Устройство для управления электродвигателем постоянного тока Советский патент 1983 года по МПК H02P5/06 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

1

Изобретение относится к электротехнике и можег быть использовано цля регулирования тока инцуктивных нагрузок.

Известно устройство для регулирования тока тяговых электродвигателей, обеспечивающее постоянную частоту переключения импульсного прерывателя путем периодических импульсов на выключение и содержащее генератор задающих импуль. сов, подключенный через соответствующие дифференцирующие цепи к формирователям задержанных и блокировочных импульсов, а также к первому входу триггера, соединенного с выходом блока срав-,5 нения. Выход формирователя задержанных импульсов соединен с вторым входом триггера иусилителем импульсов запирания полуироводникового прерывателя, а выход триггера - с усилителем импульсов отпи- 20 рания прерывателя. К входам блока сравнения подключены формирователь блокировочных импульсов и датчик тока якоря двигателя, 1 J .

Недостатком данного устройства я&ляются значительные пульсации тока якоря вследствие скачкообразного изменения напряжеция на двигателе от нуля до но« минального значения. Кроме того, при малой относительной продолжительности включения возможно нарушение равномерм. ности вращения, что приводит к ограничению диапазона регулирования.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления электродвигателем постоянного тока, сс держащее блсж питания и генератор задающих импульсов, подключенный через фо1. мирователи блокировочных и задержанных импульсов к входам блока переклю- . чёния, другие DXPIbi которого подключе- , ы к выходам блока изменения структуры, блока сравнения и блока инверсии, соеди, ненного с импульсным преобразователем тока якоря, выходы блока переключения поцключень. через триггер к блоку изменения структуры, к ц.ругому входу когорого подключен формирователь задержан10ныл импульсов, выхоц триггера соеаинбн с усилигелем, включенным в цепь управ ления импульсным прерывателем . К недостаткам известного устройства относятся существенные пульсации регу лируемого тока, и, слецовательно, момент двигателя на мальк скоростях, .приводящие к нарушению равномерности вращения и увеличению потерь в двигателе, а так- же к уменьшению диапазона регулирования.. Цель изобретения - повыщение качества регулирования и расширение диапазона регулирования скорости. Поставленная цель достигается Тем, I что Вустройство дополнигельно введены . (и - 1) импульсных прерывателей и разделительные диоды, причем выходы импуль сных прерывателей через {эазделительньш дноаыобъединены и подключены к вывб ду якорной обмотки элекгродвигагеля, вывод которой подключен к блоку питания, а последовательно соединенные регистрсавига, одновибратор, компаратор, интегратор, выкоп которого соединен с выходом блока инверсии, регистр сдвига под кпючен к усилителю, выходы которого соеди неньг с управляющими входами импульснык прерывателей, выход одновибратора подключен к другим входам интегратора и блока изменения структуры, На фиг, 1 представлена схема устройства; на фиг, 2 - диаграммы, поясняющие работу устройства. Устройство для управления электродвигателем постоя1шого тока содержит блок 1 питания, генератор 2 задающих импульсов, подключенный через формирователи 3 и 4 задержанных и блокировочных импульсов к входам блока 5 переклю чения, другие входы которого подключены к выходам блока 6 изменения структуры, блока 7 сравнения и блока 8 , соединенного с импульсным преобразовате лем 9 тока якоря, выходы блока 5 переключения подключены через триггер 1О к блоку 6 измерения структу;ры, к цруго« му входу которого подключен формирователь 3 задержанных импульсов, выход триггера 10 соединен с усилителем 11, включенным в цепь управления импульсными прерывателями 12,1-12, N , причем выходы импульсных прерывателей 12,1Д2.Ы через разделительные диоды 13.1-13, N объединены и подключены к выводу якорной обмотки электродвигателя 14, второй вывод которой подключен к блоку 1 питания, а также последовательн соединенные регистр сдвига 15, одновиб074ратор 16, компаратор 17 и интегратор 18, вход которого соединен с выходом блока 8 инверсии, регистр сдвига 15 подключен к усилителю 11, выхбды которого соеаинены с управляющими входами импульсных прерывателей 12,1 - 12, N , выход одновибратора 16 подключен к другим входам интегратора 18 и блока 6 изменения структуры. Блок 7 сравнения содержит последовательно соединенные формирователь 19 пилообразного напряжения и компаратор 20, причем вход формирователя 19 соединен с импульсным преобразователем 9 тока якоря, а выход компаратора 2О с одним из входов блока 5 переключения и 1 вторым входом триггера 21 блока 8 инверсии. Блок -8 инверсии содержит последовательно соединенные .триггер 21 и схему 22совпадения, первые входы которых подключены к преобразователю 9 тока якоря, а выход схемы 22 - к одному из входов блока 5 переключения. Якорная цепь электродвигателя. 14 шунтирована обратным диодом 23, Устройство работает следующим образом, Регулирование тока якоря 14 осуществляется с постоянной частотой, определяемой задающим генератором 2, При увеличении относительной продолжительности включения J до - 0,5 блок б осуществляет изменение логическим управлением импульсных прерывателей 12,1 12. К1 , Если ранее ,5 (первая структура управления) импульсы постоянной частоты от формирователя 3 поступают на включение импульсных прерывателей 12,1- 12, N , а выключение последних осуществляется при достижении током Id величины тока уставки I у то при 7 0,5 (вторая структура управ ления) импульсы постоянной частоты поступают на выклю.чение прерывателей 12,1 - 12, KJ а на включение - при спа-. дании тока 1 л ДО величины I . Информация о величине 1 л в импульсной форме с преобразователя 9 поступает на входы блоков 7 и 8, Формирователь 19 преобразует импульсный сигнал в напряжение пилообразной формы, сравнивающееся компаратором 20 с напряжением УЭ, соответствующее току Iv , Триггер 21, на входы которого поступают импульсы с выхода блоков 7 и 9, устанавливается в противоположные устойчивые состояния. Выходное напряжение схемы 22 совпадения соответствует О, При ис5100чезновении импульсов с выхоца блока 7 ) триггер 21 устанавливается в одно устойчивое состояние и на выхоое блока 8появляются импульсы напряжения. . Таким образом, исключается оановремен ное появление импульсов напряжения на выхоаах блоков 7 и 8. При отсутствии тока 1/J преобразователь 9 генерирует импульсы напряжения с начальной частотой . При этом импульсы и. (фиг. 2) блока 7 имеют дли- тельность, пррпо{щиональную току | у ; напряжение U О блока 8 разрешает заряд накопительного конденсатора интег ратора 18. Напряжение Ug на выходе последнего превышает эталонное напряжение Ug компаратора 17 и при Uo О с его выхода запрещается генерация им- пульсов ° ° Р °Р° ® ходные напряжения регистра 15 равны 1, а напряжения на управляющих входах прерывателей 12,1 - 12. N имеют нулевой потенциал. На пербой структуре управления (,5) импульсы постоянной частоты от формирователя 3 поступают через блок 5 на первый вход триггера Ю (напряжение Ug- ), устанавливая его в одно устойчивое состояние. Напряжение U7 с прямого выхода триггера 1О поступает через усилитель 11 на управляющий вход первого прерывателя 12.1. Ток 1л и частота импульсов, гене- . рируемых преобразователем 9, увеличи- ваются. При достижении током id величины r j-Удблок 7 прекращает формирование импульсов U . На выходе блока 8 появляется импульс (Jg i который через блок 5 поступает на второй вход тригг«ра 1О (напряжение OJ. устанавливая его в противоположное устойчивое состояние. Управляющее напряжение прерывателя 12.1 в соответствии с сигналом Uy уменьшается до нуля, ток 1и и частота преобразователя 9 уменьшаются до появ- ления на первом входе триггера 1О импульсов постоянной частоты (J-j. Данный триггер 10 устанавливается в первоначаль ное состояние и при U7 l.прерыватель 12.1 открывается.Палее описанный процесс повторяется. При увеличении Т 0,5 блок .3; после прохождения импулЕла (J осуще- ствляет. коммутацию логических элементов блока 5. В этом случае происходит переключение импульсов Uc с первого на второй вход триггера 10, запрещение импульсов Urt от блока 8 и разрешение на прохождение импульсов U;f на первый вход триггера 10, Следовательно, при изме07 нении структуры управления прерывателем 12.1 (,5 к Г 0,5) ток якоря .Ijl переходит значение тока уставки | и увеличивается до момента поступления на второй вход триггера 10 импульса (J от формирователя 3. Триггер 10 устанавливается в противоположное устойчивое состояние и напряжением UT О через усилитель 11 закрывается прерьтатель 12.1. Ток -1 и частота преобразователя 9 уменьшаются и при спадании первого , до величины f блок 8 прекращает формирование импульсов U. На выходе блока 7 появляется импульс U i который через блок 5 поступает на первый вход триггера 1О (напряжение (J) устанавпнвая его в первоначальное состояние. На- пряжение U-y 1 через усилитель 11 открывает прерыватель 12.1. Ток -i и частота преобразователя 9. увеличиваются до момента поступления на второй вход триггера 10 (напряжение U) импуль- сов Uj . Далее -описанный процесс регу- лирования тока прИЗГ О,5 повторяется. Таким образом, постоянная частота регулирювания тока при изменении обео печивается путем принудительного включения прерывателя 12.1 при 2 0,5 и выключения, при 0,5. При появле} ии импульсов U с выхода блока 8 ранее заряженный накопительный конденсатор интегратора 18 .разряжается и напряжение (Jg с его выхода становится меньше напртжепия (J компаратора 17. Напряжение (J принимает значение равное 1, однако напряжение 0, на выходе одновибратора 16 сохраняет значение равное О, так как он срабатывает по спадающему фронту импульса Од. При увеличении Xtnax ульсы U;( выхода блока 7 запрещаются зоной действия блокировочных импульсов . На входы триггера 10 поступают импульсы (J и Ул соответственно, открывающие прерыватель 12.1. Регулируемый ток 1 не поддерживается на уровне тока уставки и при1- | блок 8 прекращает формирование импульсов O/j. Напряжение -й выходе интегратора 18 yвeличивaeт ся и при UD напряжение (Jn О. Одновибратор16 формирует импульс , который разряжает накопительный конденсатор интегратора 18 и переключает триггерную схему блока 6. Одновременно на первом выходе регистра 15 форм руется О, разрешающий посгоянное включение прерывателя 12.1 и прохожде ние импульсов (J-j через усилитель 11 на управляпоЩий вхоц второго прерывате ля 12.2. Так как величина номинально- го питающего напряжения двигателя 14 разйита на N интервалов, то напряжение U-J/1 на нем при Uy I (пр рьшатель 12.2,включен) увеличиваемся в два раза Ток i возрасгает и при -1 быхоце блока 8 формируются импульсы Уу. поступающие на второй вход триггерной схемы блока 6, выходные сигналы кото рого, коммутируя логические элементы блока 5, устанавливают первую структуру управления ( 0,5). Далее осуще ствляется - аналогичный описанному процесс регулирования тока i/i на уровне величины (м . При дальнейшем увеличении скорости двигагеля 14 выходными сигналами регистра 15 осуществляется поэтапное включение 12.3, 12.4 и т.д. прерывателей, а прерыватель 12. W обеспечивает поддержание тока l/i на заданном уровне Таким образом, как видно из работы устройства, в результате поэтапного включения (и-l) прерывателей в функцйи и периодической коммутации N пре рыка те ля с частотой задающего генератора напряжение U на двигателе описы вается следующим выражением: M.,,... ,-еи... u;;; Ts-b (-t)T. где и , (i, .,.. , ON - выходные напря же17ия прерывателей 12.1, 12.2, ..., ..-.12bL, /у- у - относительная продолжительность включения и период кЬммутации прерывателя ,Н . Следовательно, мгновенное значение напряжения на нагрузке приближается к аналоговой форме, что обеспечивает по- вьпиение качественных показателей регулируемого тока, в частности уменьшение пульсаций тока. Кроме того, предлагае- мое устройство обеспечивает расширение диапазона регулирования скорости путем уменьшения в N раз минимально возможного среднего значения напряжения. Формула изобретения Устройство для управления электродвигателем постоянного тока, содержащее блок питания и генератор, задающих импуль сов, подключенный через формирователи блокировочных и задержанных импульсов к входам блока переключения, другие входы : которого подключены к выходам блока изменения структуры, блока сравнения и блока инверсии, соединенного с импульсным преобразователем тока якоря, выходы блока переключения подключены через тригтер к блоку изменения структу- ры, к другому входу которого поцключен формирователь задержанных импульсов, выхоц триггера соединен с усилителем, включенным в цепь управления импульсным прерывателем, о тличающеёся тем, что, с целью повышения качества регулирования и расширения диапазона регулирования скорости, в него дополнительно введены ( у - i ) указанных импульсных прерьшателей и распре целительные диоды.причем выходы игЛпульсных прерывателей через разделительные циоаы объединены и подключены . к вывоцу якорной обмогки электродвигателя, второй вывод которой подключен к блоку питания, последовательно соединенные регисгр сдвига, одновибратор, компаратор и интегратор, вход которого соединен с блока инверсии, регистр сдвига подключен к усилителю, выходы которого соединены с управляющими входами импульсных прерьтателей, выход одновибратора подключен к другим входам интегратора И блока изменения структуры. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР МЬ 395296, .кл. В бОЬ 15/04, Н 02 Р 5/16, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 481476, кл. В 60 L 15/04, Н 02 Р 5/16, 1976.

sp

vr7v74

- IS

22

-d

I

Фиг. и

imr innnnn

i}

U,

П ,, П П

UB

,4VUMWMt M/M WM.iM(

I/O I I

I

r%

п

I