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

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам с широким диапазоном регулирования частоты вращения электродвигателя.

Известен электроприво; Ь постоянного тока, содержащий последовательно включенные цифровой регулятор с входами задания и обратной связи по частоте вращения двигателя, усилитель мощности и двигатель с частотным датчиком в цепи обратной связи. В этом электроприводе сигнал обратной связи формируется в виде периода следования импульсов частотного датчика. Требуемое значение частоты вращения задается в виде временного интервала и вводится из задатчика в реверсивный счетчик в параллельном двоичном коде. В реверсивном счетчике формируется отклонение в результате вычитания импульсов эталонной частоты из кода задания в течение интервала времени, равного периоду следования импульсов частотного датчика. Такш4 образом, ошибка регулирования вычисляется в течение каждого периода выкодяой частоты датчика частоты вращения, что обеспечивает хорошие характеристики электропривода Л . .

Однако увеличения частоты вращения двигателя снижается точность регулирования, что не позволяет использовать частотные датчики с высокой разреша одей способность и, тем самым, ограничивает диапазон регулиро вания частоты вращения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электропривод постоянного тока, содержаи й электродвигатель с импульсный датчиком частоты вращения, подключекш к усилителю мощности, входом соединенному с выходом цифрового регулятора частоты, снабженного дополнительным входом переключения масштабных коэ мнциентов. При работе давногв электропривода в нижней части диапазона ре-гулирования на вход обратной связи цифрового регулятора частоты поступают импульсы с частотой, равной выходной частоте импульсного датчика частоты вращения. Если электропривод, даботает в верхней части диапазона регулирования, то в нем формируется сигнал, обеспечивающий переключение масштабных коэффициентов цифрового регулятора частоты. При этом частота.

поступающая на вход обратной связи цифрового регулятора, в Hi (целое число) раз меньше выходной частоты IMпульсного датчика частоты вращения электродвигателя, что позволяет, не снижая точности, в m раз расширить диапазон регулирования частоты вращения 2 .

Однако при высоких требованиях к точности данный электропривод не может обеспечить широкий диапазон регулирования частоты вращения, так ка внутри диапазона регулирования требуется неоднократное, с малым шагом дискретности, изменение масштабных коэффициентов цифрового регулятора частоты вращения.

Цель изобретения - расширение диапазона и повышение точности регулирования частоты вращения.

Поставленная цепь достигается тем что в электропривод постоянного тока содержащий электродвигатель с импульсным датчиком частоты вращения, подключенный к усилителю мощности, вход соединенному с выходом цифрового регулятора частоты, снабженного дополнительным входом переключения масщтаных коэффициентов, введены последовательно соединенные преобразователь частота - код,.преобразователь кода, регистр памяти и преобразователь кодчастота, выход которого подключен к входу обратной связи iVi poBoro регулятора частоты и к синхронизирующему входу регистра памяти, а частот ньй вход - к шлсоду ютульсного датг чика частоты вращения, соединенному с входом преобразователя частотакод, причем вход переключения масшта ных коэффициентов Щ1фрового ре.гулятора частоты подключен к выходу регистра памяти.

На 4иг. 1 приведена структурная схема предлагаемого электропривода; на фиг. 2 - характеристика вход-вы ход преобразователя кода в Логарифмическом масштабе; на фиг. 3 - принципиальная схема преобразователя кода, вариант выполнения; на фиг.4 принципиальная схема преобразователя код-частота, вариант выполнения; на фиг. 5 - зависимость выходной частоты преобразователя код - частота о выходной частоты импульсного дАчика частоты вращения.

Электропривод постоянйого тока содержит электродвигатель 1 с импульсным датчиком 2 частоты вращения подключенный к усилителю 3 мощности, входом соединенному с выходом цифрового регулятора 4 частоты, снабженного дополнительным входом переключёния масштабных коэффициентов. Преобразователь 5 частота - код,преобразователь 6 кода, регистр 7 памяти и преобразователь 8 код - частота соединены последовательно. Выход преобразователя 8 код - частота подключен к входу обратной связи цифрового регулятора 4 частоты и к синхронизирующему входу регистра 7 памяти, а час тотный вход - к выходу импульсного датчика 2 частоты вращения, соединенному с входом преобразователя 5 частота - код. Вход переключения масштабных коэффициентов цифрового регулятора «4 частоты подключен к выходу регистра 7 памяти. Электропривод постоянного тока работает следующим образом. На вход цифрового регулятора 4 частоты (фиг. 1) подают управляющее воздействие, соответствующее заданно частоте вращения. При этом электродвигатель 1 вращается, и на выходе импульсного датчика 2 частоты вращения формируется импульсная последова тельность с частотой i |. . Эти импуль . сы поступают на вход преобразователя 5 частота - код, на выходе которого формируется код N рчч пропорциональный частоте вращения электродвигателя 1 и -k- .J -V Г) пчк-пчк 3 где ICfjmj коэффициент передачи преобразователя 5 частота код;21 - разрешающая способность им пульсного датчика частоты 2 вращения, имп/об; 52 - угловая 4acTota вращения электродвигателя 1. Преобразователь 5 частота - код мо жет быть выполнен с использованием метода прямого преобразования, который заключается в подсчете количества импульсов преобразуемой частоты в течен эталонного интервала времени, или ме тода следящего уравновепшвания. К преобразователю 5 частота - код не предъявляются высокие требования ло точности преобразованияj так как кодН. используетря непосредственно для формирования ошибки регули вания . КодНпчц пропорциональньй частоте вращения электродвигателя 1, с выхода преобразователя 5 частота - код поступает на вход преобразователя 6 кода. Из фиг.2,где изображена в логарифмическом масштабе характеристика входвыход преобразователя 6 кода, следует, что , 2 при N м пчк пчк mm -1 IJ 9 пчк- n ifmin при пчк пикгг,;г где i 1.2,...,- - целое число; ten-t ЕО, А максимальное целое число, удовлетворяющее неравенству Д /2Я ; ent - целая часть дроби; nvKm. - диапазон регулирования fl4fc mm частоты вращения электродвигателя 1 (диапазон изменения выходного кода преобразователя 5 частота - код), mai значение выходного, кода преобразователя 5 частота - код, соответствующее верхней границе диапазона регулирования частоты вращения;Нрц min значение выходного кода преобразователя 5 частота - код, соответствующее нижней границе диапазона регулирования частоты вращения. Из выражения (1) следует, что если значение частоты вращения двигателя 1 меньше значения, соответствующего нижней границе диапазона регулирования, то двоичный код на выходе преобразователя 6 кода соответствует числу 2 , если значение частоты вращения двигателя 1 больше значения, соответствующего верхней границе диапазона регулирования, то двоичный код на выходе преобразователя 6 кода соответствует числу 2 ; при увеличений частоты вращения двигателя 1 внутри границ диапазона регулирования в два раза, код на выходе преобразователя 6 кода уменьшается в два раза, а при уменьшении увеличивается в два раза. Выгодной код преобразователя 6 кода (фиг. 1) фиксируется регистром 7 памяти и поступает на информационные входы преобразователя 8 код-частота, на частотный вход которого поступает импульсная последовательность с выхоJ 1 да импульсного датчика 2 частоты вращения. Частота на выходе преобразавателя 8 код-частота определяется выражением пк4 Л - ) nKMg- Импульсы выходной частоты преобразователя 8 код - частота поступают на вход обратной связи цифрового регулятора 4 частоты и на синхронизирующий вход регистра 7 памяти. При этом в регистре 7 памяти фиксируется выходной код преобразователя 6 кода. Из, выражений (1) и (2) следует, что при изменении частоты вращения двигателя 1 во всем диапазоне регулирования выходная частота преобразо вателя 8 код-частота изменяется в диапазоне Ufc тля (3) На фиг. 3 приведена зависимость выходной частоты преобразователя 8 код-частота от выходной частоты импульсного датчика 2 частоты вращения, откуда следует, что коэффициент передачи канала обратной связи электропривода устанавливается в зависимости от частоты вращения электродвигателя 1 таким образом, чтобы во всем диапазоне регулирования частоты вращения выполнялось соотношение (3) . Выходной код преобразователя 6 кода (фиг. 1), зафиксированный в регистре 7 памяти, поступает на вход переключения масштабных коэффициенто цифрового регулятора 4 частоты, в котором в функции этого кода устанав ливаются масштабные коэффициенты, соответствующие коэффициенту передачи канала обратной связи. Поскольку выходной код преобразователя 6 кода принимает значения 2, ( -0,1,2,...,- ), переключение масштабных коэффициентов в цифровом регуляторе 4 частоты может быть осуществлено с помощью операций сдвига (имеется в виду, что он работает в двоичном коде), а при использовании ЭВ;М (например, Электроника-60), изменение масштаб ных коэффициентов может производить.- ж программно. , .V Таким образом, преобразователь 6 кода в зависимости от текущей частоты вращения двигателя 1 управляет выходной частотой преобразователя 8 516 код - частота, которая пропорциональна выходной частоте импульсного датчика 2 частоты вращения в соответствии с выражением (2), и изменяет масштабные коэффициенты в цифровом регуляторе 4 частоты. Преобразователь В код - частота (фиг. 4) содержит счетчик импульсов, образованный триггерами 9,-9,,, прямые выходы которых подключены соответственно к первым входам логических элементов И . Второй, вход логического элемента И 10, ( 2,3,...,г() подключен к выходу логического элемента И 10., а второй вход логического элемента И 10, под-, ключен к счетному входу триггера 9,|. Выходы логических элементов И Ю,.10;( подключены соответственно к пёрвым входам логических элементов И 11/2.2 2( Первый вход логического элемента 11 llj подключен к счетному входу счетчика импульсов (к счетному входу триггера 9). Выходы логических элементов И 1 1./ подключены к соответствующим входам логического элемента ИЛИ 12,- выход которого подключен через элемент 13 задержки (время задержки х 0,1 Т где Т.- „ - минимальное значение перЧ |Т)ЦГ риода частоты, поступающей на частотньй вход преобразователя 8 код частота) к входам Установка нуля триггеров 9,(-9fl. Счетный вход триггера 9ц является частотным входом преобразователя 8 код - частота, вторые входы логических элементов И Из. 1l2,n+i информационными входами преобразователя 8 код-частота, выход логического элемента ЩШ 12 - выходом преобразователя 8 код-частота. Преобразователь 8 код- частота работает следующим образом. На счетный вход счетчика импульсов, образованного соединенными последовательно триггерами , поступает частота fj. Триггеры переключаются по заднему фронту импульсов частоты tg,. На выходах логических элементов И 10j(-10. формируются импульсные последовательности с частотами соотвётственно jriex |а1вя |й ,. Эти импульсные последовательно1 ти . поступают на первые входал соответственно логических элементов И Иг-} btMiV вход логического

.7 .

элемента И 11 поступают импульсы частоты igy .

На информационные входы Х,..., X преобразователя 8 код - частота (вторые входы логических элементов И1 l2.)) поступает двоичный ко Hgj(. Он может принимать значения 6Х 2(i 0,1,2,...,п), (4)

что обеспечивает равномерность выходной частоты преобразователя 8 код-частота.

Из выражения (4) следут, что в лбой момент времени логическая единица присутствует на втором входе только одного из логических элементов И 11, -11; (пи,).

Если )i 2( 0,1,...,п), то через логический элемент И 11г(пми) через лоиический элемент ИЛИ 12 на выход преобразователя 8 код - частот поступает импульсная последовательность, частота которой равна

I ьвлТаким образом, значение выходной частоты преобразователя 8 код - час. тота определяется выражением

ц

вх

i

..f 2«

nv4

где п - число триггеров, входящих в состав преобразователя 8 код - частота.

При этом частота может принимать значение

ПКЧ J. 0,,.,n)

Импульсы частоты 1рцц поступают на входы Установка нуля триггеров и устанавливают их в нулевое (исходное) состояние. Это обеспечивает синхронизацию моментов начала формирования очередньк периодов выходных частот логических элементов И 10;f,-lO.j, с моментом окончания формирования текущего периода выходной частоты преобразователя 8 кодчастота.

Преобразователь 6 кода (фиг. 5) представляет собой комбинационное устройство, выполняющее логические функции,

x,-Q,«

,-,;

f-j-Qm vi-iQm-

1C Q nQm-I Q m-г 7 m-«f+7 «-1 -и k QroQm-iQm-7 i m-Kfa trv-n+i j .

1518.

где Х,.. . ,Х| - значения двоичного кода на соответствующих выходах преобразователя 6 кода; ,- m значения двоичного кода на выходах k старших разрядов преобразователя частота - код 5(фиг 1) k m-(j vi)- число старших разрядов преобразователя 5 частота - код, подключенньпс к соответствующим входам преобразователя 6 кода;m«i er t 6d lNn J(nh lpJчиcлo разрядов преобразователя 5 частота - код;

У - целое число, которое, определяется следующими выражениямн если ящ. „,„- 2 °егХпчкп,;г,1 ,

Ь5$0, то5} 1 +ent eo tHn4mir,l;

ecлиNnчx irt-2® 1,5fO, To.:i eviit -ug,Vln4Km;nT гдееп - целая

часть дроби; Д - диапазон регулирования частоты вращения;

МПУК mih выходной код преобразователя 5 частота-код, соответствующий нижней границе диапазона регулирования частоты вращения.

Преобразователь 6 кода (фиг. 5) работает следующим образом.

G-прямых выходов k старших разрядов преобразователя 5 частота - код на соответствующие входы пре.образователя 6 кода поступают сигналы

Qm-(k-0 т частота вращения электродвигателя не превышает уровня, соответствующего её удвоенному

значению.на нижней -границе диапазона регулирования, то на всех 1 входах преобразователя 6 кода присутствует сигнал логического нуля. Если частота вращения двигателя 1 соотвётствуе.т. верхней границе диапазона регулирования, то на входе преобразователя 6 кода, подключенном к старшему разряду преобразователя 5 частотакод, присутствует сигнал логической

единицы.

Из выражения (5) следует, что сигнал логической единицы одновременно может присутствовать на выходе только одного логического элемента И

(только на одном из выходов преобразователя 6 кода), причем, этим логическим элементом является тот, вход коториго подключен к выходу :наибрлее старшего из разрядов преобразователя 5 частота - код, состояние которого отлично от нулевого. Если на всех входах преобразова- теля 6 кода присутствует сигнал ло9гического нуля,, то на его (k + 1)-M выходе присутствует сигнал логическ единицы. Если на выходе старшего разряда присутствует уровень логиче кой единицы, то на первом выходе преобразователя 6 кода присут ствует сигнал логической единицы. Таким образом, преобразователь 6 кода имеет характеристику вход-выход, аналогичную изображенной на 1ФИГ. 2. В предла;гаемом электроприводе длительность периодов частотного сигнала, поступающего на вход обрат ной связи цифрового регулятора частоты, изменяется в пределах

laggNm 1 f- Of. Qt 4fcmi« ЧАП 1 При ЭТОМ последнее соотношение выполняется во всем диапазоне регулирования частоты вращения(фиг. 3), что обеспечивает высокую точность регулирования. Таким образом введение; в широкорегулируемый электропривод преобразователя частота - код, преобразователя кода, рёгиста памяти и преобразователя код - частота обеспечивает расширение и повьш1ение TO Iности регулирования скорости.

2 4 fi 8 10 12 Л 16 W М и 24 2S

ПКЧ

Лиг.З

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвигатель с импульсным датчиком частоты вращения, .подключенньй к усилителю мощности, , входом соединенному с выходом цифрового регулятора частоты, снабжённого дополнительным входом переключения масштабных коэффициентов, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что,с целью расширения диапазона и повьш1ения точности регулирования частоты вращения, в него введены последовательно соедиг ненные преобразователь частота-код, преобразователь кода, регистр памяти и преобразователь код-частота, выход которого подключен к входу обратной связи цифрового регулятора частоты и к синхр6низируюп1ему входу регистра памяти, а частотный вход - к выходу импульсного датчика частоты вращения, соединённому с входом преобразователя частота-код, причем вход пе реключения масштабных коэффициентов цифрового регулятора частоты подключен к выходу регистра памяти.

%М) %%

га

Уш

W

5/i

f3

}

т

1хл

П-1

/и

Щг

V

LJ

Л

ff«

Н

/Н

Уст.О лЯет.О

.r ,.1

ц

Qm

3 в

г

ti

SfThl

Qm-iK-s)

Qm(K-2

Qm-(K-z)

ил1(К-1)

-Б

Qm(Ki)

1}

11t9l51

Xf

X2

&&X/f-r

XK