Электропривод постоянного тока Советский патент 1984 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в широкорегулируемых и следящих электроприводах постоянного тока, в средствах активного контроля, в роботах, манипуляторах, в механиэмах подач.

Известен электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель и последовательно соединенные источник задания, узел сравнения, регулятор частоты вращения, формирователь импульсов зтравления, усилитель мощности с четырьмя управляк щими входами, два управляющих входа которого подключены к вьтходу Лормирователя имгульсов, тахогенератор, выход которого подключен к второму входу сравнения, ключ, один выход которого подсоединен к входу регулятора частоты вращения, а другой к его выходу, выпрямитель, вьтеоди которого соединены с соответствугадими входами стабилизатора напряжения Электропривод производит замнкание регулятора частоты вращения на фиксированное время, равное времени переходных процессов в электро.приводе, вызванных включением сети, исключает накопление заряда на корректирунадей емкости регулятора частоты вращения и проворот вала двигателя при включении С13.

Недостатком этого электропривода является низкая надежность, так как закорачивание регулятора частоты вручения при включении сети не устраняет вредное влияние переходных процессов в других узлах схемы. Кроме того, данная схема не учитывает влияние переходных процессов в электроприводе при включении сети и обрыве фазы и неустойчивость работы его отдельных элементов и узлов при понижении и повышении сети.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемсжу является электропривод, содержащий электродвигатель и последовательно соединен ные источник задания, узел сравнения .регулятор частоты вращения, формирователь импульсов управления, усилитель мощности с четьтрьмя управляющим входами, выход которого подключен к электродвигателю, тахогенератор, вых которого подключен к второму входу узла сравнения, ключ, один.выход которого подсоединен к входу регулятора частоты вращения, а другой - к его выходу, пороговый элемент с регулируемой зоной нечувствительности и источник питания с общей шиной l2J

Недостатком этого электропривода является низкая надежность, обусловленная тем, что временная задержка, играющая положительную роль в защите электропривода при включений сети

задерживает на определенное время информацию об изменении параметров сети, что исключает срабатывание в нужный момент порогового элемента а это, в свою очередь, может привести, к.изменению выходных параметров элементов и узлов схемы, выходу их из строя или срыву в управлении. Крме того, указанный привод ненадежен ввиду того, что не обеспечивается запирание всех каналов усилителя мощности при включении сети и не учтывается вредное влияние переходных процессов в приводе при выключении сети, что может привести к выходу из строя отдельных элементов.

Цель изобретения - повьцтюние надежности электропривода.

Поставленная цель достигается те что в электропривод постоянного ток содержащий электродвигатель и последовательно соединенные источник ;задания, узел сравнения, регулятор частоты вращения, формирователь импульсов управления, усилитель мощности с четырьмя управляющими входами, выход которого подключен к электродвигателюу тахогенератор, выход которого подключен к второму входу узла сравнения, ключ, один выход ксггорого подсоединен к входу регулятора частоты вращения, а другой - к его выходу, пороговый элемент с регулируемой зоной нечувствительности и источник питания с общей шиной, дополнительно введены узлы запрета, включенные мекду формирователем импульсов управления и управляющими входами усилителя мощности, два диода, конденсатор, три резистора, узел запуска, элемент И-НЕ, инвертор и элемент задержки переднего фронта импульс.а, а источник питания выполнен в виде выпрямителя и стабилизатора напряжения, причем катод первого диода, анод второго диода, зажимы первого и второго резисторов подключены к положительному полюсу выпрямителя, второй зажим первого резистора, зажим третьего резистора, одна из обкладок конденсатора и анод первого диода подключены к входу по рогового элемента с регулируемой зоной нечувствительности, второй зажим второго резистора и вторая

обкладка конденсатора подключены к общей шине, катод второго диода подключен к положительному вводу стабилизатора напряжения, второй зажим третьего резистора подключен к отрицательн «у выводу стг1билизатора напряжения, к выходу порогового элемента с регулируемой зоной нечувствительности последовательно подключены элемент И-НЕ, инвертор и элемент задержки переднего фронта импульса, выход которого подключен к управляшцим входам ключа и узлов запрета, к второму входу элемента И-НЕ подключен выход узла запуска, один вход которого подключен к выходу инвертора, а второй - к положительному выводу стабилизатора напряжения. Кроме того, элемент задержки пер него фронта импульса содержит резистор, конденсатор диод, пороговнй элемент и схему совпадения, причем -первый зажим резистора, катод диода и первый вход схемы совпадения соединены с входом узла задержки переднего фронта импульса, второй зажим резистора, анод диода и одна из обкладок конденсатора соединены с входом порогового элемента, вторая обкладка конденсатора соединена с оацей шиной, выход порогового эле мента соединен с вторым входом схемы совпадения, а выход схемы совпадения является вькодом элемента задержки переднего фронта импульса. На фиг. 1 представлена схема уст ройства; на фиг.2 - схема узла задержки переднего фронта импульса; на фиг. 3-5 - диаграммы, пояснякщие работу устройства. Электропривод содержит электродвигатель 1 и последовательно соединенные источник 2 задания, узел 3 сравнения, регулятор 4 частоты вращения, формирователь 5 импульсов управления, усилитель 6 мощности с управляющими входами, выход которого подключен.к электродвигателю 1, тахогенератор 7, вькод которого подключен к второму входу узла 3 сравнения, ключ 8, один выход которого подсоединен к входу регулятора 4 частоты вращения, а другой к его выходу. Кроме того, электропривод содержит источник питания, вьшолненный в виде выпрямителя 9 и стабилизатора 10 напряжения, а катод диода 11, зажимы резисторов 12 и 13, анод диода 14 подключены к положительному полюсу выпрямителя 9, анод диода 11 второй зажим резистора 12, одна из обкладок конденсатора 15 и зажим резистора 16 подключены к входу порогового элемента 17 с регулируемой зоной нечувствительности, диода 14 подключен к положительному /входу стабилизатора 10 напряжения, второй зажим резистора 13 и вторая обкладка конденсатора 15 подключены к общей шине, второй зажим резистора 16 подключен к отрицательному Bt .воду стабилизатора 10 .напряжения, к выходу порогового элемента 17с регулируемой зоной нечувствительности последовательно подключены элемент И-НЕ 18, инвертор 19 и элемент 20 задержки переднего фронта импульса, выход которого подключен к управлягадим входам ключа 8 и узлов 21-24 запрета, включенным между формирователем 5 импульсов управления и управляющими входами усилителя 6 мощности, к второму входу элемента И-НЕ 18 подключен внход узла 5 запуска, один вход которого подключен к выходу инвертора 19, а второй - к положительному вьшоду стабилизатора 10 напряжения. Элемент 20 задержки переднего фронта импульса содержит резистор 26, конденсатор 27, пороговый элемент 28, схему 29 совпадения и диод 30, причем первый зажим резисто ра 26, катод диода 30 и первьтй вход схемы 29 совпадения соединены с входом элемента 20 задерлски переднего фронта импульса, второй зажим резистора 26, анод диода 30 и одна из обкладок конденсатора 27 соединены с входом порогового элемента 28, .вторая обкладка конденсатора 27 соединена с общей миной, порогового элемента 28 соединен с вторым входом 29 совпадения, а выход схемы 29 совпадения является выходом элемента 20 задержки переднего фронта импульса. Электропривод работает следу щим образом. Разностный сигнал источника 2 задания и тахoreнератора 7, выделяемый на узле 3 сравнения, усиливается регулятором 4 частоты вращения и поступает на формирователь 5 импульсов управления, формирующий импульсы, скважность которых пропорциональна амплитуде управляющего сигнала. Далее импульсы через узлы 21-24 запрета поступают на усилитель б мощности и с него на двигатель 1. При включении питающей сети (фиг.3-5) с положительного полюса выпрямителя 9, развязанного от фильтрующей емкости стабилизатора 10 диодом 14, через резистор 12 поступает нестабилизированное напряжение положительной полярности (фиг.3-5а) на вход порогового элемента 17 с регулируемой зоной нечувствительности (фиг.3-56). Пороги срабатывания порогового элемента 17 выставляются соответственно приведенным значениям максимально и минимально допустимых напряжений питающей сети, а напряжение UQ рабочей точки - приведенному значению номинального напряжения сети с помощью резистора 16. Конденсатор 15 совместно с резистором 12 выполняет роль фильтра, постоянная времени разряда которого во много 5 меньше постоянной времени стабилизаторэ 10 напряжения, питакщего все узлы схемы управления и постоянной времени фильтра питания усили теля б мощности. Таким образом, при включении электропривода и номинальном напря жении сети пороговый элемент 17 с регулируемой зоной нечувствительности вырабатывает логическую единицу, поступающую на один из входов элемента И-НЕ 18. Одновременно на. другой его вход поступает единичный импульс с узла 25 запуска. Последний собран таким образом, что при поступлении на один из его входов положительного напряжения питания в момент включения сети он вьщает одиночный положительный импульс, который компенсирует задержку элементами И-НЕ 18 и инвертором 19 переднего фронта сигнала. Через второй его вход, гальванически связанный с выходом, сигнал проходит беэ логического изменения. Как видно из графиков, данная обратная связь с узлом 25 запуска обеспечивает на выходе инвертора 19 логическую единицу как в момент включения сети, так и в процессе дальнейшей работы электропривода при условии, что напряжение находится в допустимых пре делах {фиг.3-5д). Далее элемент 20 задержки переднего фронта импульса задерживает передний фронт входного сигнала (перепад от нуля до единицы) И удерживает запирание регулятора 4 частоты вращения с помогпью ключа 6 и четыре канала усилителя 6 мощности посредством узлов 21-24 запрета на время переходных процессов в электроприводе при включении сети (фиг.3-5е) на время tja. При поступлении на вход эоемента 20 задержки переднего фронта импульса конденсатор 27 заряжается через резистор 26. Постоянная времени заряда выбирается таким образом, чтобы она равнялась или была больше времени переходных процессов в различных узлах электро привода. После заряда конденсатора 27 срабатывает пороговый элемент 28 .и открывается схема 29 совпадения, так как на другой ее вход уже посту пил :имйульс со входа .с Задний фрон импульса отрабатывается схемой сразу, так как при исчезновении положи тельного напряжения на первом входе схемы 29 совпадения, связанной с входом всего узла, она мгновенно возвращается в нулевое состояние. Диод 30 в этом случае разряжает конденсатор 27 до нуля и возвращает всю схему в исходное состояние. При понижении или повы;1ений напряжения сети сверх допустимых пре делов пороговый элемент 17 с регул руемой зоной нечувствительности вы- . дает логический ноль {фиг.3,4г), который передается на элемент 20 задержки переднего фронта импульса и отрабатывается без задержки, так как перепад входного сигнала от единицы до нуля является задним фронтом входного сигнала. Таким образом, на регулятор частоты вращения и четыре канала усилителя мопности поступаент команда на запирание. Как видно из графиков при понижении или повыь- ении напряжения сети сверх допустимых пределов быстроействие запирания электропривода зависит от времени разряда рдэ и заряда 5д роответственно конденсатора 15 (фиг.3,). В обоих случаях это время значительно меньше постоянной времени фильтра стабилизатора 10 напряжения (фиг.3г4в) и фильтра усилителя 6 мощности. Элемент И-НЕ 18, инвертор 19 , и узел 25 запуска выполняют роль электронной защелки. При повышении или понижении напряжения сети сверх допустимых пределов логический ноль с инвертора 19 через узел 25 запуска поступает на второй вход элемента И-НЕ 18f Теперь даже при установке номинальных значений сети на выходе инвертора 19 - логический ноль, который удерживает электропривод в отключенном состоянии. Данная защелка особенно важна при кратковременных провалах напряжения сети, которые вызывают срывы в управлении электропривода. При обрыве фазы питающей сети, в момент отсутствия напряжения указанной фазы, отпирается диод 11 и происходит разряд конденсатора 15 через резистор 13 на ойцую мину. Так как заряд конденсатора 15 происходит через резистор 12, а разряд через резистор 13 и резистора 13 выбрана меньше практически на порядок величины резистора 12, т.е. разряд происходит на порядок быстрее« чем заряд, то обрыв фазы питаквдей сети приводит к значительному (более 30li) снижению напряжения на конденсаторе 15, поэтому работа электропривода при обрыве фазы питающей сети аналогична работе при недопустимом понижении напряжения питающей сети. При выключении сети(фиг.5) напряжение на силовом источнике питания и стабилизаторе 10 напряжения, питакщего управление, спадает медленно йзт-за емкостей фильтров (фиг.5в). Это особенно опасно для транзисторных и транзисторно-тиристорных электроприводов, в котррых медленное спадание амплитуды управлякгпих импульсов может привести к выводу силовых транзисторов из зоны насыщения в активную зону, что сразу приводитк выходу транзистора из строя.

При выключении сети конденсатор 15 разряжается через диод 11 и резистор 13 на нулевую шину. Таким образом, в момент выключения сети напряжение на входе порогового элемента 17 с регулируемой зоной нечувствительности (фиг.56) падает значительно быстрее, чем на силовом

источнике и стабилизаторе 10 напряжения, а следовательно, запирание электропривода по управлению и закрывание ключей происходит на порядок быстрее их выхода из насыцения (фиг.5е).

Таким образом, предлагаемая схема значительно повыиает нгщежность путем увеличения быстродействия запирания электропривода в режимах переходных процессов при включении и выключении сети и аварийных режимах при изменении параметров сети

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содерхсаций электродвигатель и последовательно соединенные источник задания, узел сравнения, регулятор частоты враидения. Формирователь импульсов управления, усилитель мсядности с четырьмя управлягацими входами, выход которого под-ключен к электродвигателю, тахогенератор, выход которого подключен к второму входу узла сравнения, ключ, один выход которого подсоединен к входу регулятора частотн вращения, а другой - к его выходу, пороговый элемент с гегулируемой зоной нечувствительности и источник питания с общей шиной, о т ли ч аю щ и и с я тем, что, с иелью поВ1шения надежности, в него введены узлы запрета, включенные меуэду формировате 1ем импульсов управления и управляющими входами усилителя мощности, два диода, конденсатор, три резистора, узел запуска, элемент К-НЕ, инвертор и элемент задержки переднего фронта импульса, а источник питания выполнен в виде выпрямителя и стабилизатора напряжения, причем катод первого диода, зажимы первого и второго резисторов, анод второго диода подключены к положительному полюсу выпрямителя, анод первого диода, второй зажим первого резистора, одна из обкладок конденсатора и зажим третьего резистора подключены к входу порогового элемента с регулируемой зоной нечувствительности, катод второго диода подключен к положительному входу стабилизатора напряжения, второй, зажим второго резистора и вторая обкладка конденсатора подключены к о&цей шине, второй зажим третьего резистора подключен к отрицательному выводу стабилизатора напряжения, к выходу порогового элемента с регулируемой зоной нечувствиi тельности последовательно подключены элемент И-НЕ, инвертор и эле(Л мент задержки переднего фронта импульса, выход которого подключен к управлякцим входам ключа и узлов запрета, к второму входу элемента- К-НЕ подключен выход узла запуска, один вход которого подключен к выходу инвертора, а второй - к положительному выводу стабилизато-j ра напряжения. -ч| 2. Электропривод по п. 1, о т со личающийся тем, что элемент задержки переднего фронта им00 пульса содержит резистор, конденсась тор, диод, пороговьй элемент и схе-. му совпадения, причем:первый зажим -ч резистора, катод диода и первый вход схемы совпадения соединены с входом узла задержки переднего фронта импульса, второй зажим резистора, анод диода и одна из обкладок конденсатора соединены с входом порогового элемента, вторая обкладка конденсатора соединена с общей шиной, выход порогового элемента соединен с вторым входом схемы совпадения, а выход схемы совпа.дения является выходом элемента задержки переднего фронта импульса.

гб

0-4

iltf JttMl mM li

Vcp

us .Ue

Uepi

4z

r

/