомоментными двигателями. формула изобретения

1. устройство для вычисления статического момента вентильного электропривода, содержащее двигатель, вал ротора которого кинематически связан с валом датчика скорости, выход которого соединен с первым входом пер первого блока сравнения, выход которого через первый интегратор подклю-, чен к первому входу сумматора,электрический вход двигателя является вхо- 65 дом устройства и соединен с входом датчика тока, выход которого подключен к входу второго интегратора, соединенному с выходом сумматора, выход. второго интегратора подключен к второму входу первого блока сравнения, а т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения возмож-! ности вычисления в зоне прерывистого вращения, в устройство введены узел формирования сигнала остановки ротора электропривода, квантователи, ключ, блоки фиксации сигнала нулевого порядка и второй блок сравнения, выход которого через последовательно соединенные первые квантователь и блок фиксации сигнала нулевого порядка подключен к второму входу сумматора, выход которого является выходом устройства и соединен с первым входом узла формирования сигнала остановки ротора электропривоца, второй вход которого соединен с выходом дат-. чика тона, третий вход узла формирования сигнала остановки ротора электропривода подключен к выходу второго интегратора, через ключ соединенному с входом второго интегратора, управляющий вход ключа подключен к выходу узла формирования сигнала остановки ротора электропривоца, выход первого интегратора через последовательно соединенные вторые квантователь и блок фиксации сигнала нулевого порядка подключен к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого интегратора. устройство IIO B,1, O T JI H ч а ю щ е е с я тем, что узел формирования сигнала остановки ротора элен тропривода содержит триггер, формирователи импульсов, элементы И, элемент ИСКЛЮЧА!ОЩЕЕ ИЛИ, ограничители, выпрямители, инвертор и нуль-органы, причем вход первого нуль-органа является третьим входом узла, первым входом которого является вход первого выпрямителя, соединенный с входом второго нуль-органа, выхоц которого через первый ограничитель подключен к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которОго соединен с . первыми входами элементов И, выход первого нуль-органа через цепочку из последовательно соединенных второго выпрямителя, второго ограничителя и инвертора подключен к второму входу первого элемента И, выход тре тьего нуль-органа через третий ог;раничитель соединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вход третьего нуль-органа является вторым входом узла и подключен к входу третьего выпрямителя, выход которого соединен с выходом первого выпрямите947880

10 пя и подклюЧен к входу четвертого нуль-органа, выход которого через четвертый ограничитель соединен с . вторым входом второго элемента И, выходы элементов И через Формирователи импульсов подключены соответственно к входам триггера, выход которого является выходом узла.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Акцептованная заявка ФРГ .е .1б48423, кл. 42 К 1/04, 1973.

2. Иванов Г.М. и др. Повышение точности тиристорных электроприводов постоянного тока. "Электропривод", У 3, (б5), 1978, с. 38 (прототип).

Составитель И. Загорбинина

РедактОр Н. Ковалева Техред 3. Палий Корректор М. ШаРоши

Заказ 5654/74 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4