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

1 1 Изобретение относится к электро- технике, в частности к электроприводам постоянного тока, и может найти применение в механизмах подач металлорежущих станков и прессов. Известны электроприводы постоянного тока, содержащие задатчик скорости, преобразователь, состоящий из регулятора, импульсного модулятора и усилителя мощности, двигатель, тахогёнератор lj и 21. Недостатком этих электроприводов является низкая надежность при обры ве или коротком замыкании цепи тахогенератора, неисправности преобразователя, в частности, когда его регулятор становится неуправляемым по входу, двигатель разгоняется и враща ется на максимальной скорости при лю бом значении сигнала задатчика скорости. Наиболее близким техническим решением к изобретению является электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, задатчик скорости и преобразователь, выход которого подключен к. якорной обмотке электродвигателя, тахогенератор, ком мутирующий элемент, контатньй выход которого включен в цепь питания преобразователя, и нелинейный преобразо ватель, вход которого подключен к выходу тахогенератора. Кроме того, известньй электропривод содержит дополнительный датчик скорости, выход которого также подключен к входу нелинейного преобразователя, а выход нелинейного преобразователя через пороговый элемент связан с коммутирующим элементом з . Недостатком известного электропривода также является низкая надежность ( на наличие дополнительного датчика скорости, предусмот ренного для повышения надежности) при неисправности преобразователя, в частности, когда его регулятор становится неуправляемым по входу, двигатель разгоняется и вращается на максимальной скорости при любом значении сигнала задатчика скорости. Целью изобретения является повышение надежности электропривода. Указанная цель достигается тем, что в электропривод постоянного тока содержащий электродвигатель, задатчи скорости и преобразователь, выход которого подключен к якорной обмотке 82 электродвигателя, тахогенератор и коммутирующий элемент, контактный выход которого включен к цепь -питания преобразователя, нелинейный преобразователь, вход которого подсоединен к выходу тахогенератора, введены индикатор режима, первый и второй компараторы и времяимпульсные элементы, два элемента И, элементы ИЛИ и ИШ-НЕ, один вход индикатора режима и вход первого компаратора соединены с входом преобразователя, другой вход индикатора режима и вход второго компаратора подсоединены к выходу тахогенератора, входы элемента ИЛИ-НЕ через времяимпульсные элементы соединены с выходом индикатора реясима и первого компаратора, выходы компараторов и элемента ИЛИ-НЕ через первый элемент И и элемент ИЛИ соединены с входом коммутирующего элемента, к другому входу элемента ИЛИ через второй элемент И подсоединены выходы индикатора режима и нелинейного преобразователя, второй вход которого подключен к выходу задатчика скорости. Нелинейный преобразователь выполнен в виде операционного усилителя с обратной связью, шунтированного по входам резисторами, по выходу диодом с последовательным резистором, к входам операционного усилителя подключены соединенные по кольцевой схеме четьфе цепи, каждая из которых содержит по резистору и диоду, причем общие точки соединения диодов и резисторов подключены к вкодам операционного усилителя, а общие точки соединения диодов и общие точки соединения резисторов - к входам нелинейного преобразователя. В таком электроприводе, если сигнал тахогенератора существенно превышает уровень определяемый задатчиком скорости, что- может иметь место, например, при неисправности преобразователя, при поступлении ложного сигнала токовой обратной связи, а также при обрыве или коротком замыкании в цепи тахогенератора, изменяется выходной сигнал элемента ИЛИ, с рабатывает коммутирующий элемент и выключает цепь пита-ния усилителя мощности. При этом обеспечивается цепь инамического торможения двигателя. На фиг. 1 изображена, блок-схема электропривода постоянного-тока; на фиг. 2 - схема нелинейного преобразо вателя. Электропривод постоянного тока содержит.задатчик 1 скорости, подклю ченнЬ1Й к входу преобразователя 2, который состоит из регулятора 3, импульсного модулятора 4, усилителя 5 мощности, соединенных последовательно, нагрузкой усилителя 5 мощности подключена якорная цепь двигателя 6 с тахогенератором 7, к входу импульс ного модулятора 4 подсоединены входы компаратора. 8 и индикатора 9 режима, выходы которых через времяимпульсные элементы 10 и 11 подсоединены к входам логического элемента ИЛИ-НЕ 12, выход которого через логические элементы И 13 и ИЛИ 14 подключен к вход коммутирующего элемента 15, контактный выход которого включен в цепь питания усилителя 5 мощности. Входы компаратора 16 и нелинейного преобразователя 17 подсоединены к выходу тахогенератора 7, другой вход нелинейного преобразователя 17 подключен к выходу задатчика 1 скорости Выходы компаратора 16 и нелинейного преобразователя 17 соответственно подключены к входам элементов И 13 и 18, выходы которых подсоединены к входам элемента ИЛИ 14. Свободные : входы элементов И 13 и 18 соединены соответственно с входами времяимпуль ных элементов 10 и 11. Нелинейный преобразователь содержит операционный усилитель 19 с резисторами 20 и 21 на входах, диодом 22 и резистором 23 на выходе и резистором 24, включенным в цепь обратной связи операционного усилителя 19. К входам операционного усилителя 19 подключены также четыре цепи, каж дая из которых содержит соответствен но по диоду 25 - 28 и резистору 29 32, включенными последовательно. Электропривод работает следующим образом. При работе электропривода в двига тельном режиме на входы преобразователя 2 и, в частности, регулятора 3 поступают задающий сигнал с выхода задатчика 1 скорости и сигнал обратной связи по скорости с выхода тахогенератора 7. Выходной сигнал регуля тфра 3 поступает на вход импульсного модулятора 4 и далее на вход усилителя 5 мощности и, поскольку коммутирующий элемент 15 находится в состоянии, при котором питающее напряжение подается на усилитель 5 мощности, последний обеспечивает поступление импульсов напряжения на электродвигатель 6, необходимых для его вращения с заданной скоростью. При аварийном режиме, например, при обрыве или коротком замыкании в цепи тахогенератора 7 происходит следующее. На выходе второго компаратора 16 при отсутствии сигнала тахогенератора 7 сигнал соответствует логической 1 так же, как и на ввкоде элемента ИЛИ-НЕ 12. На выходе регулятора 3 есть сигнал рассогласования и, следовательно, на выходе первого компаратора 8 и -.входе 1 первого элемента И 13 сигнал соответствует логической 1. Таким образом, на всех входах элемента И 13 сигналы соответствуют логической 1, вследствие чего на выходе элементов 13 и 14 сигналы соответствуют логической 1, коммутирующий элемент 15 при этом срабатывает и выключает цепь питания усилителя 5 1ощности. Пои этом обеспечивается, цепь динамического торможения двигателя 6. При включении электропривода с неустраненной неисправностью в цепи тахогенератора про-исходит следующее: как только сигнал на выходе регулятора 3 достигнет порога срабатывания компаратора 8, на его выходе появляется сигнал 1, вследствие чего происходит выключение усилителя 5 мощности и аварийное торможение. В тормозном режиме электропривода индикатор 9 режима индицирует режим торможения, т.е. напряжение на его вькоде и, следовательно, на входе второго элемента И 18 соответствует логическому О. Поэтому независимо от выходного сигнала нелинейного преобразователя 17 на выходе элемента И 18 сигнал соответствует логическому О. Если в режиме торможения произойдет обрыв или короткое замыкание в- цепи тахогенератора 7, то, как и в двигательном режиме, на выходе компаратора 16 сигнал соответ-. ствует логической 1 и, следовательно, на всех входах элемента И 13 сигналы соответствуют логической 1, что ведет к появлению логической 1 на выходе элемента ИЛИ 14 и на входе, коммутирующего элемента 15, срабатыванию последнего и выключению питания, подаваемого на усилитель 5 мощности. При пуске электропривода на выходе регулятора 3 появляется сигнал рассогласования, вследствие чего выходной сигнал компаратора 8 из состо яния О переходит в состояние логической 1. От этого перепада сигнал срабатывает времяимпульсный элемент 10, который формирует сигнал, посту. пающий на вход элемента ИЛИ 12. Длительность формируемого импульса такова, что в течение времени, равного его длительности, сигнал тахогенератора 7 достигает уровня, превышающего порог срабатывания компаратора 16, В этом случае к моменту исчезновения импульса на входе элемента И 1 появляется сигнал, соответств ющий О на входе с элемента И 13, тогда на его выходе сигнал во все время пуска соответствует логическому О, соответственно на выходе элемента И 13 и элемента ИЛИ 14 сигналы соответ ствуют логическому О, а коммутирующий элемент 15 находится в состоянии, при котором питающее напряжени поступает на усилитель 5 мощности. . 1 При пуске электропривода в аварий ном режиме, когда сигнал тахогенератора 7 отсутствует, после окончания формируемого времяимпульсимпульсаэлементом 11, на выходе компаранымтора 16 сигнал соответствует логичес кой 1, на выходе элемента ИЛИ-НЕ логической 1 и, поскольку на входе А элемента И 13 сигнал также соответствует логической 1,элемент И 13, элемент ИЛИ 14 и коммутирующими элемент 15 срабатывают, что приводит к выключению питания усилителя 5 мощности и торможению электропривода 8режиме реверса электропривода, в начальной стадии реверса индикатор 9режима индицирует торможение, т,е его выходной сигнал соответствует логическому О. Когда скорость электродвигателя 6, уменьшаясь по своему уровню, достигает значениЙ5 близких к нулю, на выходе индикатора 9 режима сигнал становится равным 1, от перепада сигнала срабатывает .времяимпульсный элемент 11, выходной импульс которого поступает на вход элемента ИЛ}1-НЁ 12. Длительность фор мируемого элементом 11 импульса та-кова, что пока сигнал тахогенератора 7 не превысит зону нечувствительности компаратора 16, на- входе В элемента 13 присутствует сигнал с выхода времяимпульсного элемента 11, соответствующий логическому О. При этом все время реверса, в т.ч. и тогда, когда сигнал тахогенератора 7 мал и не превышает зоны нечувствительности компаратора 16, на выходе элемента 13 и, следовательно, элемента 14 соответствует логическому О, а коммутирующий элемент 15 обеспечивает подачу напряжения питания на усилитель 5 мощности. В аварийном режиме при реверсе осуществляется выключение питания усилителя 5 мощности и торможение электродвигателя 6 так же, как в рассмотренных вьпне тормозном и двигательном режимах. В другом аварийном режиме, который может иметь место при неисправности регулятора 3, например его заклинивании, когда регулятор становится неуправляемым по входу, а его выходной сигнал имеет .максимальный уровень, в данном электроприводе в этом случае, как только сигнал тахогенератора 7 превысит по модулю сигнал задания на выходе нелинейного преобразователя 17, появляется сигнал. Соответствующий логической 1. Сигнал на выходе индикатора 9 режима в двигательном режиме также соответствует логической 1, поэтому на выходе элемента И 18 и на втором ВХОД9 элемента ИЛИ 14 сигнал соответствует логической,, а коммутирующ1 й элемент 15 включается,размыкая цепь питания усилителя 5 мощности и, следовательно, происходит аварийное торможение электропривода. Нелинейный преобразователь работает следующим образом. Рассмотрим процесс пуска электро привода, когда напряжение с выхода задатчика 1 скорости поступает на вход нелинейного преобразователя, а на другом его входе сигнал тахогенератора отсутствует (начало пуска). Если напряжение с выхода задатчика 1 скорости положительной, полярности, то оно попадает через резистор 32, диод 28 на инверсный вход (-) операционного усилителя 19, в случае-отрицательной полярности входного сигнапа он через резистор 29, диод 25 поступает на прямой вход (+) операционного усилителя 19. В любом случае напрязкение на выходе операционного усилителя 19 имеет отрицательную полярность и не проходит на выход нелинейного преобразователя 17 ввиду наличия цепочки: диод 22, резистор 23. В то же время, если сигнал с выхода тахогенератора 7 посту пает на вход нелинейного преобразователя 17, а на другом его выходе с нал отсутствует, например, при вьто нении команды Стоп, на выходе нелинейного преобразователя 3 7 сигнал положителен как при положительной полярности сигнала тахогенератора 7 которьй поступает на прямой вход через диод 26 и резистор 30, так и при его отрицательной полярности, когда он через диод 27, резистор 31 поступает на инверсньй вход операционного усилителя 19. Как следует из рассмотренных вьш процессов пуска и торможения, наличие сигнала любой полярности на входе нелинейного преобразователя, соединенном с тахогенератором 7 ведет к появлению сигнала положительной полярности на выходе операционного усилителя 19, в то же время наличие сигнала на входе, соединенном с задатчиком 1 скорости, ведет появлению сигнала отрицательной полярности на выходе операционного усилителя 19. При поступлении сигна лов на оба входа нелинейного преобразователя на выходе операционного усилителя 19 сигнал отрицателен,.есл сигнал задатчика 1 скорости превыша ет по модулю сигнал тахогенератора 7, соответственно, на выходе операционного усилителя 19 сигнал положителен тогда, когда сигнал тахогенератора превышает по модулю сигнал задатчика скорости. В последнем случае сигнал проходит на выход нелинейного преобразователя через диод 22, резистор 23. Нелинейный преобразователь 17 обладает зоной нечувствительности, которая определяется параметрами его элементов.В случае необходимости зона нечувствительности может быть расширена, например, подключением последовательно с диодом 22 порогового элемента типа стабилитрона, стабистора и т.п. Зона нечувствительности нелинейного преобразователя нужна для того, чтббы при незначительном превышении сигналом тахогенератора заданного уровня, например, при пуске с перерегулированием, из-за пульсаций тахогенератора и т.д., нелинейный преобразователь не срабатывал . Нелинейный преобразователь срабатывает, сли сигнал тахогенератора существенно превьшает уровень, определяемый задатчиком скорости. Это может иметь место при неисправности регулятора 3, поступлении ложного сигнала токовой обратной связи, т.е. в любом случае, когда напряжение на выходе тахогенератора 7 превышает уровень, определяемьй задатчиком 1 скорости. Таким образом, предлагаемый электропривод, обеспечивает отключение электродвигателя от питания при возникновении различных аварийных ситуаий, повышая надежность его работы.

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвигатель, задатчик скорости и преобразователь, выход которого подключен к якорной обмотке электродвигателя, тахогенератор, коммутирующий элемент, контактный выход которого включен в цепь питания преобразователя, нелинейный преобразователь, вход которого подсоединен к выходу тахогенератора, отличающийся тем, что, с целью повышения его надежности, введены индикатор режима, первый и второй компараторы и времяимпульсные элементы, два элемента И, элементы ИЛИ и ИЛИ-НЕ, причем один вход индикатора режима и вход первого компаратора соединены с входом преобразователя, другой вход индикатора режима и вход второго компаратора подсоединены к выходу тахогенератора, входы элемента ИЛИ-НЕ через времяимпульсные элементы соединены с выходами индикатора режима и первого компаратора, выходы компараторов и элемента ИЛИ-НЕ через первь1й элемент И и элемент ИЛИ соединены с входом коммутирующего элемента, а к другому входу элемента -ИЛИ через второй элемент И-подсоединены выходы индикатора режима и нелинейного преобразователя, второй вход которого подi ключен к выходу задатчика скорости. 2, Электропривод по п.1, отли(Л чающийся тем, что нелинейный преобразователь выполнен в виде операционного усилителя с обратной связью, шунтированного по входам резисторами, по выходу - диодом с последовательным резистором, к входам операционного усилителя подключены соединенные по кольцевой схеме четыре цепи, каждая из которых содер жит диод и резистор, причем общие 00 точки соединения диоДов и резисторов о подключены к входам операционного 00 усилителя, а общие точки соединения диодов и общие точки соединения резисторов - к входам нелинейного преобразователя.