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

рой вход третьего и первый вхоа .шестого логических элементов И-41Е объединены и образуют пятый вход, выходы первого и шестого логических элементов И-НЕ подключены соответственно к первому и второму входам первогх) логического элемента И, выход которого образует первый выход блока управления разгоном двигателя, выходы третьего и четвертого 10 42 логических элементов И-НЕ подключены соответственно к первому и второму входам второго логического элемента И, выход которого образует второй выход блока управления разгоном двигателя, а выходы второго и пятого логических элементов И-НЕ образуют соответственно третий и четвертый выходы блока управления разгоном двигателя.

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТО- ЯНРЮГЬ ТСЖА, содержащий электродвигатель постоянного тока с усилителем мощности Н датчиком частоты вращй1ия, через первый формирователь импульсов связанным со входами первого и второго R5 -триггеров, одновременно связанными через второй формирователь импульсов с выхоаом последнего разряда счетчика импульсов, подключенного к задакмцему г«1ератору, причем прямой выход перво^ го R5 -триггера связан со входом "Установка О" счетчика импульсов и с R-axo^- uOiM третьего R5-триггера через третий формирователь импульсов, о т л и ч а — ю щ и и с я тем, что, с целью повы- щения точности стабилизации частоты вращения, в него ввеа^ш четвертый формирователь импульсов, блок задержки, блок совпадения, тричштегрирукших блока и бл(ж управл^ия разгоном двигателя, пе|^ый вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, второй вхоц соеаинен с выходом первого формнрователя импульсов, третий вход через первый интегрирующий блок подкло чей X. прямому выходу первого I?S -три1^- гера, оововременно подключшному ко вхо>& цу Tpetbero формирователя импульсов ч^юз блок задержки, четвертый вхсячерез второй интегрирующий блок соединен ^с прямым в?1ходом второго R3-TpHrv гера, инверсный выход которого ПОДКЛКУ» ч^ к усилителю мощности и через третий интегрирующий блок соединст[ с пятым входом блока уп^явл^ия разгоном элек1>&- родвигателя, первый, второй, третий и четвертый ш«соды которого подключены соо-тоете твевио k S нвходу я R-гвходу nejv вого RS -триггере к R-входу и первому S-входу второго Р5-триггера, второй 5—вход которсн^о соедвн»! с выходом ^ блока совпадения, к первому и второму входам которого подключены соответст*- вен1Ю выход последнего разряда и выход первого разряда счетчика импульсов, к третьему входу подключен jipaMou выход третьего R5 -триггера, к б -входу которого через четвертый формирователь импульсов пооключ^ инверсный выход первого R6 -триггера, а четвертый вход блока совпадения через пе[:шый формиро«>& ватель импульсов соединен с датчиком частоты вращения электродвигателя.2. Электропривод по п. 1, о т л »- чающийся тем, что блок управле« 'ния разгоном двигателя содержит шесть 'логических элемштов И-НЕ и два логических элемента И, 'причем первые шсоды первых трех логических элементов И-НЕ объединены и образуют первый вход блока управления разгоном, двигателя, второй вход которого образуют объединенные вторые входы других трех логических [эл^еятов И-НЕ, второй вход второго в '• первый вход пятого логических элементов И-НЕ обьединеиы и образуют третий вхоа, второй вход первого и первый вход чет^ вертого логических элементов И-НЕ ofe- единены и образуют, четвертый вход,вт»-I(Л

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в .прецизионных электроприводах, в которых применяется дискретно-фазовый способ управления. Известен электропривод постоянного тока, содержащий двигатель постоянного тока с усилителем мощности и датчиком частоты вращения, задающий генератор, . делитель частоты (счетчик), логический блок фазового сравнения частот г. Указанный электропривод обладает ограниченной устойчивостью в области малых нагрузок и при резком изменении напряжения питания двигателя, а также большой динамической ошибкой переходно процесса при скачкообразном изменении нагрузки. Наиболее близким к изобретению дю тежнической сущности {юдяется электропривод .постоянного тока, содержащий электродвигатель постоянного тока с усилителем мсяцностн и датчиком чЪстоты вращения, через первый формировав тель импульсов связанным со входом первого и второго R5 -триггеров, одновременно связанными через второй формирователь импульсов с выходом послед него разряда счетчика импульсов, подклк ченного к задающему генератору, причем прямой выход первого R 5-триггера связан со входом Установка О счетчика импульсов и 1 -вхоаом третьего RS триггера через третий фо{я(11рователь им пульсов 2. Он обладает существенными недоста р камй. В области малых нагрузок сир темы, имекхцие лишь три R6 -триггера, бе специальных схем коррекции, как правил обладают большим временем переходного процесса и значительной динамической ошибкой, т.е. при входе в синхронизм в таких системах наблюдается качание частоты вращея т около уровня стабилизации довольно продолжительное время. Кроме этого, в указанных системах уровень стабилизации частоты вращения весьма чувствитепет к незначительным внешним возмущенн5ум (колебаниям напряжения питания двигателя, внезапным изменениям величины нагрузки и т.д. ), т.е. частота вращения двигателя отклоняется от стабилизируемого уровня при этих возмущениях. Цель изобретения - повышение точности стабилизации частоты вращения элек-п родвигателя постоянного тока, Поставленная цель достигается тем, что в электропривод постоянного тока, содерисащий электродвигатель постоянного тока с усилителем метцности и датчиком частоты вращения, через первый формиро ватель импульсов связанным со входами первого и второго RS-триггеров, одновременно связанными через второй формирователь импульсов с выходом последнегр разрвща счетчика импульсов, подключенного к задающему генератору, причем прямой выход первого 1 5-триггера связан со входом Установка О счетчика импульсов и R-входом третьего R 5-триггера через третий формирователь импульсов, введены четвертый формирователь импульсов, блок задержки, блок совпаде}шя, три интегрирующих блока и блок,управления разгоном двигателя, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, второй вход соединен с выходом первого формирователя импульсов, третий вход через первый интегрирующий блок подключен 3lO к прямому выхоцу первого RS -триггера одновременно подключенному ко входу третьего формирователя импульсов через блок задержки, четвертый вход через BTOpcrit интегрирующий блок соединен с прямым выходом второго R5-триггера, инверсный выход которого подключен к усилителю мощности и через третий ин- тегрирукядий блок соецинен с пятым вхооом блока управлшия разгоном электродвигателя, первый, второй, третий и. четвертый выходы которого подключены соответственно к 6 -входу и R-входу первого RS -триггера, к R-входу и первому S -«ходу второго R5-триггера, второй S -вход которого соедини с выхоаом блока совпадения, к первому и второму васодам которого подключены соответственно выход последнего разря,аа и выход первого разряда счетчика импульсов, к третьему входу подключен прямой выход третьего R5-триггера, к S-входу которого через четвертый формирователь импульсов подключен инверсный выход первого I S-триггера, а червертый вхоп блока совпадет1ия через пер вый формирователь импульсов соединен с датчиком частоты вращения электродви гателя. t ,. Кроме того, блок управления разгоном двигателя содержит шесть логических элементов И-НЕ и два логических элеM tTa И, причем первые входы первьк трех логических элементов И-НЕ объединены и образуют первый вход блока управл@1ия разгоном двигателя, второй вход которого образуют объединенные вторые входы других трех логических элементов И-НЕ, второй вход второго и переый Bixoa пятого логических элементов И-ЛЕ объединены и образуют тре тяй вход, второй вход первого и первый вход четвертого логических элементов И-41Е объединй1ы и образуют четвертый вход, второй вход третьего и первый вход шестого логических элементов И-НЕ обьединенъ и образуют пятъ1й вход, выходы первого и шестого логических элементов И-НЕ под«;лючены соответственно к первому и второму входам первого логического элемет1Т1а И въкоц которого образует первый въкод блока управления разгоном двигателя, выходы третьего и четвертого логических элементов И-НЕ подключены соответственно к первому и второмуВходам второго логического эл& менте И, выход которого образует второ выхоа бяока управления разгоном двигат 42t ля, а выходы второго и пятого логических элементов И-НЕ обрпзуютг соответственно третий и четвертый выходы блока управления разгоном пвигателя. На фиг. 1 прецставлена функпиональная схема устройства; на фиг, 2 - принципиальная схема логического узла; на фиг. 3 временные диаграммы работы функцио- . нальной схемы с логическим узлом. Электропривод постоянного тока со- s держит электродвигатель постоянного тотока 1 (фиг. 1), подключенный к усилителю мощности 2 и снабжй1ный датчиком частоты вращения 3, через первый формирователь импульсов 4, связанный со входами переого (частотного) 5триггера 5 и второго (фазового) R5триггера 6, одновременно связанными через второй формирователь импульсов 7 с вь1ходом последнего разряда (2 ) двоично-десятичного счетчика 8, подключи ноге к задающему генератору 9. Прямой выход первого R5 -триггера 5 связан со входом Установка О указанного счетчика и 1 -тВходом третьего (фазочувствительного) R5 -триггера 1О через третий формирователь импульсов 11. Электропривод также содержит четвертый формирователь импульсов 12, блок задержки 13, блок совпадения 14, три интегрирукяцих блока 15, 16 и 17, блок управления разгоном двигателя 18, пер вый вход которого соединен с въкодом второго формирователя импульсов 7, второй вход соединен с выходом первого формирователя импульсов 4, третий вход через первый интегрирующий блок 15 подключен к прямому выходу первого RS-триггера 5, одновременно подключен ному ко входу третьего формирователя 1п 1пульсов 11 через блок задержки 13. Четвертый вход через второй 1р1тегриру- юший блок 16 соединен с прямым выходом второго RS-триггера 6, инверсный которого подключен к усилителю мощности 2 и через третий интегрирующий блок 17 соединен с пятым входом блока управления разгоном двигателя 18. Первый, второй, третий и четвертый выходы блока управления разгоном двигат& ля 18 подключены соответственно JK S .входу и R-входу первого Ff 5-триггера 5, к и первому 5 -входу второго RQ - Tpmrepa 6, второй 5 -вход которого соединен с выходом блока совпадения 14, к первому и второму входам которого подключены соответственно выход последнего разряда (2) выход первого разряди S10 (2) авоичио-ч1есятинного счетчика 8. К третьему вхоцу блока совпадения 14 псаключей прямой выхоа третьего -триггера Ю, к 3. -вхоау которого через чет вертый формирователь импульсов 12 попключей инверсный выход первого 1 5триггера 5. Четвертый вхоц блока совпацения 14 через первый формирователь импульсов 4 соеаинв с цатчиком чао тоты вращения 3. Кроме того, блок управления разгоном авигателя 18 содержит шесть логических элементов И-НЕ 19-24 (фиг. 2) и ава логических элемента И 25 м И 26. Пер вые вхоцы первых трех логических элементов И-НБ 19-21 объединены и образуют первый вход 27 блока управления разгоном авигателя 18, второй вход 28 которого образуют объединенные вторые входы других трех логических элементов И-НЕ 22-24. Второй вход второго и первый вход пятого логических элементов И-НЕ 2О и И-НЕ 23 объединены и образуют третий вход 29. Второй вход первого и первый вход четвертого логических элементов И-НЕ 19 и И-НЕ 22 объединены и образуют четвер- i тый вход ЗО. Второй вход третьего и пе{5вый вход шее того логических элементов И-НЕ 21 и И-НЕ 24 объединеты и обрйзуют пятый Ьхоц 31. Выходы первого и шестого логических элементов И-НЕ 19 и И-41Е 24 подключены соответственно JK пёрзому и второму входам первого, логического элемента И 25, выход которого образует первый выход 32 блока управления разгоном двигателя 18. Выходы третьего и четвертого логических элементов 21 и И-ДЕ 22 подклю. чеяы соответственно к первому и в торому входам второго логического эл&мента И 26, выход которого образует вгороК выход 33 блока управления разгоном двигателя 18. Выходы второго и пятого логических элементов И-41Е 20 и И-НЕ 23 образуют соответственно третий 34 и четвертый 35 вьосоаы блоке управдевия разгоном двигателя 18. Электропривод работает слеоуюшим . Ъ исходном состоянии -триггеры 6 и 5 (фиг. 1) находятся соответства1но в состояниях логической 1 и логичесхого Поскольку Q, , то аввгател 1 выключая. На пержый вход блока управлевия разгоном двигателя 18 поступает непрерывная послецователыность коротких положительных импульсов с чао 26 тотой 1 2. / ( Q7 )- Первый импульс с выхода формирователя импульсов 7 проходит через логический элемент И-НЕ 19 (фиг. 2), который открыт прямым состоянием второго RS -триггера 6, и через логический элемент И 25 (на втором входе блока управления разгоном двигателя 18 при этом логический О , поэтому I и логический элемент И 25 открыт) потенциалом нуль опрокидывает первый ,-триггер 5 (фиг. 1) в состояние логической 1. Последним состоянием- открывается логический элемент И-ЛЕ 20 (фиг.2), через который проходит второй импульс с выхода форми « рователя импульсов 7 -(фиг.), обнуляя R5 -триггер 6. Состоянием логической с инверсного выхода RQ-триггера 6 (Q) двигатель 1 включается. Начинает р ся разгон двигателя 1 по естественной характеристике, так как состояние второго R5 -триггера 6 не меняется и, следовательно, на двигатель 1 подано nocTOsra- ное напряжение. Третий импульс с выхода формирователя импульсов 7 проходит через открытый логический элемш1т И-НЕ 21 (состояниемОб ),обнуляя первый (частотный) R6-триггер 5. С этого мента времени, вплоть до прихода первого импульса с выхода фо{ 4ирователя импул сов 4, состояние R 5-триггеров 6 и 5 не-м 1яется, так как импульсы с выхода формирователя импульсов 7, прохоая ч рез логический элемент И-НЕ 21, подтверждают нулевое состояние R5--триггера 5, которое блокирует логический элемент И-НЕ 23, пропускающий импуль сы на установку i 5-триггера 6 в состояние логической . Первый импульс с выхода формирователя импульсов 4 проходит через логический элемент И-НЕ 24 и устанавливает первый (частот ный) RS-Tf«rrep5 В состояние логической . По перепаду Н5«-1рип гера 5 через интервал времш1И фор мируется короткий импульс для сброса двоично-десятичного счетчика 8 и л реть- его R5 -триггера Ю в нулевое состовняе. Двоично-десятичнъ1й счетчик 8 начинает счет импульсов с задающего генератора 9; по оксжчании счета двоично-десятич ный счетчик 8 обнуляется, а на выходе фррмирователя импульсов 7 образуется короткий импульс, который обнуляет триггер 5 и переводит в состояние лот ческой l.| S -триггер Ю. Состояние второго (фазового) R5 -триггера 6 при этом не изменяется, i Двоично-десятичный

счетчик 8 вновь начинает счет импульсов с аацакицего гетюратора 9. Если импульс с датчика частоты вращения 3 прихогшт раньше, чем кончится пересчет на 10, то через интервал времени С , по пере- 5 пацу О - 1 с прямого выхода R5,-триггера 5 формируется импульс, который обнуляет авоичнотдесятичный счетчик 8 и третий R 5-триггер 10. Таким образом, авоично-десятичный счетчик 8 обнуляется и начинает счет по приходу каждого импульса с датчика частоты вращения 3 через интервал времени С- . Во время раа; гона двигателя 1 частота импульсов с датчика частоты вращения: 3 растет,15

интервал времени между импульсами с выходов формирователей импульсов 7 и 4 уменьшается. Когда этот интервал станет равным 2 2Т-, происх дит совпадение Юнро импульса задаю- 20 шего генератора 9 с импульсов датчика частоты вращения 3. При этом через блок совпадения 14 проходит импултас с выхода формирователя импульсов 4, который переводит второй (фазовый) R5- триггер 6 в состояние логической 1. Инверсным состоянием R5-триггера б при этом, через усилитель мощности 2, откликается питание двигателя 1. Момеит совпадения 10-го импульса зада- 30 юшето генератора 9 с импульсом датчика частоты вращения 3 означает равенство частот импульсов с выходов формирователей импульсов 7 и 4 (приблизительно с точностью Сз ), т.е. частота враше- 35 ння двигателя 1 достригает значения равнся о уровню стабилизации. Задержка t на обнуление RS,-триггера 10 нужна для того, чтобы на совпадения 1О. импульса задающего генера- 40 тора 9 с импульсом датчика частоты вращения 3, последний прошел через блок совпадения 14 (его четвертый вход) и перевел RS -триггер 6 в состояние логичесхой 1, выключая при этом дви- 45 цатель 1.

I,:

После момента совпадения частот импульсов с выходов формирователей импул( сов 7 и 4 двигатель 1 отключается, и импульсы с датчика частоты вращения 3 прюипят позднее. Сдвиг фаз &(f мокну импульсами с выходов формирователей нмп;ульсов 7 и 4 при этом увеличивается (режим входа в синхронизм). Палее, в режиме синх1Х 1Ной работы двигателя 1 состояние первого (частотного) I S-TpHr гера 5 не изменяется (подтверждается логнческая импульсами через ло

Я

гические элеменпл И-РШ 10 и И 25), а второй (фазовый) -триггер 6 обнуляется импульсами с выхода формирователя импульсов 7, проходящими черев открытый состоянием R5 -триггера 5 логический элемент И-НЕ 2О, и устанавливается в состояние логической 1 импульсами с датчика частоты вращения 3, которые проходят через открытый логический элемент И-4{Е 23. Третий ,триггер 10 при этом находится в состоянии логический О, блокируя прохождение импульсов с датчика частоты вра шения 3 через блок совпадения 14.

Йтбцс, при разгоне двигателя 1 (по естественной характеристике) сигнал на выключение двигателя 1 формируется на выходе блока совпваеяия 14 сразу (с точностью 03) по достижении ЮТ, Т; ц,, т.е. когда частота врашшш двигателя 1 стала равной уровню стабилизации и став приводит к резкому умен щению переходного процесса и динамической ошибки. При применении лишь блока управлв1ия разгоном двигателя 18 с интегрирующими блоками 15-17 и R5-триггерами 6 и 5, первое отключение двигателя 1 импульсами с датчика частоты вращения 3 через логический элемент И-НЕ 23 возможно- только при .Mr . т.е. тогда, когда за период импульсов с выхода формировате ля имйульсов 7 поступают два и более импульсов с датчика частоты вращения 3. Это резко увеличивает динамическую ошибку переходного процесса h. СО. Интегрирующие блоки 15-17 нужны для того, чтобы RS -триггеры 6 и 5 не включали логические элементы И-НЕ 19-24 блока управления разгоном двигателя 18 ранЕг ще окончания импульсов с выходов форч мир жателей импульсов 7 и 4 которые привели к срабатыванию I S-триггеров 6 и 5. Отсутствие интегрирующих блоков 15-17 приводит .к сбою работы блока управления разгоном двигателя 18 coBiмест«о с RS -триггерами 6 и 5. Примем нение блока управления разгоном двига теля 18 позволяет осушестеить разгон двигателя 1 до стабилизированной скорости не в импульсном рокиме, а под постоянным напряжением по естеств шой характеристике, что уменьшает ра гона двигателя. Применение этого блоха совместно с интегрирующими блокаци 15-17 и триггерами 6 и,5 позволяет в синхронном режиме повысить устойчивость работы, особенно в области малых нагру зок, при сбросе нагрузки и при колебаниях напряжения питания авигателя. Даладейшее улучшение качества переходного процесса, связанного с вхождением в режим стабилизации, а также с реакций на внешние возмущения, достигается приме нением элементов коррекции: третьего Re-триггера 10, блока задержки 13, блока совпадения 14, счетчика 8, которые обеспечивают отключение питания ави 11атепя 1 сразу по достижению равенства . Тд ц с точность С , Данный электропривод постоянного тоК повволяет уменьшить время tiei oaHoro

г/2./ процесса при включении авигателя, при возпействии внешних возмущений до t 70 МО, за счет существенного уменьшения интервала времени между моментом достижения частотой вращения, уровня ) и МО- стабилизации (ЮТ ментом разблокировки второго (фазового) RS -триггера 6, отключаюttero питание двигателя в момент ТА « также уменьшить динамическую ошибку пере- ходного процесса fcu , что улучшает динамические характеристики авигателя. T fffTjr

Фиг .2