Следящий вентильный электропривод Советский патент 1986 года по МПК H02P6/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к тихоходным следящим электроприводам с вентильными электродвигателями.

Целью изобретения является улучшение качества регулирования скорости в области низких частот и новышение помехоустойчивости.

На фиг. 1 представлена функциональная схема следящего вентильного электропривода; на фиг. 2 - принципиальная схема блока измерения скорости; на фиг. 3 - принципиальная схема импульсно-аналогового преобразователя фазы в напряжение; на фиг. 4-6 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу следящего вентильного электропривода.

Следящий вентильный электропривод (фиг. ) содержит двухфазную синхронную машину 1, якорная обмотка которой под- ключенд к выходам двух усилителей 2 и 3 мощности, управляющие входы которых соединены с выходами двухканального регулятора 4 скорости с дву.мя опорными входами, управляющий вход которого соединен через предварительный усилитель 5 с выходом узла 6 сравнения, первый вход которого соединен с выходом задатчика 7 скорости, а второй подключен к выходу блока 8 измерения скорости, вход которого связан с одним выходом датчика 9 положения ротора, выполненного в виде фазовращателя 10, к входам которого подключен генератор 11 двухфазных напряжений, импульсно-анало- говый преобразователь 12 фазы в напряжение с управляющим 13 и опорным 14 входами, при этом блок 8 измерения скорости снабжен двумя дополнительными выходами 15 и 16 (фиг. 2) и выполнен в виде последовательно соединенных узла 17 выделения модуля, компаратора 18, одновибрато- ра 19 и узла 20 изменения знака, второй вход которого соединен через дифференцирующий узел 21 с входом узла выделения модуля, а двухканальный регулятор 4 скорости выполнен в виде двух блоков 22 и 23 умножения, к первым входам которых подключены компараторы 24, 25, причем управляющий вход 13 у импульсно-аналогового преобразователя 12 фазы в напряжение подключен к выходу фазовращателя 10, опорный вход 14 соединен с выходом генератора 11 двухфазных напряжений, а выход соединен с входом узла 17 выделения модуля, к выходу и входу которого подключены входы компараторов 24 и 25 двухканального регулятора скорости.

Импульсно-аналоговый преобразователь 12 выполнен на двух компараторах 26 и 27 (фиг. 3), выходы которых через дифференцирующие цепи, соответственно содержащие конденсаторы 28 и 29, резисторы 30 и 31 и встречно включенные диоды 32 и 33, объединены на инвертирующем входе операционного усилителя 34, снабженного цепью

положительного обратной связи через резисторы 35 и 36, что придает этому операционному усилителю характеристики триггера Шмитта. В цепь отрицательной обратной

связи операционного усилителя 34 введены два встречно включенных стабилитрона 37 и 38 для стабилизации выходного напряжения насыщения триггера Шмитта, выход которого соединен с фильтром нижних частот, например, на резисторе 39 и конденсаторе 40.

Узел 17 выделения модуля выполнен (фиг. 2) в виде двух подключенных к входу диодов 41, включенных встречно и соединенных через резисторы 42 и 43 соответстс венно с инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя 44, имеющего резистор 45 между неинвертирующим входом и общей щиной, а также резистор 46 в цепи обратной связи. Компаратор 18 выполнен на операционном усилителе 47.

0 Узел 20 изменения знака содержит операционный усилитель 48 с единичным коэффициентом усиления, оба входа которого соединены с выходом дифференцирующего узла 21 через резисторы, а неинвертирующий вход соединен с общей щиной через ключ, выполненный на транзисторе 49, база которого подключена к выходу одновибратора 19. Следящий вентильный электропривод работает следующим образом.

Генератор 11 двухфазных напряжений

Q формирует на своих выходах опорные гармонические колебания Us и Uc, подаваемые на входы фазовращателя 10 (фиг. 4 а, Ь). С выхода фазовращателя 10 снимается напряжение (У 10, фаза которого сдвинута относительно фазы входного напряжения на

5 угол в, пропорциональный углу поворота ротора вентильного электродвигателя (фиг. 4 с, при t to). Компараторы 26 и 27 (фиг. 3) формируют из гармонических колебаний Us и инверсные прямоугольные колебания /720 и (/21 (фиг. 4 d, е). Проходя через

0 дифференцирующие цепи на конденсаторах 28 и 30 и резисторах 31 и 32, эти колебания изменяют состояние операционного усилителя 34. При этом вследствие встречного включения диодов 32 и 33 изменяют

- состояние операционного усилителя, т. е. изменяют полярность напряжения на его выходе (фиг. 6, /). Если до момента времени /о фазовращатель 10 находится в нулевом положении (т. е. фаза 6 0), то длительности положительных и отрицательных им0 пульсов на выходе операционного усилителя 34 одинаковы Т TZ (фиг. 6 f), поэтому среднее напряжение Utz равно нулю (фиг. 6 g). В момент времени /о вентильный электродвигатель скачком поворачивается на некоторый угол ф, что приводит к сдвигу

5 фаз на выходе фазовращателя на угол в (фиг. 6 с). Это сопровождается таким же сдвигом переднего фронта импульсов напряжения U-26- Продолжительность положительных импульсов напряжения /34 увеличивается, а отрицательных - сокращается (фиг. 6/), что приводит к изменению напряжения на величину, пропорциональную сдвигу фаз.

При вращении вентильного электродвигателя это напряжение имеет вид линейно растущего напряжения (фиг. 5 Q), которое в моменты времени t, 1-), ts и т. д., соответствующие прохождению угла в сдвига фаз через 360°, изменяет свое значение с +/4i2 до -у4|2. При этом время перехода TO (определяемое постоянной времени фильтра нижних частот преобразователя 12) постоянно и не зависит от скорости врап1,ения.

Проходя через дифференцирующее узел 21, напряжение преобразуется в сигнал (721 (фиг. 5 Ь).

Одновременно сигнал Ui2 поступает в узел 17 выделения модуля, в котором па- правление включения диодов выбрано таким образом, что при положительном значении входного напряжения сигнал подается на пеинвертирующий вход операционного усилителя 44 (фиг. 2), а при отрицательном - на инвертируюп1ий вход, в результате чего выходное напряжение узла 17 имеет вид, представленный на фиг. 5 с. Проходя через компаратор 18, это напряжение преобразуется в последовательность импульсов L i8 (фиг. 5 d), причем напряжение срабатывания L ls компаратора 18 подбирается близ- КИМ максимальному значению и„ с тем, чтобы длительность т первого отрицательного импульса была достаточно малой: .

Длительность т отрицательных импульсов на выходе одповпбратора 19 (фиг. 5 ) постоянна и выбирается из того условия, что длительность имнульса Т| гарантированно перекрывает время TO. В течение времени Т| одновибратор 19 не реагирует на появление каких-либо и.мпульсов напряжения на его неинвертирующем входе.

Отрицательный импульс напряжения L m поступает па базу транзистора 49 узла 20 изменения знака (фиг. 3). Если предположить, что транзистор 49 открывается напряжением отрицательной полярности, то при положительном напряжении па выходе одновибратора 19 операционный усилитель 48 работает в неинвертируюп1ем режиме, и напряжение на его выходе соответствует входному напряжению U- (фиг. 6, / ). При отрицательной полярности напряжения транзистор 49 открыт, операционный усилитель 48 работает в ипвертируюп1ем режиме, и напряжение на его выходе имеет обратный знак по сравнению с напряжением C LM

Фильтр нижних частот на выходе операционного усилителя 48 выделяет среднее значе1П1е напряжения f/8, равное

и /(8.

Таким образом, блок 8 измерепня скорости осуществляет измерение среднего значения скорости . При этом узел 20 изменения знака не только обеспечивает работоспособность устройства при наличии резкого падения величины нанряжения с .4i2 до -Л12, по и повышает крутизну сигнала на выходе блока 8 измерения скорости.

Выходное напряжение блока 8 измерения скорости сравнивается в узле 6 сравнения с напряжением уставки скорости, выработанном задатчиком 7 скорости, в результате чего формируется сигнал опшбки е, который после прохождения через предварительный усилитель 5 поступает на входы блоков 22 и 23 умножения регулятора скорости. На другие входы блоков 22 и 23 умножения поступают сигпалы соответственно с выходов компараторов 24 и 25. При вращении ротора вентильного электродвигателя напряжение на выходе нреобразователя 12 изменяется по линейно возрастающему закону (фиг. 6 а), и сигнал с выхода узла 17 выделения модуля имеет вид, показанный на фиг. 6, Ь. Порог срабатывания компаратора 24 определяется нанряжением -}-и„-2- Порог срабатывания компаратора 25 равен нулю. Напряжение L/2.1 и L 2ft с выходов компараторов 24 и 25 (фиг. 6 с, d поступают на входы блоков 22 п 23 умпожения. Таким образом, блоки 22 и 23 осунхествляют операцию умножения входного напряжения (;, на знак напряжений L -)i и с выходов компараторов 24 и 25.

Первые гармоппки этих напряжений (ноказаны щтриховой линией на фиг. 6, {, g} после усиления в усилителях 2 и 3 мощности прикладываются к якорной обмотке двух- фазпой синхронной мащины 1.

Таким образом обеспечивается плавное регулирование скорости вентильного электродвигателя, пропорциональной напряже- пию задатчика скорости и улучи ается качество регулировапия в области низких частот; кроме того, повьипается помехоустойчивость.

Формула изобретения

Счедящий вентильный электропривод, содержа ций двухфазную синхронную мапш- ну, якорпая обмотка которой подключена к выходам двух усилптелей мощности, ун- равляюпхие входы которых соединепы с вы- ходамп двухкамального регулятора скорости с двумя опорпыми сходамп. управляющий вход которого соединен через предваритель- nbu i усилитель с выходом узла сравпения, первый вход которого соединен с выходом задагчика скорости, а второй подключен к блока измерения скорости, вход которого связан с одним выходом датчика положения потопа, выпо. щенпого п виде

фазовращателя, к входам которого подключен генератор двухфазных напряжений, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества регулирования скорости в области низких частот и повышения помехоустойчивости, в него дополнительно введен им- пульсно-аналоговый преобразователь фазы в напряжение с управляющим и опорным входами, блок измерения скорости снабжен двумя дополнительными выходами и выполнен в виде последовательно соединенных узла выделения модуля, компаратора, одно- вибратора и узла изменения знака, второй вход которого соединен через дифференцирующий узел с входом узла выделения

модуля, а двухканальныи регулятор скорости выполнен в виде двух блоков умножения, к первым входам кото1)ых подключены компараторы, при этом управляющий вход импульсно-аналогового преобразователя фазы в напряжение подключен к выходу фазовращателя, опорный вход соединен с выходом генератора двухфазных напряжений, а выход соединен с входом узла выделения модуля, к входу и выходу которого, являющимися дополнительными выходами блока измерения скорости, подключены входы компараторов двухканального регулятора скорости, а выход узла изменения знака соединен с вторым входом узла сравнения.

4 4J

fS

Л

4 М

19

4 М

ТнФ5Грк

У .г

(риг.д

Риг.5

;г«а

ifLrxfuz.S

Составитель М. Сон

Редактор Л. ПовханТехред И. ВересКорректор М. Максимишинец

Заказ 6675/54Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является улучшение качества регулирования скорости в области низких частот и повышение помехоустойчивости. Следящий .вентильный электропривод содержит двухфазную синхронную машину (СМ) I, якорная обмотка к-рой подсоединена к выходам двухканального регулятора 4 скорости. На валу СМ I установлен фазовращатель 10, выходы к-рого подключены к управляющему 13 и опорному 14 входам импульсно-аналогового преобразователя (ИАП) 12 фазы. Выход ИАП 12 подключен ко входу блока 8 измерения скорости. ИАП 12 выполнен в виде последовательно соединенных узла 20 изменения знака, одновибратора 19, компаратора 18 и узла 17 выделения модуля. Вход узла 17 через дифференцирующий узел 21 подключен к узлу 20- Выход узла 20 соединен с одним входом узла 6 сравнения, другой вход к-рого подключен к выходу задатчика 7 скорости. Выход узла 6 через предварительный усили- тепь 5 связан со входом регулятора 4 скорости, образованного объединенными входами блоков 22, 23 умножения. Вход и выход блока 17 подключены к двум другим входам регулятора 4, образованным в.ходами ком- нараторов 24, 25, выход каждого из к-рых соединен с другим входом одного из блоков 22, 23. Выходы блоков 22, 23 связаны с управляющими входами усилителей 2, 3. Блок измерения скорости обеспечивает информацию о среднем значении скорости, при этом наличие узла 20 приводит к новы- нению крутизны сигнала на выходе б,яока 8. После сравнения измеренного среднего значения скорости с заданным сигнал ошибки поступает на входы блоков 22, 23. На вторые- входы указанных блоков поступают сигналы с выходов компараторов 24, 25. Сформированные на выходах блоков 22, 23 сигналы, содержание первые гармоники, поступают в якорную обмотку. В устройстве обеспечивается плавное регулирование скорости вентильного электродвигателя. 6 ил. (О (Л ГчЭ со 00 со Раг.