Электропривод постоянного тока

 

<»>989721

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ЛВТОЕСКОМЬ СВИДЕтИЛЬСТВЮ (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву (22)Заявлено 07<07.80 (21) 2953295/2"-07 (5т)М. Кл.

Н 02 Р 5/06 с присоединением заявки М (23)Приоритет

Гвеударетеенные квинтет

СССР"

Опубликовано 15,01,83. Бюллетень № 2

Дата опубликования описания15,01,83 пв делан наебретеннй и етнрытий (53) УД К 621. 313 .. ,2-58(088.8) {72) Авторы (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах стабилизации скорости вращения лентопротяжных иеханизмов, Известны регуляторы скорости

5 вращения электродвигателей постоянного тока 1содержащие датчик скоро-. сти, усилитель-формирователь и гене ратор задающей частоты, запитывающие „, двигатель постоянныи напряжением, изменяющимся при различных внешних воздействиях С1 1, Однако при работе электропривода на низких скоростях занесенная кинетическая энергия его мала, а напряжение, приложенное к якорю двигателя, оказывается сравнимым с напряжением холостого хора, что сильно уменьшает приемистость двигателя. В 2о связи с этим любое изменение момента нагрузки на валу двигателя при" водит к значительно большим изменениям скорости вращения, чем при рабо2 те на скоростях близких к номиналь1 ным, Наиболее близким к изобретению является электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, якорная обмотка которого подключена к ключевому моменту питания, частотный датчик скорости вращения, жестко связанный с валом электродвигателя, и выходом подключенный к усилителю сигнала датчика, генератор опорной частоты 2, Однако известный электропривод постоянного тока не обеспечивает широкого диапазона регулирования скорости, так как требует при низких скоростях вращения дополнительных маховых масс, что обеспечивает некоторое повышение- равномерности и точности, но значительно снижает динамические характеристики, затягивает переходные процессы, создает большие нагрузки в условиях вибрации на узлы опор и, 989721

zo как следствие, снижает срок службы изделия в целом, Цель изобретения - расширение диапазона регулирования скорости вращения и улучшение динамических характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что в электропривод постоянного тока дополнительно введены два счетчика, четыре сумматора, два ре гистра, задатчик кода, блок квантования и управления, первый и второй вентили, вентиль сигнала управления и три блока контроля кода, при этом выход генератора опорной частоты через первый вентиль соединен со счетным входом первого счетчика, вход R которого через блок квантования и управления соединен с выходом усилителя сигнала датчика, выходы разрядов первого счетчика соединены с первыми

ыходами первого сумматора, вторые входы которого подключены к выходам разрядов задатчика кода, выходы первого сумматора соединены с входами первого регистра и первого блока контроля кода, тактирующий вход первого регистра соединен с одним из выходов блока квантования .и управления, выходы первого регистра соединены с первыми входами второго и третьего сумматоров, выход третьего сумматора соединен с входами третьего блока контроля кода и с входами второго регистра, тактирующий вход которого через второй вентиль .соединен с третьим выходом блока квантования и управления, а выходы разрядов второго регистра соединены с .вторыми входами третьего и второго сумматоров, выходы второго сумматора соединены с первыми входами четвертого сумматора и с входами второго блока контроля кода, вторые входы четвертого сумматора соединены с выходами разрядов второго счетчика, счетный вход которого соединен с вторым выходом генератора опорной частоты, третий выход которого подключен к одному из входов блока квантования и управления, выход четвертого сумматора и выходы первого,. второго и третьего блоков контроля кода соединены с соответствующими входами вентиля сигнала управления, выход которого соединен с входом ключевого элемента питания обмотки якоря электродвигателя, а третья выходы первого и третьего блоков контроля кода соединены

4 соответственно с входами первого и второго вентилей соответственно.

На чертеже приведена функциональная. схема электропривода постоянного тока.

Электропривод постоянного тока содержит электродвигатель E постоянного тока, ключевой элемент 2 питания обмотки якоря электродвигателя 1, частотный датчик 3 скорости, жестко связанный с валом электродвигателя 1, усилитель 4 сигнала датчика, генератор

5 опорной частоты, счетчики 6 и 7, блок 8 квантования и управления, вентили 9 и 10, задатчик 11 кода, регистры 12 и 13,сумматоры 14-17, вентиль 18 сигнала управления и три блока 19, 20 и 21 контроля кода, Выход частотного датчика 3 скорости подключен к входам усилителя 4, Выходы генератора 5 опорной частоты связаны соответственно со счетным входом второго счетчика 7, первым входом вентиля 9 и с входом блока 8 квантор5 вания и управления. Выход первого вентиля 9 соединен со счетным входом первого счетчика 6, R -вход которого подключен к блоку 8 квантования и управления, а выходы разрядов счетчика

6 соединены с первыми входами первого сумматора 14, вторые входы которого соединены с выходами задатчика El кода ° Выходы первого сумматора 14 соединены с входами первого регистра 12 и с входами блока 19 контро35 ля кода, первые выходы которого подключены к вентилю 18 сигнала управления, а второй выход — к второму входу вентиля 9, Тактирующий вход пер4о вого регистра 12 соединен с соответствующим выходом блока 8 квантования и управления, а выходы регистра 12 соединены с первыми входами второго

15 и третьего 16 сумматоров, вторые входы которых соединены с выходами

45 разрядов второго регистра 13, входы которого подключены к выходам третьего сумматора 16, к которым подклю» чены также входы третьего блока 21 контроля кода, одни выходы которого подключены к соответствующим входам

50 вентиля 18 сигнала управления, а другой выход - к второму входу вентиля

10, первый вход которого подключен к одному из выходов блока 8 квантования и управления, а выход связан с тактирующим входом второго регистра 13. Выходы второго сумматора 15 соединены с первыми входами .четверто

989721 го сумматора 17 и с входами второго ной и интегральной составляющих скоблока 20 контроля кода,:выходы кото- рости вращения электродвигателя 1. С рого подключены к входам вентиля 18, выхода второго сумматора 15 реэультиа его выход - к входу ключевого эле- рующий код поступает на входы четвер-. мента 2. Вторые входы четвертого сум- 5 того сумматора 17, на другие вхоматора 17:соединены с выходами раэ ды которого поступают сигналы с вырядов второго двоичного счетчика 7. хода второго счетчика 7, Код на выхо-, Выход усилителя 4 подключен к блоку дах второго счетчика 7 циклически

8 квантования и управления. повторяется, что при суммировании с

Электропривод постоянного тока ра->0 кодом на других входах сумматора 17 ботает следующим образом. приводит к тому, что на выходе суммаСигнал с опорного генератора 5 тора 17 периодически появляется сигпоступает на счетный вход первого нал переполнения, который при каждом счетчика 6 через вентиль 9. На выхо- переполнении второго счетчика 7 продах разрядов. счетчика 6 появляется 15 падает. 4астота появления сигнала пе. нарастающий код, который суммирует- Реполнения определяется частотой опорся с постоянным кодом с выхода задат-,ного генератора 5 и емкостью второчика 11 кода. Суммарный код поступа-. ro счетчика 7, а длительность сигнает на входы разрядов первого регист- ла переполнения зависит от значения ра 12. 20 кода, поступающего с выхода сумматора

Одновременно с выхода усилителя 4 15. С выхода четвертого сумматора 17 сигнала датчика на вход устройства . сигнал поступает на вход вентиля 18.

8 квантования и управления, посту- Таким образом, на входе и выходе венпают импульсы с периодом, опреде- тиля 18 сигнала управления имеется ляемым скоростью вращения электроДви-25 последовательностЬ импульсов С пОСтОгателя 1. блок 8 квантования и уп- янной частотой и переменной длительравления осуществляет квантование ностью, которая поступает на ключеэтих импульсов с импульсами опорно- вой элемент 2 и затем на электродвиго генератора 5 и выдает сигнал, раз- гатель 1. решающий перепись суммарного кода в З0 Для сокращения времени переходных первый регистр 12, после чего блок 8 процессов, улучшения захвата предназвыдает сигнал на обнуление первого начены блоки контроля кода, счетчика 6. После этого происходит Первый блок 19 контроля кода опреновое наполнение первого счетчика 6 деляет знак и значение кода на выхотаким образом, что к приходу следую- 35 де сумматора 14 и при превышении этим щего импульса переписи в первый ре- кодом определенного значения выдает гистр 12 на выходе счетчика 6 образу- в зависимости от знака кода сигнал ется код, пропорциональный следующе на разгон или торможение в вентиль му периоду частоты датчика 3 скоРо- 18, а при превышении периодом частости вращения. 40 ты датчика 3 скорости:определенного

В установившемся режиме работа по- значения запирает вентиль 9 ° вторяется. Второй блок 20 контроля кода on.С выходов первого регистра 12 код ределяет выход кода второго сумматора поступает на входы второго 15 и тре . 15 за допустимые границы и выдает сиг.тьего 16 сумматоров. Во второи ре- 45 нал разгона или торможения в вентиль гистр 13 запись лроизаояится аиалогии- сигнала 18 улраелеиия. третий блок но записи в первый регистр 12, Код, 21 контроля кода определяет грапереписанный во второй регистр 13, ницы линейной зоны работы блоков поступает на другие входы третьего 16 и 13 и при достижении одной из сумматора 16. Таким образом, в мо- границ выдает сигнал на разгон или

50 мент следующей переписи во второй ре торможение в вентиль 18, а также загистр 13 заносится код, равный сумме пирает второй вентиль 10. кодов последнего периода частоты дат- Вентиль 18 сигнала управления прочика 3 скорости и кода, записанного. пускает импульсы с четвертого суммав нем ранее. С выхода второго регист- тора 17 при .отсутствии сигналов раз55 ра 13 результат поступает на входы гона и торможения. При наличии сигвторого сумматора 15. На выходе вто- нала разгона или торможения вентиль рого сумматора 15 образуется кодр 18 устанавливает ключевой элемент содержащий информацию о пропорциональ- 2 в соответствующее состояние.

7 98972

Так при разгоне электродвигателн

1 или при переходе на более высокую скорость вращения в первый момент времени длительность периодов частоты датчика 3 скорости значительно пре-5 вышает номинальную величину, что фиксируется прежде .всего блоком 19 контроля кода. Он блокирует прохождение импульсов с выхода четвертого сумматора 17, на вход ключевого элемен- 10 та 2 поступает сигнал, обеспечива1 ющий подключение электродвигателя к максимально возможному для него постоянному напряжению, что обеспечивает .его ускоренный разгон, 15

Блок контроля 21 кода выдает сигнал на вход вентиля 18 сигнала управления, подтверждающий необходимост ь разгона, Окончание сигнала разгона определяется по моменту, когда блоки 2о

19, 20 и 21 контроля кода выдают сигнал, свидетельствующий о том, что коды контролируемых сумматоров находятся в допустимых пределах и электропривод развил скорость вра- 25 щения, находящуюся в линейной зоне регулирования, Аналогичная работа происходит и при торможении электропривода или при переходе на более низкую ско- эв рость вращения, Брок 19 контроля кода по значению кода на выходе первого .сумматора 14 определяет, что длительность периода частоты датчика 3 скорости меньше требуемой, в связи с чем с его выхода на вход вентиля 18 сигнала управления поступает сигнал., блокирующий прохождение импульсов с выхода четвертого сумматора 17. На выходе вен- 4р тиля 18 появляется сигнал, устанавливающий ключевой элемент 2 в положение, при котором электродвигатель

1 обесточивается, à его обмотка закорачивается, что обеспечивает дина- 45 мическое торможение электропривода, Необходимость торможения подтверждается блоком 21 контроля кода,.Торможение прекращается, как только скорость вращения становится близка к новому требуемому значению и система регулирования входит в линейную зону работы, что определяется по значению кодов.

В процессе работы электропривода на неравномерный момент нагрузки, величина которого изменяется со значительной частотой, могут возникнуть моменты, когда значения кодов первого

14 и третьего 16 сумматоров оказываются в допуске, однако их суммарный код имеет значение, свидетельствующее о приближении к границе линейной эоны работы электропривода, В этом случае блок 20 контроля кода на одном из

«воих выходов формирует сигнал разго.1а или торможения, поступающий на вход вентиля 18 сигнала управления, что обеспечивает такую коррекцию скорости вращения, при которой электропривод работает на оптимальном участке эоны линейной работы, Данный электропривод не содержит устройств с большими постоянными времени, отсутствие таких устройств благоприятно сказывается на работе электропривода в области низких скоростей и позволяет осуществлять регулирование скорости вращения в более широком диапазоне частот, в том числе и на частотах много ниже номинальной скорости вращения электродвигателя, Введение устройств контроля кода позволяет свести к минимуму длительность переходных процессов при разгоне, торможении и переходе с одной скорости вращения на другую, что, в свою .очередь, облегчает захват на новом режиме работы электропривода, устраняет возможные автоколебания, свойственные системам с регулированием по интегральной составляющей скорости, обеспечивает апериодические переходные процессы, что уменьшает время регулирования и делает электропривод более быстродействующим.

Формула изобретения

Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, якорная обмотка которого подключена к ключевому элементу питания, частотный датчик скорости вращения, жестко связанный с валом электродвигателя и выходом подключенный к усилителю сигнала датчика, генератор опорной частоты, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования скорости вращения и улучшения динамических характеристик, в него введены два счетчика, четыре сумматора, два регистра, задатчик кода, блок квантования и управления, первый и второй вентили, вентиль сигнала управления и три блока контроля кода, при этом

989721!

О выход генератора опорной частоты через первый вентиль соединен:со счетным входом первого счетчика, вход:R котоporo через блок квантования и управления соединен с выходом усилителя сигнала датчика, выходы разрядов первого счетчика соединены с первыми входами первого сумматора, вторые входы которого подключены к выходам разрядов задатчика кода, выходы пер- <о

soro .ñóììàòoðà соединены с входами первого регистра и первого блока контроля кода, тактирующий вход первого регистра соединен с одним из выходов блока квантования и управления, выходы первого регистра соединены с первыми входами второго и третьего сумматоров, выход третьего сумматора соединен с входами третьегоблока контроля кода и с входами второго регистра, тактирующий вход которого через второй вентиль соединен с третьим выходом блока квантования и управления, а выходы разрядов второго регистра соединены с вторыми входами второго и третьего сумматоров, выходы второго сумматора соединены с первыми входами четвертого сумматора и с входами второго блока контроля кода, вторые входы четвертого сумматора соединены с выходами разрядов второго счетчика, счетный вход которого соединен с вторым выходом генератора опорной частоты, третий выход которого подключен к одному из входов блока квантования и управления, выход четвертого сумматора и выходы, первого, второго и третьего блоков контроля кода соединены с соответ-. ствующими входами вентиля сигнала управления, выход которого соединен с входом ключевого элемента питания обмотки якоря электродвигателя, а третьи выходы первого и третьего блоков контроля кода соединены соответственно с входами первого и;второго вентилей соответственно, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Зимин Е.Н., Яковлев В,И. Автоматическое управление электроприводами. И., "Высшая школа", 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

И 674176, кл. Н 02 Р 5/06, 1978, 989721

Составитель М. Кряхтунова

Редактор Л.Алексеенко Техред Ж. Кастелевич Корректор Е.Рошко

Заказ 11 7

7 Тираж 68 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 атент, r, Ужгород, ул, Проектная, лиал