ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 1994 года по МПК H02P5/16 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации скорости вращения электродви- гателей постоянного тока.

Известно устройство для стабилизации скорости электродвигателя постоянного тока (а. с. СССР N 221786, кл. 21с, 46/50), обеспечивающее сравнение частоты эталонного генератора с частотой датчика скорости, и при рассогласовании частот, в зависимости от знака, блокируется в соответствующее состояние триггер, управляющий усилителем мощности, а следовательно и скоростью электродвигателя.

Недостатками устройства являются сложность и низкая надежность, обусловленная критичностью устройства к временным параметрам запускающих импульсов.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для стабилизации скорости электродвигателя постоянного тока [1] , содержащее генератор эталонной частоты, датчик частоты, пропорциональной скорости вращения электродвигателя, выходы которых соединены соответственно с первыми входами второго и третьего триггеров, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам первого триггера, а выходы через дифференцирующие цепочки соединены соответственно с первым и вторым входами первого триггера, второй выход которого соединен с входом усилителя мощности, нагруженного на электродвигатель. Однако прототип обладает низкой надежностью. Это обусловлено тем, что устройство критично к выбору временных параметров импульсов, формируемых дифференциру- ющими цепочками.

Для обеспечения устойчивости работы устройства и достижения максимального синхронизма сигналов эталонного генератора и датчика частоты, пропорциональной скорости вращения электродвигателя, длительность импульсов, формируемых дифференцирующими цепочками, должна быть очень короткой, но достаточной для надежного опрокидывания триггера, подключенного к усилителю мощности, по любому из входов, и выбирается с учетом температурной нестабильности R и С-элементов и исключения влияния временных параметров импульсов на работу триггера после переключения. Кроме того при замене элементной базы триггеров и резком изменении их быстродействия необходимо также корректировать временные параметры дифференцирующих цепочек.

Практика эксплуатации устройства в различных климатических условиях показала, что для устойчивости работы устройства необходима тщательная подгонка номиналов R и С-элементов дифференцирующих цепочек.

Целью изобретения является повышение надежности устройства.

Цель достигается тем, что в устройство для стабилизации скорости электродвигателя постоянного тока, содержащее усилитель мощности, нагруженный на электродвигатель, генератор эталонной частоты, датчик частоты, пропорциональный скорости вращения электродвигателя и три RS-триггера, причем выходы генератора эталонной частоты и датчика частоты соединены соответственно с S-входами второго и третьего RS-триггеров, R-входы которых соединены соответственно с инверсным выходом первого триггера и входом усилителя мощности, введены два IK-триггера и элемент НЕ, вход которого, объединенный с R-входом второго IK-триггера, подключен к инверсному выходу первого RS-триггера, а выход соединен с входом усилителя мощности и R-входом первого IK-триггера, К-вход которого подключен к шине "общий" устройства, С-вход подключен к выходу второго RS-триггера, а выход соединен с R-входом первого RS-триггера, S-вход которого подключен к выходу второго IK-триггера, К-вход которого подключен к шине "общий" устройства, а С-вход подключен к выходу третьего RS-триггера.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство для стабилизации скорости электродвигателя постоянного тока отличается тем, что в него введены два IK-триггера и элемент НЕ, вход которого, объединенный с R-входом второго IK-триггера, подключен к инверсному выходу первого RS-триггера, а выход соединен с входом усилителя мощности и R-входом первого IK-триггера, К-вход которого подключен к шине "общий" устройства, С-вход подключен к выходу второго RS-триггера, а выход соединен с R-входом первого RS-триггера, S-вход которого подключен к выходу второго IK-тригера, К-вход которого подключен к шине "общий" устройства, а С-вход подключен к выходу третьего RS-триггера.

Таким образом заявляемое устройство для стабилизации скорости электродвигателя постоянного тока соответствует критерию изобретения "Новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа.

Кроме того, введение в устройство двух IK-триггеров с их связями позволило сформировать на их выходах короткие отрицательные импульсы, длительность которых достаточна для надежного переключения первого RS-триггера в любое из состояний, и полностью исключить влияние их временных параметров на работу первого RS-триггера, введение в устройство элемента НЕ обеспечило однозначную начальную установку первого RS-триггера в одно из состояний, все это позволяет достичь положительного эффекта, выражающегося в повышении надежности устройства, и сделать вывод о соответствии критерию изобретения "Существенные отличия".

На чертеже представлена структурная схема устройства для стабилизации скорости электродвигателя постоянного тока.

Устройство для стабилизации скорости электродвигателя постоянного тока содержит генератор 1 эталонной частоты и датчик 2 частоты, пропорциональной скорости электродвигателя, выходы которых соединены соответственно с S-входами RS-триггеров 3 и 4, выходы которых соединены соответственно с С-входами IK-триггеров 5 и 6, К-входы которых подключены к шине "общий" устройства, а выходы соединены соответственно с R- и S-входами RS-триггера 7, инверсный выход которого соединен с R-входами RS-триггера 3, IK-триггера 6 и входом элемента НЕ 8, выход которого соединен с R-входами IR-триггера 5, RS-триггера 4 и входом усилителя 9 мощности, нагруженного на электродвигатель 10.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства RS-триггер 7 однозначно ориентируется в одно из состояний, так как на R-входах IK-триггеров 5 и 6, и соответственно, на S- и R-входах RS-триггера 7 присутствуют инверсные уровни. На S-вход RS-триггера 3 с выхода генератора 1 эталонной частоты непрерывно поступают короткие отрицательные импульсы f_э. Предположим, что после включения устройства RS-триггеры 3, 4, IK-триггеры 5, 6 и RS-триггер 7 установились соответственно в состояния "0", "1", "0", "0", "1", ("1" - высокий потенциал, а "0" - нулевой потенциал на прямом выходе триггера). RS-триггеры 3, 4 и 7 (533 ТР2) переключаются нулевыми потенциалами, а IK-триггеры 5 и 6 (533 ТВ6) по спаду (отрицательному перепаду) импульсов.

Первый импульс f_э переключает прямой выход RS-триггера 3 в состояние "1", но после окончания импульса f_э RS-триггер 3 возвращается в исходное состояние, так как на его R-входе присутствует нулевой потенциал, при этом по спаду отрицательного импульса на его прямом выходе IK-триггер 5 и вслед за ним RS-триггер 7 переключаются в состояние "0". На инверсном выходе RS-триггера 7 возникает высокий потенциал, а на выходе элемента НЕ 8 - нулевой потенциал, который возвращает IK-триггер 5 в состояние "1", при этом на R-входе RS-триггера 7 вновь устанавливается высокий потенциал.

Таким образом, на инверсном выходе IK-триггера 5 формируется очень короткий отрицательный импульс, длительность которого при любых условиях зависит только от быстродействия используемой элементной базы (триггеров 5, 7 и элемента НЕ 8) и достаточна для надежного переключения RS-триггера 7 в состояние "0".

Одновременно нулевой потенциал, возникающий на выходе элемента НЕ 8, переключает RS-триггер 4 в состояние "0", при этом по отрицательному перепаду, возникающему на его прямом выходе, IK-триггер 6 переключается в состояние "0", а RS-триггер 7 возвращается в исходное состояние "1", после чего IK-триггер 6 аналогично IK-триггеру 5 возвращается в исходное состояние "0".

Таким образом, по окончании первого импульса f_э на выходе IK-триггера 6, также как и на выходе IK-триггера 5, формируется очень короткий отрицательный импульс, обеспечивающий надежное переключение RS-триггера 7 в состояние "1".

По отрицательному перепаду второго импульса f_э аналогично первому импульсу f_э на инверсном выходе IK-триггера 5 формируется короткий отрицательный импульс, переключающий RS-триггер 7 в состояние "0", при этом RS-триггер 3 вновь возвращается в исходное состояние "0", так как к моменту окончания второго импульса f_э на его R-входе еще присутствовал нулевой потенциал. RS-триггер 4 остается в состоянии "0", установившемся по окончании первого импульса f_э. С момента установления RS-триггера 7 в состояние "0" к электродвигателю 10 через усилитель 9 мощности подключается напряжение питания.

Третий импульс f_э переключает RS-тригер 3 в состояние "1", так как на его R-входе по окончании второго импульса f_э был установлен высокий потенциал. RS-триггеры 4 и 7 при этом остаются в состоянии "0".

Последующие импульсы f_э не изменяют состояния устройства.

По мере разгона электродвигателя на RS-триггер 4 с выхода датчика частоты, пропорциональной скорости вращения электродвигателя, начинают поступать короткие отрицательные импульсы f_д. Импульс f_д переключает прямой выход RS-триггера 4 в состояние "1", но после окончания импульса f_д RS-ттриггер 4 возвращается в исходное состояние "0", так как к этому времени на его R-входе еще сохраняется нулевой потенциал. По спаду отрицательного импульса IK-триггер 6 формирует короткий отрицательный импульс, переключающий RS-триггер 7 в состояние "1", при этом IK-триггер 5, а затем и RS-триггер 3 устанавливаются в состояние "1". При этом при переключении RS-триггера 3 IK-триггер 5 формирует короткий импульс, который возвращает IK-триггер 7 в состояние "0". Следующий импульс f_э переключает триггер 3 в состояние "0", а RS-триггеры 7 и 4 остаются в прежнем состоянии "0". Электродвигатель продолжает разгоняться. Частота импульсов f_д увеличивается и в один из периодов импульсов f_э приходят подряд два импульса f_д.

Первый импульс f_д, как рассмотрено выше для случая двух подряд импульсов f_э, переключает триггер 3 в состояние "0", а RS-триггеры 4 и 7 остаются в прежнем состоянии "0".

Второй импульс f_д переключает RS-триггер 7 в состояние "1", которое затем сохраняется, так как RS-триггер 3 находится в состоянии "0".

Следующий импульс f_э переключает RS-триггер 7 в состояние "0". Под действием чередующихся импульсов f_э и f_д и переключения RS-триггера 7 устанавливается режим фазового регулирования и электродвигатель входит в синхронизм с частотой эталонного генератора.

Если под действием каких-либо возмущений скорость электродвигателя станет выше или ниже синхронной, то RS-триггер 7 устанавливается соответственно в состояние "1" или "0".

Таким образом, в предлагаемом устройстве полностью исключается влияние временных параметров сигналов, управляю- щих работой фазового RS-триггера 7, и тем самым обеспечивается более высокая надежность устройства.

Использование: в электромеханических регистраторах гидроакустической информации эхолотовых систем. Сущность изобретения: в устройстве обеспечивается блокировка фазового триггера в одно из состояний при неравенстве частот генератора эталонной частоты и датчика частоты. Снятие блокировки поступления импульсов с генератора эталонной частоты или датчика частоты на фазовый триггер происходит после того, как появятся подряд два или более импульсов одной из последовательностей, между которыми отсутствуют импульсы другой последовательности. 1 ил.

ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий электродвигатель постоянного тока, усилитель мощности, выход которого соединен с якорем электродвигателя, генератор эталонной частоты, датчик частоты вращения электродвигателя и три RS-триггера, причем выходы генератора эталонной частоты и датчика частоты вращения соединены соответственно с S-входами второго и третьего RS-триггеров, R-входы которых соединены соответственно с инверсным выходом первого триггера и входом усилителя мощности, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены два JK-триггера и элемент НЕ, вход которого, объединенный с R-входом второго JK-триггера, подключен к R-входу второго RS-триггера, а выход соединен с входом усилителя мощности и R-входом первого JK-триггера, K-вход которого подключен к шине "Общий" электропривода, C-вход подключен к выходу второго RS-триггера, а выход соединен с R-входом первого RS-триггера, S-вход которого подключен к выходу второго JK-триггера, K-вход которого подключен к шине "Общий", а C-вход подключен к выходу третьего RS-триггера.