Устройство для регулирования скорости вращения электродвигателя

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<>955471 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено05.01.81 (21) 3232513/24-07

РЦ М. Кл.з с присоединением заявки №

Н 02 Р 5/00

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет. () УДК 681.846..73:621-531.6 (088.8) Опубликовано 300882, Бюллетень ¹ 32

Дата опубликования описания 300882 (72) Авторы изобретения

Ю.В.Закорюкин, Б.А;Староверов и В.Г.Терехо

Лен- ..т.3 „ ";"-, 3:Азу Лсч."",- ", с

Ивановский энергетический институт им. В, И (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ

ВРМ ЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в текстильной, бумагоделательной и других отраслях проьишленности, там, где требуется высокая плавность регулирования и высокая точность поддержания скорости вращения.

Известно устройство стабилизации и регулирования скорости вращения двигателя, содержащее последовательно соединенные частотный датчик скорости, формирователь импульсов, делитель частоты импульсов датчика, корректирующее устройство, включающее выявитель отклонения, расширитель и формирователь заднего фронта, устройство разделения двух последователю ностей импульсов, устройство сравнения, силовой преобразователь и двигатель, а также задающий генератор и делитель эталонной частоты, выход которого подключен к второму входу устройства разделения (11 .

Данное устройство имеет высокие статические и динамические характеристики, но недостатком его является ,низкие плавность и точность устав.ки .регулирования скорости вращения двигателя, так как изменение установок скорости может осуществляться только изменением коэффициента деления делителя импульсов частотного датчика.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для регулирования скорости вращения электродвигателя, содержащее генератор импульсов, вход которого через последовательно соединенные первый делитель частоты,-блок распре- деления импульсов, компаратор и силовой ключ подключен к электродвигателю, датчик частоты вращения кото15 рого через последовательно соеднен ные первый формирователь, второй делитель частоты и элемент задержки соединен с первым входом первого триггера, к второму входу которого подключены последовательно соединенные третий делитель частоты, входом подключенный к выходу генератора импульсов, и. элемент ИЛИ, а выход первого триггера через расширитель импульсов и второй формирователь подключен к блоку разделения импульсов, вторые входы третьего делители частоты и элемента ИЛИ объединены и подключены к выходу второго

ЗО делителя частоты (2f .

955471 4

Данное устройство позволяет регулиронать скорость вращения вала исполHèтельного двигателя измеíением коэффициентов деления первого и третьего делителей. При этом первым делителем производится плавное регули- 5 рон.ание скорости, третьим делителем грубое.

Недостатком известного устройства является недостаточные плавность и точность установки регулируемой о скорости вращения исполнительного двигателя. Частота игнала, поступающего на силовой ключ, должна находиться н пределах 500-?000 Гц. Ниж-, няя граница обусловлена недопустимы- д ми пульсациями тока н двигателе, что вызывает его нагрев, и малой добротностью контура регулирования, ухудшающей динамику регулятора скорости. Верхняя граница обусловлена потерями в силовых ключах и уменьшением устойчивости устройства из.за увеличения добротности контура регулирования. При повышенных требованиях к помехоустойчивости применяются микросхемы с относительно малым быстродействием, что ограничивает частоту кварцевого генератора на уровне 0,5-1 МГц.

Учитывая, что К при устойчивой работе устройства и хороших динамических показателях находится в диапазоне K = 15-20, п = 2K = 30-40 и при указанных выше ограничениях изменением коэффициента деления первого делителя можно получить не бо- 35 лее 65 ступеней скорости. Полученное значение ступеней при плавном регулировании недостаточно для использования устройства в автоматизированных установках, работающих сон- 4р местно с вычислительными устройстваMH .

Цель изобретения — повышение точ-. ности регулирования скорости., 45

Укаэанная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены три буферных блока, дешифратор блок элементов ИЛИ, схема И, второй триггер, дна одновибратора и переключатель, одни выходы которого через первый буферный блок подключены к входам первого делителя частоты, другие через второй буферный блок подключены к входам третьего делителя частоты, причем одни непосредственно, а другие через блок элементов ИЛИ, другие входы которого .через третий буферный блок и дешифратор подключены к выходам переключателя, вход первого одновибратора подключен 60 к выходу первого. делителя частоты, а выход — к управляющему входу первого буферного блока, вход другого одновибратора подключен к выходу второго делителя частоты, а выход — 65 к второму буферному блоку и через последовательно соединенные нторой триггер и схему И к входу третьего буферного блока, причем вход схемы

И соединен с третьим делителем частоты, а выход с вторым входом второго триггера.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для регулирования скорости вращения электродвигателя содержит генератор 1 импульсов, выход которого через последовательно соединенные первый делитель 2 частоты, блок 3 распределения импульсов, компаратор 4 и силовой ключ 5 подключен к исполнительному электродвигателю

6, датчик 7 частоты вращения которого через последовательно соединенные первый формирователь 8, второй делитель 9 частоты и элемент 10 задержки соединен с первым входом первого триггера 11, к второму входу которого подключены последовательно соединенные третий делитель 12 частоты, входом подключенный,к выходу генератора 1 импульсов, и элемент ИЛИ

13, а выход первого триггера 11 через расширитель 14 импульсов и нторой формирователь 15 подключен к блоку 3 разделения импульсов, вторые входы третьего делителя 12 частоты и элемента ИЛИ 13 объединены и подключены к выходу второго делителя 9 частоты, переключатель 16, одни выходы которого через первый буферный блок 17 подключены к входам первого делителя 2 частоты, другие через второй буферный блок 18 подключены к входам третьего делителя 12 частоты, причем одни непосредственно, а другие через блок 19 элементов ИЛИ, другие входы которого через третий буферный блок 20 и дешифратор 21 подключены к выходам переключателя 16, вход первого одновибратора 22 подключен к выходу первого делителя 2 частоты, а выход— к управляющему входу первого буфер- . ного блока 17, вход другого одновибратора 23 подключен к выходу второго делителя 9 частоты, а выход к второму буферному блоку 18 и через последовательно соединенные второй триггер 24 и схему И 25 к входу третьего буферного блока 20, причем вход схемы И 25 соединен с третьим делителем 12 частоты, а выход с вторым входом второго триггера 24.

Устройство работает следующим образом.

Импульсы эталонной частоты Еэ, получаемой делением на делителе 2 в К раз частоты f„ ãåíåðàòîðà 1, сравниваются по фазе со скорректированными импульсами частоты f„„. Частота f„„ н среднем равна измеренной частоте и имеет фазовый сдвиг, пропорциональ955471

К = Р— А

I (Тн — Те)К =Ч наи+ i ный корректирующему сигналу. Частота

Ен получается путем деления делителем 9 частотного сигнала, вырабатываемого частотным датчиком 7, соединенным с валом исполнительного электродвигателя 6. При этом сигнал с частотного датчика предварительно формируется формирователем В. С приходом каждого импульса частоты f> компаратор подключает через силовой . ключ 5 исполнительный двигатель 6 к сети, а с приходом каждого импульса частоты К„„ выдает сигнал на торможение исполнительного электродвигателя, т.е. среднее напряжение получается пропорциональным разности фаз 15 сравниваемых частот f и

Коррекция, необходимая для обеспечения устойчивости работы регулятора скорости и работающая только при небольших рассогласованиях час- 20 тот f и fz, осуществляется изменением фазы сигнала частоты Ен на величину, пропорциональную отклонению скорости вращения вала исполнительного двигателя. 25

Установившийся режим работы устройства возможен только при или Тз = Т„. Поэтому отклонение скорости от установившегося значения . можно выявить, сравнивая период TII измеренной частоты с периодом Тз эталонной частоты.

Для упрощения введения опережающего по фазе частоту f> сигнала при отрицательной разности сравниваемых периодов, возникающей при отклонении

35 скорости вращения двигателя вверх от установившегося значения, в устройство вводится начальный сдвиг по фазе в установившемся режиме (fð = Еэ ) между измеренной fN и скорректиро- 40 ванной f „ частотами такой величины, чтобы расширенная в К раз разность между периодом .Тн и вычитаемым временным интервалом То была равна половине периода Тз эталонной частоты 45 с точностью до допустимо малой величи ны (Тн — Т<>)К9 — у- + б (1) где Кц — коэффициент расширения от- клонения, выбираемый из 50 условия обеспечения устойчивой работы и качественной динамики регулятора .скорости;

6 — абсолютная ошибка расши- 55 ренного отклонения от середины периода эталонной частоты в установившемся режиме работы устройства.

При отклонении измеренной часто- Q) ты f от эталонной сдвиг по фазе частоты 1н„относительно частоты f< определяется выражением

1 где T„ — период частота Е„, соответствующий скорости вращения исполнительного двигателя

4) при И P (dусr

Янам анан (2)

Изменение коэффициента деления делителя 2 эталонного канала для регулирования Ез, осуществляется начальной записью в делитель числа A которое определяется переключателем 16.

Обозначая через D максимальное число, которое можно "записать в делитель, или полный объем, получаем коэффициент деления К эталонного делителя 2 частоты

Эапись числа A в делитель 2 происходит после его переполнения, когда все его триггеры находятся в состоянии "0". По заднему фронту импульса, возникающего на выходе делителя в момент переполнения, запускается и формирует короткий импульс одновибратор 22, подключающий кратковременно шины задающего переключателя к установочным. входам триггеров делителя, что и производит запись числа A через буферный блок 17.

При изменении эталонной частоты

f в соответствии с выражением (1) меняется значение временного интервала То. . Коэффициент деления В делителя

12, формирующего временной интервал

Т, определяется записью в делитель двух чисел А и Х. После сброса делителя 12 импульсом измеренной частоты по заднему фронту последнего .возбуждается одновибратор 23, в результате чего кратковременно подключаются шины задающего переключателя 16 к установочным входам триггеров делителя 12 одними входами непосредственно, а другими через блок

19 элементов ИЛИ, что приводит к записи в делитель числа А.

В процессе счета импульсов, непрерывно поступающих на вход делителя от генератора 1, в момент обнуления триггеров, связанных установочными входами с дешифратором 21 через буферный блок 20 и блок 19 элементов

ИЛИ,- на выходе схемы И 25 появляется сигнал, разрешающий открытие буферного блока 20 и запись в эти триггеры числа Х. Состояние Х дешифрируется по -старшим разрядам задающего переключателя 16. Однотактность записи числа Х за цикл вычисления Т обеспечивает триггер 24, который устанавливается в состояние "1" задним фронтом одновибратора 23, а сбрасывается в момент появления импульса на выходе

955471 (4) В = D — (А + Х) Формула изобретения с» = (Кмакс амин ) C схемы И 25, запрещая до конца цикла фор»шрование сигналов этой схемой.

Коэффициент деления В делителя 12 определяется выражением

Учитывая, что в установившемся режиме Т = Тн, Та = Т .К, То =Т,,В и выражения (3),(4), получим

Тн .-To = Тэ =Т, К -T В =T(. Х= Ь Т» (5) 10 т.е. начальный сдвиг фаз определяется при постоянных старших разрядах задающего переключателя в установившемся режиме постоянным временным интервалом ЬТ = Тг Х 35

Значение величины Х определяется из условия равной относительной ошибки расширенного отклонения от середины периода эталонной частоты

Разность Ти — Тр в схеме выявляет-20 ся триггером 11. Триггер 11 устанавливается в состояние "1" через элемент ИЛИ 23 по истечении времени Т,» и сбрасывается с задержкой, определяемой элементом 10 на время с после прихода импульса частоты.

Задержка, величина которой выбирается значительно меньшей, чем разность Тн — Т,» (в установившемся режиме ТН вЂ” Т и ), вводится для защиты от пропадания импульсов частоты при отклонении скорости исполнительного двигателя вверх от установившегося значения. Если Та Та, то триггер 11 через элемент ИЛИ 13 устанавливается в состояние "1" в мо- 35 мент прихода импульса частотй fz, а сбрасывается через время с

Время нахождения триггера 11 в состоянии "1" расширяется в К раз расширителем 14. Сформированнйй по 40 заднему фронту расширенного сигнала формирователем 15 импульс частоты подается на второй вход блока 3 распределения импульсов. Блок 3 распределения импульсов исключает возможность прихода импульсов частот Хнк и f3 на вход компаратора 4 с интервалом, меньшим, чем разрешающая спо- собность входных элементов компаратора 4.

Изменение уставок скорости исполнительного электродвигателя можно производить не только изменением коэффициента деления эталонного делителя

2, но и изменением коэффициента деле- 55 ния делителя 9 в канале измеренной частоты, причем делителем 2 производится плавное регулирование скорости, а делителем 11 грубое.

Общее число ступеней Ы изменения щ0 скорбсти двигателя при изменении коэффициентов деления делителей частоты2и9 где С - коэффициент деления делителя 9;

KìàêñH мальное значение эталонной частоты f9

f, . f макР 2 Канн = мин > маркс где fz и f> — максимальное и минимакс мин мальное значение эталонной частоты.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает большую точность регулирования за счет того, что имеет большее количество ступеней изменения скорости вращения исполнительного двигателя по сравнению с известными устройствами.

Устройство для регулирования скорости вращения электродвигателя, содержащее генератор импульсов, выход которого через последовательно соединенные первый делитель частоты, блок распределения импульсов, компаратор и, силовой ключ подключен к электродвигателю, датчик частоты вращения которого через последовательно соединенные первый формирователь, второй делитель частоты и элемент задержки соединен с первым входом первого триггера, к второму входу которого подключены последовательно соединенные третий делитель частоты, входом подключенный к выходу генератора импульсов, и элемент ИЛИ, а выход первого триггера через расширитель импульсов и второй формирователь подключен к блоку распределения импульсов, вторые входы третьего делителя частоты и элемента ИЛИ объединены и подключены к выходу второго делителя частоты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования, в него дополнительно введены три буферных блока, дешифратор, блок элементов ИЛИ, схема И, второй триггер, два одновибратора и переключатель, одни выходы которого через первый буферный блок подключены к входам первого делителя частоты, другие через второй буферный блок. подключены к входам третьего делителя частоты, причем одни непосредственно, а другие через блок элементов ИЛИ, другие входы которого через третий буфернйй блок и дешифратор подключены к выходам переключателя, вход одного одновибратора подключен к выходу первого делителя частоты, а выход †.к управляющему входу первого буферного блока, вход другого одновибратора подключен к выходу второго делителя частоты, а

955471

Составитель М.Крехтунова

Редактор Е.Папп Техред T.Ìàòî÷êà Корректор екто С.Шекмар

Заказ 6470/74 Тираж 721 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.ужгород, ул.Проектная,4 выкод к второму дуферному блоку н через:оследовательно соединенные второй ниггер и схему И к входу третьего буферного блока, вход схема И соединен с третьим делителем частоты, а выход с вторым входом второго триггера.

Источники информации, принятые во внимание ври экспертизе

1 ° Трахтенберг Р.М. Астатический дискретный регулятор скорости.

"Электричество", 1972, В 4.

2. Авторское свидетельство СССР

В 559226, кл.G 05 D 13/00, 1977 °