Устройство для управления вентильным электродвигателем Советский патент 1986 года по МПК H02P6/24 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к регулируемым вентильным электродвигателям, и может найти применение в.системах и устройствах, где требуется экстренное торможение, например в позиционном приводе, в приводах роботбтех- ники и т.д.

Цель изобретения - повышение точности и уменьшение времени останова.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для управления вентильным электродвигателем; на фиг. 2 - принципиальная схема формирователя сигнала изменения направления вращения; на фиг. 3 - принципиальная схема формирователя импульсов частоты, кратной частоте вращения; на фиг. 4 - диаграммы напряжений в узлах функциональной схемы по фиг. 1 (где и - напряжения в одноименных: узлах схемы, t - время).

Устройство для управления вентильным электродвигателем, выполненным в виде синхронной машины 1 (фиг, 1), на валу которой установлен т-каналь- ньш датчик 2 положения ротора (например, с тремя выходными каналами 3 5), содержит преобразователь 6 частоты, к выходам 7 которого подключена трехфазная якорная обмотка синхронной машины 1, а цепи 8 управления ключей преобразователя 6 частоты связаны с каналами 3-5 датчика 2 положения ротора через управля- емьй блок 9 формирования сигналов правого и левого направления враще- ния, первый управляющий вход 10 которого подключен к выходу 11 логической схемы 12 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (уп- равляемьш реверсор)-, к первому входу 13 и второму входу 14 которой подключены соответственно выход 15 задатчи- ка 16 направления вращения и выход

10

ния вращения (фиг. 2), содержащий т-канальный п-разрядньм регистр 25 сдвига и блок 26 сравнения с 2 m входами .27 - 32, выход 33 которого соединен с информационным входом 34 блока памяти (фиг. 1). Тактирующий вход 35 т-канального п-разряд- ного регистра сдвига связан с выходом 36 формирователя импульсов частоты, кратной частоте вращения, его

m информационных входов 37 - 39 - выходами 3-5 т-канального датчика 2 положения ротора, его выходы 40 - 42 - с первыми 27 - 29 входами

5 блока 26 сравнения, вторые входы 30 32 которого подключены к выходам 3 - .5 т-канального датчика 2 положе ния ротора. Причем т- канальньй п разрядный регистр 25 сдвига (фиг. 2

20 может быть выполнен на m группах из п последовательно соединенных D-три геров, при этом информационный вход каждого D-триггера в каждой группе, кроме первого, подключен к выходу

5 предьщущего D-триггера, Блок 26 сра нения может быть реализован, например, как цифровой компаратор с 2 m входами или как ш логических схем совпадений, выходы которых подключе ны к входам т-входового логического сумматора.

Датчик 2 положения ротора может быть любого типа, например индуктив ный с подмагничиванием. В его кана35 лах 3-5 формируются cHrHajp i о положении ротора синхронной машины 1, смещенные, в данном случае, друг относительно друга на 2 ff /3. Длительность каждого сигнала соответст

40 вует угловому повороту ротора на п Формирователь 23 импульсов часто ты, кратной частоте вращения, может содержать логический мажоритарный элемент 43, подключенный тремя вхо30

17 триггера 18 команд Пуск и Стоп 45 дами к выходам 3-5 каналов датчи- кроме .того устройство также содержит ка 2 положения ротора. Прямой и ин- блок 19

памя ти, подготавлив ающий вход 20 которого подключен к выходу 17 триггера 18 команд Пуск и Стопу а выход 21 соединен с вторым управ- .пяющим входом 22 управляемого блока 9 формирования сигналов правого и . левого направлений вращения, формирователь 23 импульсов частоты, кратной частоте вращения, подключенный . входами к выходам т-канального датчика 2 положения ротора, формирова- етль 24 сигнала изменения направлеверсный выходы элемента 43 связаны с входами логической схемы И 44 через одновибраторы 45 и 46 коротких

50 отрицательных импульсов, вырабатываемых либо по передним, либо по задним фронтам выходных сигналом логического мажоритарного элемента 43. Выход 36 логической схемы И 44 явля55 .ется выходом формирователя 23 импуль сов частоты, кратной частоте враще- :ния. При вращении ротора электродвигателя в моменты смены информации

ния вращения (фиг. 2), содержащий т-канальный п-разрядньм регистр 25 сдвига и блок 26 сравнения с 2 m входами .27 - 32, выход 33 которого соединен с информационным входом 34 блока памяти (фиг. 1). Тактирующий вход 35 т-канального п-разряд- ного регистра сдвига связан с выходом 36 формирователя импульсов частоты, кратной частоте вращения, его

m информационных входов 37 - 39 - с выходами 3-5 т-канального датчика 2 положения ротора, его выходы 40 - 42 - с первыми 27 - 29 входами

блока 26 сравнения, вторые входы 30- 32 которого подключены к выходам 3 - .5 т-канального датчика 2 положения ротора. Причем т- канальньй п- разрядный регистр 25 сдвига (фиг. 2)

может быть выполнен на m группах из п последовательно соединенных D-триг- геров, при этом информационный вход каждого D-триггера в каждой группе, кроме первого, подключен к выходу

предьщущего D-триггера, Блок 26 сравнения может быть реализован, например, как цифровой компаратор с 2 m входами или как ш логических схем совпадений, выходы которых подключены к входам т-входового логического сумматора.

Датчик 2 положения ротора может быть любого типа, например индуктивный с подмагничиванием. В его каналах 3-5 формируются cHrHajp i о положении ротора синхронной машины 1, смещенные, в данном случае, друг относительно друга на 2 ff /3. Длительность каждого сигнала соответствует угловому повороту ротора на п . Формирователь 23 импульсов частоты, кратной частоте вращения, может содержать логический мажоритарный элемент 43, подключенный тремя вхо

ами к выходам 3-5 каналов датчи- а 2 положения ротора. Прямой и ин-

45 дами к выходам 3-5 каналов датчи- ка 2 положения ротора. Прямой и ин-

версный выходы элемента 43 связаны с входами логической схемы И 44 через одновибраторы 45 и 46 коротких

50 отрицательных импульсов, вырабатываемых либо по передним, либо по задним фронтам выходных сигналом логического мажоритарного элемента 43. Выход 36 логической схемы И 44 явля55 .ется выходом формирователя 23 импуль сов частоты, кратной частоте враще- :ния. При вращении ротора электродвигателя в моменты смены информации

в каналах 3-5 датчика 2 положения ротора происходит появление коротких отрицательных импульсов на выходе 36 формирователя 23, и длительность их выбирается несколько боль- 5 ше длительности смены информации в каналах 3-5 датчика 2 положения ротора.

Преобразователь 6 частоты осуществляет периодическое подключение сек- 10 ций якорной обмотки сихронной машины 1 к источнику питания.

Управляемьш блок 9 формирования сигналов правого и левого направления формирует из сигналов трехканаль-15 ноге датчика 2 положения ротора сигналы управления преобразователем 6 частоты. Если уровень управляющего сигнала по первому управляющему входу 10 равен логической 1, то блок 20 9 формирует сигналы управления, соответствующие направлению вращения вправо. Изменение уровня управляющего сигнала по входу 10 приводит к формированию сигналов управления, соот- 25 ветствующих вращению влево.

Блок 9 формирует сигналы управления только при наличии по второму управляющему входу 22 уровня логического О, При изменении логического зо уровня на втором управляющем входе 22 прекращается формирование блоком 9 сигналов управления преобразователем 6 частоты.

Блок 19 памяти обеспечивает про- 35 хождение и запоминание сигнала с входа 34 при наличии на входе 20 уровня логического О. При наличии на входе 20 уровня логической 1 соответствующей команде Пуск, сиг- О нал, с входа 34 не передается, а на выходе принудительно устанавливается уровень логического О.

Устройство функционирует следу- юпщм образом. 5

При нали)чии сигнала Пуск U, (фиг. 4) на выходе блока 19 памяти ринудительно присутствует уровень огического О, а при наличии уров- 50 я Логического О на первом управлящем входе 10 (U,Q ) управляемый лок 9 формирования сигналов правого левого направлений вращения формиует сигналы управляющие преобразова-55 елем 6 частоты для вращения влево ри этом внутренняя обратная связь о частоте вращения разорвана и не

влияет на работу вентильного электродвигателя .

Предположим, что в момент времени t, (фиг, 4) подается команда Стоп. При этом снимается блокировка с блока 19 памяти и управляемый блок 9 формирования сигналов правого и левого направлений вращения начинает формировать сигналы для вращения вправо поскольку на его первом управляющем входе 10 появляется соответствующий единичный потенциал U,Q, а на втором управляющем входе 22 сигнал не изменяется. Вентильный электродвигатель переходит в режим противовключе ния и, продолжая вращаться влево, эффективно тормозится на интервале времени t, - t. При этом на соответствующих информационных входах 37 - 39 т-канального п-разрядного регистра 25 сдвига присутствует информация о текущем положении ротора, а на соответствующих выходах 40 - 42 старших разрядов - информация, отстающая от текущей на два такта коммутации в каналах 3-5 датчика 2 положения ротора. Запись информации в регистр 25 сдвига осуществляется по задним фронтам коротких отрицательных импульсов и 6 () формирователя 23 частоты, кратной частоте вращения поступающих на тактирующий вход 35 регистра 25 сдвига сразу же за сменой информации в каналах датчика 2 положения ротора. При вращении ротора синхронной машины 1 в любом направлении информация на соответствующих информационных входах ., и выходах и 0.2 регистра 25 сдвига не совпадает, поэтому при ее поступлении на входы блока 26 сравнения (цифрового компаратора) на его выходе 33 Совпадение отсутствует единичный логический ревень U,

В момент времени t (фиг. 4) вен- тильньй электродвигатель останавливается и начинает вращение в противоположную сторону . (вправо),а в момент времени t при первой смене информации в каналах датчика 2 положения ротора после реверса происходит совпадение информации на входах А(изо - и,г) и B(U2 - и,;,) блока 26 сравнения (цифрового компаратора) , так ка:; относительно момента реверса происходит зеркальное повторение в обратном порядке текущей информации в каналах датчика 2

51

положения ротора (U, - Uy), а зеркальное повторение в обратном порядке информации на выходах 40 -, 42 тп-канального п-разрядного ре.гистра 25 сдвига (о z чинает происходить в обратном порядке с запаздыванием в пределах от одного до двух тактов коммутации отно- сительно истинного момента реверса в момент времени t. Это приводит, к появлению на выходе 33 блока 26 сравнения положительного сигнального импульса и , смены направления вращения длительностью, равной длительности такта коммутации. Указан- ньй импульс поступает на информационный вход 34 блока 19 памяти и переводит его выход в единичное состояние (Ujj) Управляемьй блок 9 формирования сигналов правого и левого направлений вращения запрещает прохождение сигналов с датчика 2 положения ротора на цепи 8 управления ключей преобразователя 6 частоты, и отключенньш вентильный электродвигатель останавливается. ри останове вентильного электродвигателя, вращающегося вправо, процессы в устройстве протекают аналогичо.

При наличии в вентильном электровигателе муфты торможения она может спользоваться для фиксации вала синхронной машины 1. Цепи управления муфтой подключаются к выходу 21 блока 19 памяти и включают муфту на фрикционное трение в момент появления единичного логического уровня и, на выходе блока 19 памяти.

Такое управление муфтой торможения резко уменьщает. ее износ, поскольку фрикционные колодки муфты торможения накладываются в момент времени, когда скорость вращения вентильного электродвигателя практически равна нулю.

Точность фиксации изменения направления вращения определяется только конструкцией датчика 2 положения ротора и не зависит от величины мо- мента инерции и момента нагрузки. В частности, в электродвигателе с числом пар полюсов р 2 с двухполупе- риодным преобразователем частоты точность фиксации изменения направления вращения в любом направлении не превышает угловой длительности одного такта коммутации, что састав594626

ляет 1Г /3 ( Т /б геом.рад.). Это позволяет практически свести к нулю вре- . мя свободного выбега после отключения вентильного электродвигателя от 5 источника питания,- так как за один такт коммутации вентильньш электродвигатель не развивает значительной частоты вращения, повысить точность останова за счет исключения неттрог- 10 нозируемой величины времени свободного выбега.

Таким образом, изобретение позволяет значительно повысить точность и уменьшить время останова вентильного электродвигателя по сравнению с известными устройствами за счет доведения точности определения нулевой частоты вращения до разрешающей способности используемого дат15

25

30

чика положения ротора. Формулаизобретения

Устройство для управления вентильным электродвигателем содержащее преобразователь частоты, цепи управления ключей которого связаны с выходом т-канального датчика положения ротора через управляемый блок формирования сигналов правого и левого направлений вращения, первьш управляющий вход, которого связан через управляемый реверсор с выходом за- датчика направления вращения и триг35 гера команд Пуск и Стоп, блок памяти, подготавливающий вход которого подключен к выходу триггера команд Пуск и Стоп, а выход связан с вторым управляющим входом уп равляемого блока формирования сигналов правого и левого направлений вращения, формирователь импульсов частоты, кратной частоте вращения, входом подключенньй к выходу т-канального датчика положения ротора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения времени останова, управляемый реверсор выполнен в виде логической

5 схемы ИСКЛЮЧАЮиЩЕ ИЛИ, выход которой связан с первым управляющим входом управляемого блока формирования сигналов правого и левого направлений вращения, а первый и второй вхо55 ды - с выходом задатчика направления вращения и выходом триггера команд Пуск и Стоп соответственно, дополнительно введен формирователь сиг45

71

нала изменения направления вращения, содержащий т-канальный п-разрядный регистр сдвига и блок сравнения с 2 m входами, выход которого соединен с информационным входом блока памяти, при этом тактирующий вход т-канального п-разрядного регистра сдвига связан с выходом формировате259462 .

ля импульсов частоты, кратной часто-, те вращения, его m информационных входов - с выходами т-канального датчика положения ротора, его выходы - с первыми m входами блока сравне-ч НИН, вторые m входов которого подключены к выходам т-канального датчика положения ротора.

Фиг.2

Фиг.З

Ню

/5;%,%,

25 /г; 25

%.3б

Составитель А.Бабак Редактор О. Бугир Техред Л. Сердюков а Корректор М.Максимишннец.

Заказ 5136/56 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ФигЛ

Изобретение относится к электротехнике , именно к регулируемым вентильным электродвигателям и может найти применение в системах и устройствах, где требуется экстренное торможение , например в позиционном приводе, в приводах робототехники и т.д.Целью изобретения является повышение точности и уменьшение времени останова. При вращении синхронной машины 1 и наличии команды Стоп на входе триггера команд 18 снимается блокировка с блока памяти 19, управля емьш блок 9 формирования сигналов правого и левого направлений вращения формирует сигнал на перевод электродвигателя в режим противовключения и последний эффективно тормозится. В момент изменения направления вращения при первой смене информации в каналах датчика 2 положения ротора после реверса происходит совпадение информации- на входах цифрового компаратора, входящего в формирователь 24 сигнала изменения направления вращения. При этом на выводе последнего появляется импульсный сигнал, длительностью, равной длительности такта коммутации который поступает на информационный вход 34 блока памяти. При этом управляемый блок 9 формирования сигналов правого и левого направлений вращения запрещает прохождение сигналов с датчика 2 положения ротора на управление преобразователем 6 частоты и вентильный электродвигатель оста- 1авливается. 4 ил. / i (Л 1С ел QD 4 Ф tsd