Электропривод постоянного тока Советский патент 1991 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированных системах регулирования скорости вращения электродвигателей.

Цель изобретения - повышение точности управления частотой вращения электродвигателя.

На фиг, 1 представлена схема электропривода; на фиг. 2 - структурная схема блока управления реверсивным счетчиком.

Электропривод содержит электродвигатель 1, якорная обмотка которого через усилитель 2 мощности подключена к источнику 3 питания, датчик 4 частоты вращения электродвигателя 1, выход которого соединен с входом частотного дискриминатора 5. Выход частотного дискриминатора 5 через первый резистор 6 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 7, выход которого подключен к управляющему входу усилителя 2 мощности, цифроаналого- вый преобразователь 8, реверсивный счетчик 9 и блок 10 управления реверсивным счетчиком 9, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика 9, выход которого соединен с входом цифроа- налогового преобразователя 8, выход которого через второй резистор 11 соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 7, задающий генератор 12, выход которого соединен с первым входом блока 10 управления реверсивным счетчиком 9, второй вход которого соединен с выходом датчика 4 частоты вращения, блок 13 уставок, вход которого соединен с выходом источника 3 питания.

Кроме того, электропривод содержит двухсторонний ограничитель 14 кода, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 9, выход двухстороннего ограничителя 14 кода соединен с третьим входом блока 10 управления реверсивным счетчиком 9, выход задающего генератора 12 соединен с входом управляемого генератора 15 пилообразного напряжения, выход которого соединен с информационным входом устройства 16 выборки и хранения напряжения, управляющий вход которого соединен с выходом датчика 4 частоты вращения, выход устройства 16 выборки и хранения напряжения соединен с первыми входами первого и второго компараторов 17 и 18, и входом повторителя 19 напряжения, выход которого через третий резистор 20 соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 7, первый и второй выходы блока 13 уставок соединены с вто- пыми входами первого и второго компараторов 17 и 18 соответственно, выходы

которых соединены соответственно с четвертым и пятым входами блока 10 управления реверсивным счетчиком 9.

Кроме того, блок 10 управления (фиг. 2)

реверсивным счетчиком 9 содержит первый и второй формирователи 21 и 22 импульс- импульс, первые входы которых являются соответственно первым и вторым входами блока 10, распределитель импульсов 23, два

0 D-триггера 24 и 25, RS-триггер 26, генератор 27 импульсов, делитель 28 импульсов, четыре элемента ИЛИ-НЕ 29-32, элемент ИЛИ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ 33, элемент ИЛИ 34, и два формирователя 35 и 36 короткого импульса,

5 выход генератора 27 импульсов соединен с входом делителя 28 импульсов и входом распределителя 23 импульсов, первый и второй выходы которого соединены с вторыми входами соответственно первого и вто0 рого формирователей 21 и 22 импульс-импульс, выходы которых соединены с С-входами первого и второго D-тригге- ров 24 и 25 соответственно и первыми входами первого и второго элементов

5 ИЛИ-НЕ 29 и 30 соответственно, вторые входы которых соединены с инверсными выходами первого и второго D-триггеров 24 и 25 соответственно, выход первого элемента ИЛИ -НЕ 29 соединен с S-входом RS-тригге0 ра 26 и первым входом элемента ИЛИ 34, выход второго элемента ИЛИ-НЕ 30 соединен с R-входом RS-триггера и вторым входом элемента ИЛИ 34, выход которого соединен с входом первого формирователя

5 35 короткого импульса, выход которого является вторым выходом блока 10, инверсный выход RS-триггера 26 соединен с первым входом элемента ИЛИ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ 33, второй вход которого является

0 третьим входом блока 10, выход элемента ИЛИ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ 33 является первым выходом блока, D-входы первого и второго 0,-триггеров 24 и 25 подключены к шине с единичным логическим уровнем,

5 первые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ 31 и 32 являются четвертым и пятым входами блока 10 соответственно, вторые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ 31 и 32 соединены между со0 бой с выходом второго формирователя 36 короткого импульса, вход которого соединен с выходом делителя 28 импульсов, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ 31 и 32 соединены с R-входами

5 первого и второго D-триггеров 24 и 25 соответственно.

Электропривод работает следующим образом.

При включении питания на выходе операционного усилителя 7 устанавливается

максимальное напряжение и начинается разгон электродвигателя 1, так как на неинвертирующий вход операционного усилите- ля 7 через резистор 11 подается максимальное постоянное напряжение с выхода цифроаналогового преобразователя 8, в то время как на инвертирующий вход операционного усилителя 7 через резистор 6 поступают редкие на стадии разгона импульсы с экспоненциально растущим и убывающим фронтами с выхода частотного дискриминатора 5, которые формируются от каждого прямоугольного импульса датчика 4 частоты вращения, В результате сравнения этих импульсов напряжения с напряжением, поступающим от цифроаналогового преобразователя 8 на неинвертирующий вход операционного усилителя 7, последний вырабатывает напряжение для управления электродвигателем 1, в котором имеет место фаза разгона (когда электродвигатель 1, подключен к источнику 3 питания) и фаза динамического торможения (когда электродвигатель 1 отключен от источника 3 питания)

Максимальное напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 8 устанавливается потому, что в первом корректирующем контуре блок 10 управления реверсивным счетчиком 9 сравнивает частоту следования импульсов датчика 4 с частотой следования импульсов задающего генератора 12, так как последние преобладают, то содержимое реверсивного счетчика 9 растет. Соответственно растет и напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 8. При достижении на выходе реверсивного счетчика 9 некоторого кода, близкого к максимальному, срабатывает двухсторонний ограничитель 14 кода и в блоке 10 управления реверсивным счетчи- ком 9 блокирует дальнейший счет в прямом направлении, Счет импульсов в реверсивном счетчике 9 останавливается, и на выходе цифроаналогового преобразователя 8 сохраняется напряжение, близкое к максимальному.

Импульсы задающего генератора 12 увеличивают содержимое реверсивного счетчика 9, а импульсы датчика 4 уменьшают. Сравнивая эти две последовательности импульсов, блок 10 управления реверсивным счетчиком 9 вырабатывает счетные импульсы для реверсивного счетчика 9 и сигнал направления счета,

По цепи второго корректирующего контура (фазовой автоподстройки) каждым им- пульсом задающего генератора 12 запускается управляемый генератор 15 пилообразного напряжения Период формируемого пилообразного напряжения равен периоду следования импульсов от задающего генератора 12. Каждым импульсом (передним фронтом) датчика 4 производится вы- 5 борка и запоминание мгновенного значения пилообразного напряжения в устройстве 16 выборки и хранения напряжения. Рассматриваемое напряжение на стадии разгона электродвигателя 1 будет 10 также изменяется по пилообразному (ступеньками) закону, период которого по мере разгона увеличивается, и при входе в синхронизм это напряжение превратится уже в постоянное напряжение.

15Выходное напряжение устройства 16

выборки и хранения напряжения через по- . вторитель 19 напряжения и резистор 20 поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя 7, где складыва- 0 ется с напряжением цифроаналогового преобразователя 8 и также способствует разгону электродвигателя.

При достижении синхронной скорости вращения и превышении ее частота импуль- 5 сов датчика 4 становится больше частоты импульсов задающего генератора 12. В результате блок 10 управления реверсивным счетчиком 9 формирует импульсы в направлении вычитания для реверсивного счетчика 0 9. При этом содержимое последнего уменьшается и соответственно уменьшается напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 8. С уменьшением напряжения на неинвертирующем входе операци- 5 онного усилителя 7 в выходном сигнале последнего уменьшается фаза разгона и увеличивается фаза динамического торможения электродвигателя 1. Следовательно, при перерегулировании начинает возра- 0 стать тормозящее воздействие на электродвигатель 1.

При сильном перерегулировании содержимое реверсивного счетчика 9 быстро уменьшается и соответственно, падает на- 5 пряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 8. При достижении на выходе реверсивного счетчика 9 некоторого кода, близкого к минимальному, срабатывает двухсторонний ограничитель 14 кода и в 0 блоке 10 управления реверсивным счетчиком 9 блокирует дальнейший счет в обратном направлении Таким образом, выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 8 ограничивается на неко- 5 тором минимальном уровне напряжения, Такое двухстороннее ограничение работы цифроаналогового преобразователя 8 вместе с реверсивным счетчиком 9 позволяет исключить возможное переполнение реверсивного счетчика 9 как в прямом, так и в

обратном направлении, а следовательно, и возможность формирования резкого скачка корректирующего напряжения, что повело бы к ухудшению переходного процесса. В результате усиливается затухание переходного процесса и сокращается его длительность.

Во втором корректирующем контуре при перерегулировании на выходе устройства 16 выборки и хранения напряжения также формируется пилообразное напряжение с переменным периодом, но так как коэффициент усиления (передачи) по второму корректирующему контуру на порядок меньше, чем по первому корректирующему контуру, то указанное изменение напряжения на выходе устройства 16 выборки и хранения напряжения не мешает активному торможению электродвигателя 1.

При установлении синхронной скорости вращения электродвигателя 1, частота следования импульсов датчика 4 равна частоте импульсов задающего генератора 12, содержимое реверсивного счетчика 9 колеблется на единицу младшего разряда и тем самым на выходе цифроаналогового преобразователя 8 поддерживается практически постоянное напряжение, соответствующее синхронной скорости.

На выходе устройства 16 выборки и хранения напряжения в синхронном режиме также устанавливается некоторое значение напряжения.

При изменении момента нагрузки на валу электродвигателя 1 указанное напряжение соответственно изменяется, компенсируя фазовые отставания или обгон. В результате отклонения фазы между импульсными последовательностями момент выборки tM.B. может сдвигаться влево или вправо по периоду пилообразного напряжения. Если указанный момент выборки выйдет за пределы периода пилообразного напряжения, то произойдет выход электродвигателя из синхронизма. Если контур фазовой автоподстройки (второй корректирующий контур) не справляется с ликвидацией фазового рассогласования, то для упреждения выхода электродвигателя 1 из синхронизма-подключается первый корректирующий контур. Для этого выходное напряжение устройства 16 выборки и хранения напряжения сравнивается с верхним и нижним уровнями компарирования на компараторах 17 и 18 соответственно, выходные сигналы которых через блок 10 управления изменяют содержимое реверсивного счетчика 9, в результате чего изменяется напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 8, что способствуетуменыиению фазовых рассогласований в синхронном режиме. При смещений момента выборки в зону начали пилообразного напряжения напряжение на выходе устройства 16 выборки- и хранения напряжения становится меньше нижнего уровня компарирования, задаваемого блоком уставок 13, срабатывает компаратор 18 и блокирует направление отрицательного счета в ревер0 сивном счетчике 9. В результате содержимое реверсивного счетчика 9 изменится в положительном направлении, а выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 8 увеличится, соответственно немно5 го увеличится воздействие на разгон электродвигателя 1, сдвиг по фазе между импульсами увеличится и момент выборки iM.e. передвинется в среднюю зону пилообразного напряжения. Все это происходит

0 без выхода электродвигателя из синхронизма и он продолжает работать при новом сочетании напряжений на выходах цифроаналогового преобразователя 8 и устройства 16 выборки и хранения напряжения.

5 При смещении момента выборки гм.в. в зону окончания пилообразного напряжения, напряжение на выходе устройства 16 выборки и хранения напряжения становится больше верхнего уровня компарирова0 ния, задаваемого блоком 13 уставок, срабатывает компаратор 17 и блокирует направление положительного счета в реверсивном счетчике 9. В результате содержимое реверсивного счетчика 9 изме5 нится в отрицательном направлении, а выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 8 уменьшится, соответственно уменьшится разгоняющее воздействие на электродвигатель 1, сдвиг по фазе

0 между импульсами задающего генератора 12 и датчика 4 уменьшится, и момент выборки гм.в передвинется в среднюю зону пилообразного напряжения. Описанный процесс протекает без выхода электродви5 гателя из синхронизма.

Блок управления 10 реверсивным счетчиком 9 работает следующим образом.

Распределитель 23 импульсов, используя тактовую частоту генератора 27 импуль0 сов, вырабатывает две последовательности несовпадающих импульсов, каждая из которых подается на вторые входы формирователей 21 и 22 импульс-импульс, на первые входы которых подаются импульсы соответ- 5 ственно с выхода задающего генератора 12 через первый вход блока, и с выхода датчика 4 через второй вход блока 10. Таким образом, импульсы постоянной частоты задающего генератора 12 после их прохождения через формирователь 21 никогда не совпадают по времени с импульсами изменяющейся при разгоне электродвигателя 1 частоты датчика 4 после их прохождения через формирователь 22, чем исключается неопределенность состояни RS-триггера 26 при возможном совпадении во времени сравниваемых импульсов. D-триггер 24 и элемент ИЛИ-НЕ 29 образуют первую, а D-триггер 25 и элемент ИЛИ-НЕ 30 образуют вторую схемы исключения одиночного импульса из серии импульсов, которые управляются компараторами 17 и 18 соответственно через четвертые и пятые входы блока 10 соответственно.

Пусть в исходном состоянии момент выборки в блоке 15 выборки и хранения напряжения находится в пределах средней зоны пилообразного напряжения, тогда на выходах компараторов 17и 18 действуют единичные логические уровни. При этом на выходах элементов ИЛИ-НЕ 31 и 32 получаем нулевые логические уровни, а значит, D-триггеры 24 и 25 по R-входам не сброшены, а установлены в единичное состояние оба и, следовательно, импульсы с выходов формирователей 21 и 22 импульс-импульс проходят с инвертированием через элементы ИЛИ-НЕ 29 и 30 соответственно на входы RS-триггера 26 и входы элемента ИЛИ. От каждого пришедшего импульса элемент ИЛИ 4 срабатывает и запускает по заднему фронту формирователь 35 короткого импульса, который и формирует счетные импульсы для реверсивного счетчика 9. При этом состояние триггера 26, складываясь по модулю два на элементе ИЛИ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ 33 с выходным сигналом двухстороннего ограничителя 14 кода, определяет направление счета в реверсивном счетчике 9. Если выходной код реверсивного счетчика 9 находится в пределах ограничиваемого диапазона, то двухсторонний ограничитель 14 кода выдает нулевой логический сигнал. Если указанный код вышел на границу диапазона, то ограничитель 14 кода выдает единичны и логический сигнал, который независимо от состояния RS-триггера 26 изменяет направление счета на противоположное

j При синхронной скорости вращения электродвигателя 1 импульсы задающего генератора 12 и датчика 4 чередуются. Пусть в результате дрейфов элементов или возмущения на валу электродвигателя момент выборки tMв в устройстве 16 выборки и хранения напряжения переместился в начальную зону периода пилообразного напряжения, при этом сработает компаратор 18 и по пятому входу блока 10 на первый вход элемента ИЛИ-НЕ 32 выдаст логический нулевой сигнал. Тактовые импульсы с выхода генератора 27 импульсов через делитель 28 импульсов запускают формирователь 36 короткого импульса, который 5 формирует короткие отрицательные импульсы и через элемент ИЛИ-НЕ 32 сбросит в нулевое состояние D-триггер 25. Очередной импульс с выхода формирователя 22 не сможет пройти через элемент ИЛИ-НЕ 30,

0 он задним фронтом переключит D-триггер 25 в единичное состояние и тем самым подготовит схему для пропускания следующего импульса. Таким образом, один импульс из вычитающей серии исключается и кодовое

5 состояние реверсивного счетчика увеличится на единицу. Если момент выборки tM B не войдет при этом в среднюю зону пилообразного напряжения, то процесс повторится. Аналогичным образом работает блок 10

0 управления реверсивным счетчиком 9 и в случае, когда момент выборки tM B переместится в зону окончания периода пилообразного напряжения. При этом сработает компаратор 17, он разблокирует элемент

5 ИЛИ-НЕ 31, через который импульс с выхода формирователя 36 короткого импульса сбросит в нулевое состояние D-триггер 24. В этом счлучае будет исключен один импульс из суммирующей серии, и кодовое со0 стояние реверсивного счетчика 9 уменьшится на единицу

Таким образом, блок 10 управления автоматически формирует такое кодовое со- стояние реверсивного счетчика 9 и,

5 соответственно, выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 8, чтобы в блоке 15 выборки и хранения напряжения соблюдалось условие нахождения tM о в средней зоне пилообразного напряжения.

0 Такое взаимодействие первого и второго корректирующих контуров позволяет предотвратить выход электродвигателя 1 из синхронизма

Формула изобретения

51. Электропривод постоянного тока содержащий электродвигатель, якорная обмотка которого через усилитель мощности подключена к источнику питания, датчик частоты вращения этектродвигателя, выход

0 которого соединен с входом частотного дискриминатора, выход частотного дискриминатора через первый резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого подключен к уп5 равляющему входу усилителя мощности. цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик и блок управления реверсивным счетчиком, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом циф- роаналогового преобразователя, выход которого через второй резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, задающий генератор выход которого соединен с первым входом блока управления реверсивным счетчиком, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости вращения, блок уставок, вход которого соединен с выходом источника питания, а выходы -- с входами компараторов, второй и третий резисторы, отличающий- с я тем, что, с целью уменьшения погрешностей управления, в него введены управляемый генератор пилообразного напряжения, устройство выборки и хранения напряжения, повторитель напряжения, двухсторонний ограничитель кода, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, выход двухстороннего ограничителя кода соединен с третьим входом блока управления реверсивным счетчиком, выход задающего генератора соединен с входом управляемого генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с информационным входом устройства выборки и хранения напряжения, управляющий вход которого соединен с выходом датчика скорости вращения, выход устройства выборки и хранения напряжения соединен с вторыми входами первого и второго компараторов и входом повторителя напряжения, неинвертирующий вход операционного усилителя через второй резистор соединен с выходом цифроэналогового преобразователя, а через третий резистор - с выходом повторителя напряжения, выходы компараторов соединены соответственно с четвертыми и пятым входами блока управления реверсивным счетчиком.

2. Электропривод поп. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем,что блок управления реверсивным счетчиком содержит первый и второй формирователи импульс-импульс, первые входы которых являются соответственно

первым и вторым входами блока, распределитель импульсов, два D-триггера, RS-триг- гер, генератор импульсов, делитель импульсов, четыре элемента ИЛИ-НЕ, элемент ИЛИ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ, элемент ИЛИ, два формирователя короткого импульса, и шина с единичным логическим уровнем, выход генератора импульсов соединен с входом делителя импульсов и входом распределителя импульсов, первый и второй выходы которого соединены с вторыми входами соответственно первого и второго формирователей импульс-импульс, выходы которых соединены с С-входами первого и

второго D-триггеров соответственно и первыми входами первого и второго элементов ИЛИ-НЕ соответственно, вторые входы которых соединены с инверсными выходами первого и второго D-триггеров соответственно, выход первого элемента ИЛИ-НЕ соединен с S-входом RS-триггера и первым входом элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ-НЕ соединен с R-входом RS- триггера и вторым входом элемента ИЛИ,

выход которого соединен с входом первого формирователя короткого импульса, выход которого является вторым выходом блока, инверсный выход RS-триггера соединен с первым входом элемента ИЛИ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ, второй вход которого является третьим входом блока, выход элемента ИЛИ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ является первым выходом блока, D-входы первого и второго D- триггеров подключены к шине с единичным

логическим уровнем, первые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ являются четвертым и пятым входами блока соответственно, вторые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ соединены между

собой и с выходами второго формирователя короткого импульса, вход которого соединен с выходом делителя импульсов, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ соединены с R-входами первого и второго

D-триггеров соответственно.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированных системах регулирования скорости вращения электродвигателей. Целью изобретения является повышение точности регулирования. Устройство содержит последовательно соединенные управляемый генератор 15 пилообразного напряжения, устройство 16 выборки и хранения напряжения, повторитель 19 напряжения. Выход повторителя 19 напряжения через резистор 20 соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 7. Выход устройства 16 выборки и хранения через компараторы 17, 18 соединен с блоком 13 уставок и с блоком 10 управления. В данном устройстве повышается эффективность фазовой автоподстройки и обеспечивается взаимодействие двух корректирующих контуров в синхронном режиме по предотвращению выхода электродвигателя из синхронизма. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.