Устройство регулирования скорости электродвигателя Советский патент 1984 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к устройс вам регулирования скорости электродвигателя и может найти применение в приводе главного движения шл фовального станка при регулировани скорости вращения шлифовального круга. Известно устройство регулирования скорости, электродвигателя, содержащее электродвигатель постоянного тока с тахогенератором, подкл ченный выходом к тиристорному преобразователю постоянного тока, задатчик частоты вращения, блок срав нения опорного напряжения с напряжением тахогенератора, три поляризованных реле, одна из обмоток пер вого реле включена последовательно с тахогенератором, а вторая - в схему запуска привода, обмотки дву других реле соединены последовател но между собой и включены на разность напряжений тахогенератора и стабилизированного опорного ПТ . Недостаток устройства - низкая надежность, обусловленная его конструктивной сложностью, в частности наличием тахогенератора. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство регулирования скорости электродвигателя, содержащее асинхронный электродвигатель, подключенный входом к выходу преобразова теля напряжения и к входу датчика напряжения, а выходом - к сигнальному входу задатчика скорости, под ключенного управляющим входом к вы ходу блока пуска, а выходом - к управляющему входу преобразователя напряжения ,И , Недостатком известного устройст ва является низкая надежность, обу ловленная возможностью разгона шли фовального круга до линейной скорости, превьппающей максимально допустимую линейную скорость, в случае неисправности преобразователя напряжения или неправильных действий обслуживающего персонала. Цель изобретения - повышение на дежности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство регулировани скорости электродвигателя, содержа щее асинхронный электродвигатель, подключенный входом к выходу преоб разователя напряжения и входу датч 02 ка напряжения, и задатчик скорости, подключенный управляющим входом к выходу блока пуска, а выходом - к управляющему входу преобразователя напряжения, дополнительно установлены первый, второй и третий нуль-органы, датчик диаметра шлифовального круга, функциональный преобразователь, умножитель, задатчик допустимой скорости шлифовального круга, элемент И, сглаживающий фильтр, компаратор и релейный элемент, вход первого нульоргана соединен с выходом датчика напряжения, а его выход через сглаживающий фийьтр и через последовательно соединенные умножитель и компаратор подключен соответственно к первому и второму входам элемента И, выход датчика диаметра шлифовального круга соединен с вторым входом умножителя, через функциональный преобразователь - с сигнальным в-ходом задатчика скорости, а через второй нуль-орган - с третьим входом элемен.та И, выход задатчика допустимой скорости шлифовального круга соединен с вторым входом компаратора, а через третий нуль-орган - с четвертым входом элемента И, выход которого через релейный элемент подключен к входу блока пуска. У raoжитeль содержит первый и второй одновибраторы и последовательно соединенные первый ключ, интегратор, второй ключ, элемент памяти и эмиттерный повторитель, соединенный выходом с вторым входом интегратора и выходом умножителя, первым входом соединенного с сигнальным входом первого ключа, а вторым входом через первый одновибратор - с управляющим входом первого ключа и входом второго одновибратора, подключенного выходом к управляющему входу второго ключа. На фиг. 1 показана функциональная схема устройства регулирования скорости электродвигателя; на фиг. 2 функциональная схема умножителя; на фиг. 3 - временная диаграмма работы умножителя. Устройство содержит асинхронный электродвигатель 1, преобразователь 2 напряжения, датчик 3 напряжения, первый нуль-орган 4, сглаживающий фильтр 5, умножитель 6, функциональный преобразователь 7, датчик 8 диаметра шлифовального круга, второй

нуль-орган 9, компаратор 10, задатчик ,11 допустимой скорости шлифовального круга, третий нуль-орган 12 элемент И 13, релейный элемент 14 блок 15 запуска, задатчик 16 скороети, транзисторный ключ 17, электромагнитное реле 18 с замыкающим контактом 19, размыкающая 20 и замыкающая 21 кнопки ручного управления, электромагнитное реле 22 с замыкающими контактами 23 и 24, операционный усилитель 25, регулируемый резистор 26, первый и второй одновибраторы 27 и 28, первый ключ 29, интегратор 30, второй ключ 31, элемент 32 памяти, эмиттерный повторитель 33, конденсатор ЗА и источник 35 трехфазного напряжения.

На фиг. 3 bffl - фазное напряжение электродвигателя 1, D( - напряжение на выходе первого нуль-органа 4, it - напряжение на выходе первого одновибратора 27, O.j - напряжение на выходе в-торого одновибратора 28.

Задатчик 16 скорости содержит операционный усилитель 25, регулируемый резистор 26 и замыкающий контак 23 электромагнитного реле 22.

Релейный элемент 14 может быть выполнен, например, по схеме, содержа.щей транзисторный ключ 17 и электромагнитное реле 18. t

Блок 15 пуска может быть вьтолне например, по схеме, состоящей из последовательно включенных кнопок 20 и 21 ручного управления и электромагнитного реле 22, причем параллелно кнопке 21 ручного управления включена цепь из последовательно включенных замыкающих, контактов 19 и 24 реле.

Умножитель 6 (фиг. 2) содержит первый одновибратор 27, вход которого является первым входом умножителя 6, а выход подключен к входу второго одновибратора 28 и к управляющему входу первого ключа 29, сигнальный вход которого является вторым входом умножителя 6, а выход подключен к первому входу интегратора 30, выход которого подключен к входу второго ключа 31, управляющий вход которого подключен к выходу второго одновибратора 28, а выход к входу элемента 32 памяти, выход которого - к входу эмиттерного повторителя 33, вход которого подк-глочен к второму входу интегратора 30 и является выходом умножителя 6.

Умножитель 6 осуществляет преобразование последовательности им,пульсов с выхода нуль-органа 4, частота которых пропорциональна частоте шлифовального круга, а аналоговый сигнал и умножение его на значение текущего диаметра шлифовального круга. Выходной сигнал умножителя 6, пропорциональный действительному значению линейной скорости шлифовального круга, используется в компараторе 10 для сравнения с допустимым значением линейной скорости шлифовального круга.

В качестве ключей 29 и 31 могут быть использованы полевые TpaiiSHCTOры КП103. Элемент памяти может быть выполнен на конденсаторе 34. Интегратор 30 и эмиттерный повторитель 33 могут быть выполнены на базе операционных усилителей.

Функциональный преобразователь 7 реализует гиперболическую зависимость

и (О

Г

где и 7 напряжение на выходе функционального преобразователя 7;

D - текущее значение диаметра шлифовального круга, и может быть реализован по любой известной схеме

Задатчик 16 скорости может быть выполнен, например, в виде операционного усилителя 25 с регулируемым резистором 26 в цепи отрицательной обратной связи, к выходной точке которого подключен замыкающий конта 23 электромагнитного реле 22. Положение движка регулируемого резистор 26 определяет коэффициент усиления операционного усилителя 25 и уровен задания линейной скорости шлифовального круга Vj. .

Датчик 8 диаметра шлифовального круга может быть выполнен по любой известной схеме.

В преобразователе 2 напряжения реализована прямо пропорциональная зависимость между частотой выходного напряжения преобразователя 2 и выходным напряжением задатчика 16 скорости.

Устройство работает следующим образом.

При подаче питания на устройство на выходах датчика 8 диаметра ш.пифо5вального круга и задатчика 11 допустимой скорости шлифовальн.ого круга появ . ляются напряжения постоянных уровней соответственно на выходах третьего и второго нуль-органов 12 и 9 и ком паратора 10 появляются напряжения, соответствующие логической 1. Так как напряжение питания на электродвигатель 1 не подается, на выходе датчика 3 напряжения напряжение отсутствует, на выходе первого нуль-органа 4 находится напряжение, пропорциональное логическому О, на выходе сглаживающего фильтр 5 напряжение, отсутствует, что соответствует напряжению, пропорциональ ному логическому О. Включение преобразователя 2 напряжения и пуск электродвигателя 1 осуществляется нажатием кнопки 21 ручного управления в блоке 15 пуска. В результате этого срабатывает электромагнитное реле 22 и своим замыкающим контакто 23 подключает задатчик 16 к преобра зователю 2 напряжения, на выходе которого появляется напряжение Dm (фиг. 3). Соответственно на выходах датчика 3 напряжения и первого нуль органа 4 появляется напряжение в виде последовательности прямоугольных импульсов. На выходе сглаживающего фильтра 15 появляется постоянное напряжение, соответствз/ющее логической 1, Появление напряжения, соответствующего логической 1, на первом входе элемента И 13 приводит к появ лению напряжения, соответствующего логической 1, на его выходе и к срабатыванию электромагнитного реле 18, что в свою очередь приводит к замыканию замыкающего контакта 19 и шунтированию кнопки 21 ручного управления. При нарушении целостности какой-либо из цепей устройств на одном из входов и на выходе элемента И 13 присутствует напряжение, соответствующее логическому О, что не приводит к срабатыванию реле 18 и к шунтированию кнопки 21 ручного управления контактами 19.При этом при отпускании оператором кнопки 21 руч ного управления происходит отключение электромагнитного реле 22 и останов электродвигателя 1. Таким образом, каждый раз при включении устройства проверяется целостность цепей защиты устройства от превьше00&ния допустимой скорости шлифовального круга. Разгон электродвигателя 1 продолжается до установившейся частоты вращения, определяемой выходным напряжением задатчика 16 скорости , где U(., выходное напряжение задатчика 16 скорости; Uj - напряжение на выходе функционального преобразователя 7; Vj - линейная скорость шлифовального круга. Подставляя в (2) значение U-j из (1)5 получают Таким образом, в соответствии с выражением (3) выходное напряжение задатчика 16 скорости устанавливается в зависимости от действительного значения шлифовального круга D на уровне, необходимом для получения частоты вращения со электродвигателя, при которой линейная скорость шлифовального круга равна V , Это позволяет осуществить стабилизацию линейной скорости круга на заданном уровне независимо от уменьшения диаметра шлифовального круга в результате износа и повысить производительность шлифования. Частота вращения О асинхронного электродвигателя 1 связана с частотой питающего напряжения на выходе преобразователя 2 напряжения соотношениемгде f - частота питающего напряжения на выходе преобразователя 2 напряжения; Р - число пар полюсов электродвигателя 1; S - скольжение электродвигате. Максимальное значение частоты враения электродвигателя 1 в процессе езания будет при холостом ходе лектродвигателя 1, который имеет

место в конце хода стола шлифовального Сранка, когда отсутствует контакт шлифовального круга с деталью. При холостом ходе скольжение электродвигателя 1 составляет 0,003-0,005 и величиной 5 в (4) можно пренебречь. 2 А / | -рЧастота прямоугольных импульсов tJ, на выходе нуль-органа 4 равна (фиг. 3) Наличие последовательности прямо угольных импульсов на входе первого одновибратора 27 приводит к появлению на его выходе и, следовательн на управляющем входе первого ключа 29 последовательности импульсов U2 с частотой и фиксированной длител ностью Т,. Ключ 29 на время Tj замыкается, в результате чего выходно напряжение Ug датчика диаметра шлифовального круга 8 подключается к интегратору 30. После прохождения очередного импульса ключ 29 ра мыкается , и интегратор 30 отключается от выхода датчика 8 диаметра шлифовального круга , выходное напряжение Ид на пе 25 на повый вход интегратора ступает . При этом на выходе одновибратора 28 и на управляющем входе ключа 31 появляется импульс , ключ 31 за- мь кается, и информация, находящаяся в интеграторе 30, переводится в эле мент 32 памяти. Напряжение на выхо.. дах элемента 32 памяти и эмиттерного повторителя 33, т.е. выходное напряжение; умножителя 6 определ:яет ся соотношением DbUaT -i,, где (1.выходное напряжение датчи о ка 8 диаметра шлифовально го круга; длительность импульсов на выходе ключа 29; частота следования импуль сов на выходе ключа 29.

Принимая во внимание выражения (5), (6) и (7), можно записать

M8 r -- - 2-CJ-rirW3, где К гГ коэффициент пропорциональности между Ug иБ к -Tl.P Как следует из (8), выходное напряжение ilfe умножителя 6 пропорционально заданной линейной скорости шлифовального круга fJ . Напряжение | поступает на первый вход компаратора 10, где сравнивается с напряжением, поступающим на второй вход компаратора 10 с задатчика 11 допустимой скорости шлифовального круга и определяющим допустимую по условиям прочности скорость шлифовального круга. При превьш ении частоты вращения (о электродвигателя 1 вьш1е допустимой (что может быть вызвано лишь увеличением частоты питающего напряжения i) напряжение g на выходе умножителя 6 превьш1ает напряжение Ij „ , что приводит к срабатыванию компаратора 10. На его выходе и на втором входе и выходе элемента И 13 появляется напряжение, соответствующее логическому О, электромагнитное реле 18 отключается и своим замыкающим контактом 19 разрывает цепь питания электромагнитного реле.22, выключая устройство. Таким образом, осуществляется защита устройства от превьшгения допустимой линейной скорости шлифовального круга. Использование в устройстве датчика 8 диаметра шлифовального круга и функционального преобр азователя 7 позволяет в процессе шлифования стабилизировать линейную скорость шлифовального круга независимо от уменьшения его диаметра в результате износа. Введение в устройство первого нуль-органа 4 позволяет без применения тахогенератора получить последовательность импульсов, чатста которьтх пропорциональна частоте вращения шлифовального круга. Второй и третий нуль-органы 9 и 12. элемент И 13 и сглаживающий

фильтр 5 позволяют каждый раз при включении устройства проверять целостность его цепей защиты.

Устройство позволяет повысить производительность шлифования путем стабилизации линейной скорости шлифовального круга при уменьшении его диаметра в результате износа, а также в 6 раз повысить надежность устройства за счет отключения устройства при разгоне шлифовального круга по линейной скорости, превьшающей максимально допустимую.

3Z

-

1. УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВА-НИЯ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащее асинхронный электродвигатель, подключенный входом к выходу преобразователя напряжения и входу датчика н51пряжения, и задятчик скорости, подключенный управляющим входом к выходу блока пуска, а выходом к управляющему входу преобразователя напряжения, отличающеес я тем,.что, с целью повьшения надежности устройства, в нем дополнительно установлены первый, второй и третий нуль-органы, датчик диаметра шлифовального круга, функциональный преобразователь, умножитель, задатчик допустимой скорости шлифовального круга, элемент И, сглаживающий фильтр, компаратор и релейньй элемент, причем вход первого нуль-органа соединен с выходом датчика напряжения, а его выход через сглаживающий фильтр и последовательно соединенные умножитель и компаратор подключен соответственно к первому и второму входам элемента И, выход датчика диаметра шлифовального круга соединен с вторым входом умножителя, через функциональный преобразователь - с сигнальным входом задатчика скорости, а через второй нуль-огран - с третьим входом элемента И, выход задатчика допустимой скорости шлифовального круга соединен с вторым входом компа- ратора, а через третий нуль-орган с четвертым входом элемента И, выход которого через релейный элемент подключен к входу блока пуска, 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что умножитель содержит первый и второй одновибраторы и последовательно соединенные первый ключ, интегратор, второй ключ, элемент памяти и эмиттерный повторитель, соединенный выходом с вторым входом интегратора и выходом умножителя, первым входом соединенного с сигнальным входом первого ключа, а вторым входом через первый одновибратор - с управляющим входом первого ключа и входом второго одновибратора, подключенного выходом к управляющему входу второго ключа.

и.

ф

и.

iI

II

I

t/2

-U)t

wt

-tut

Фиг.З