УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2007 года по МПК H02P6/08 H02P6/18 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу с широким диапазоном изменения скорости вращения двигателя, например, по управляющему сигналу.

Известны аналогичные устройства, относящиеся по принципу действия к астатическим системам регулирования скорости электродвигателя с фазовым управлением: прецизионные привода постоянного тока, прецизионные системы стабилизации скорости двигателей [1]. Недостатки их обусловлены дискретностью фазового регулятора. В области высоких частот эта дискретность мало сказывается на работе электропривода, так как электромагнитная и электромеханическая постоянные времени значительно больше интервала дискретности. Однако в области низких скоростей (0,1-1 об/мин) вал двигателя поворачивается скачкообразно, и наблюдаются сбои в работе фазорегулятора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для регулирования скорости вращения электродвигателя, содержащее блок управления скоростью, входы которого подключены к линейному источнику управляющего сигнала и линейному датчику положения ротора, и блок регулирования напряжения двигателя [2].

Недостатками этого устройства являются:

1. Устройство имеет ограниченный диапазон регулирования в области низких и инфранизких частот.

2. Устройство имеет сложную систему управления.

3. Затруднен реверс.

Цель изобретения - достижение широкого диапазона регулирования и плавного вращения вала бесконтактного двигателя постоянного тока в области низких и инфранизких частот.

Это достигается тем, что линейный источник управляющего сигнала по углу заменен синусно-косинусным формирователем управляющего сигнала. Также в схему введен синусно-косинусный датчик обратной связи по углу, дополнительный синусно-косинусный формирователь опорного сигнала и два преобразователя частоты.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит: синусно-косинусный формирователь управляющего сигнала 1; синусно-косинусный формирователь опорного сигнала 2; два преобразователя частоты, состоящие из умножителей 3-6, 14-17, сумматоров 7, 8, 18, 19 и формирователей импульсов 9, 20. Также в устройство входят импульсный частотно-фазовый дискриминатор 10, регулятор скорости вращения двигателя 11, бесконтактный двигатель постоянного тока 12 и синусно-косинусный датчик положения ротора 13.

Устройство работает следующим образом.

На вход синусно-косинусного формирователя управляющего сигнала 1 подается напряжение управления U_y, являющееся заданием по скорости вращения двигателя 12. Формирователь 1 преобразует напряжение управления в два низкочастотных сигнала sin Ω_зt и cos Ω_зt, мгновенные значения которых являются сигналами задания по углу. Эти сигналы подаются на преобразователь частоты 3-9, где они складываются с сигналами повышенной частоты синусно-косинусного формирователя опорного сигнала 2 sinω₀t и cosω₀t. Суммарный сигнал повышенной частоты f₀±f_з поступает на опорный вход импульсного частотно-фазового дискриминатора 10. Сигналы с синусно-косинусного датчика положения ротора 13 sin Ω_врt и cos Ω_врt поступают на второй преобразователь частоты 14-20, где они складываются с сигналами синусно-косинусного формирователя опорного сигнала 2 повышенной частоты sinω₀t и cosω₀t. Суммарный сигнал повышенной частоты f₀±f_вр поступает на вход обратной связи импульсного частотно-фазового дискриминатора 10. Выходной сигнал импульсного частотно-фазового дискриминатора 10 поступает на регулятор частоты вращения двигателя 11.

Принцип работы преобразователей частоты основан на следующих тригонометрических выражениях:

Sin( Ω₃+ω₀)t=sin Ω_зt·cosω₀t+cos Ω_зt·sinω₀t;

Cos( Ω₃+ω₀)t=cos Ω_зt·cosω₀t-sin Ω_зt·sinω₀t.

На фиг.2 приведены диаграммы работы формирователей импульсов преобразователей частоты.

Как видно из фиг.2, на выходе преобразователя частоты формируется частота в 4 раза больше частоты сигналов Sin( Ω_з+ω)t и Cos( Ω_з+ω)t.

Полученная система замкнута по частоте, но коэффициент заполнения импульсов на выходе импульсного частотно-фазового дискриминатора пропорционален разности фаз входного задающего сигнала и сигнала обратной связи, то есть она является следящей системой по углу. Разность фаз отсчитывается с частотой f₀±f_з, то есть практически непрерывно. Система является реверсивной. Реверс двигателя осуществляется изменением чередования фаз синусно-косинусного формирователя управляющих сигналов. Разработанное устройство позволяет регулировать частоту вращения в широком диапазоне от нуля до максимальной частоты. Остановка двигателя и удержание его на заданном угле обеспечивается фиксацией значений задающего синусно-косинусного формирователя, соответствующих заданному углу. Поскольку система работает по заданию угла, сформированному синусно-косинусным формирователем управляющего сигнала, она обеспечивает плавное вращение вала двигателя во всем диапазоне регулирования. Равномерность движения зависит от коэффициента нелинейных искажений входного задающего формирователя и датчика обратной связи.

Источники информации

1. Трахтенберг P.M. Импульсные астатические системы электропривода с дискретным управлением. - М.: Энергоиздат, 1982. - 168 с.

2. Авторское свидетельство СССР №736318, кл. Н 02 Р 5/06, 1980.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах с широким диапазоном изменения скорости вращения двигателя, например, по управляющему сигналу. Техническим результатом является достижение широкого диапазона регулирования и плавного вращения вала бесконтактного двигателя постоянного тока в области низких и инфранизких частот. Устройство для регулирования частоты вращения электродвигателя содержит регулятор частоты вращения, датчик положения ротора, два умножителя, два сумматора, два формирователя импульсов, частотно-фазовый дискриминатор, синусно-косинусный формирователь опорного сигнала. 2 ил.

Устройство для регулирования частоты вращения бесконтактного двигателя постоянного тока, содержащее регулятор частоты вращения, датчик положения ротора, отличающееся тем, что введен синусно-косинусный формирователь управляющего сигнала, на вход которого подается напряжение управления, а выходы соединены с первыми входами первых умножителей, со вторыми входами которых соединены выходы синусно-косинусного формирователя опорной частоты, а выходы первых умножителей соединены с входами первых сумматоров, выходы которых соединены с входами первого формирователя импульсов, а его выход соединен с опорным входом импульсного частотно-фазового дискриминатора, выход которого соединен с входом регулятора частоты вращения двигателя, а выход датчика положения ротора бесконтактного электродвигателя постоянного тока соединен с входами вторых умножителей, вторые входы которых соединены с выходами синусно-косинусного формирователя опорного сигнала, а выходы соединены с входами вторых сумматоров, выходы которых соединены с входами формирователя импульсов, выход которого соединен со вторым входом импульсного частотно-фазового дискриминатора 10.