Электропривод постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированном электроприводе для стабилизации частоты вращения электродвигателей постоянного тока.

Известен электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к выходу усилителя мощности, датчик скорости, задающий генератор, реверсивный счетчик, два формирователя коротких импульсов, четыре элемента И-НЕ, два инвертора, при этом задающий генератор через первый формирователь коротких импульсов и первый элемент И-НЕ соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен через второй элемент И-НЕ и второй формирователь коротких импульсов с датчиком скорости, выходы реверсивного счетчика через инверторы соединены с входами третьего элемента И-НЕ, выход которого соединен со входом первого элемента И-НЕ,

выход второго инвертора соединен со входом усилителя мощности, выходы реверсивного счетчика через четвертый элемент И-НЕ соединен со входом второго элемента И-НЕ.

Недостатками этого устройства явл. ют- ся высокое.энергопотребление, вызванное применением микросхем ТТЛ, и низкое быстродействие.

Наиболее близким техническим реше- нией к предлагаемому изобретению является электропривод постоянного тока, содержащий последовательно соединенные ключ, усилитель мощности, электродвигатель, датчик частоты вращения, а также задающий генератор, выход которого соединен с первым входом программируемого делителя частоты, выход которого подключен ко входу первого формирователя коротких импульсов, выхсд которого соединён с входом первого элемента 2И. первый вход второго элемента 2И соединен с выходом

Ё

sj

Јw

1

Ю 4 ЧК

второго формирователя коротких импульсов, вход которого подключен к выходу дат- чика частоты вращения и ко входу преобразователя период-код, первые входы устройства сравнения соединены со входами программируемого делителя частоты и выходами блока формирования кода периода задания, вторые входы устройства сравнения - с выходами преобразователя период-код, реверсивный счетчик, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами третьего элемента 2И, инвертор, одновибратор, вход которого соединен с выходом устройства сравнения, а выход одновибратора подключен к установочному входу реверсивного счетчика

Недостатками этого устройства являются сбои в работе устройства из-за наличия возможности одновременного прихода импульсов на входы +1 и -1 реверсивного счетчика, так как для нормального функционирования реверсивных счетчиков ТТЛ-серии необходимо в момент прихода импульса на один из входов +1 или -1 на другом входе фиксировать уровень Лог влияние устройства сравнения на режим стабилизации при синхронном режиме работы электропривода, так как только значе- ние частоты вращения двигателя становится меньше требуемого, устройство сравнения блокирует работу реверсивного счетчика и подключает электродвигатель к сети, что срывает режим стабилизации частоты вращения с пропорциональным управлением среднего напряжения питания двигателя в функции угла рассогласования между импульсами программируемого делителя частоты и датчика частоты вращения; при отработке различных по амплитуде сигналов в процессе разгона электродвигатель имеет различную избыточную энергию в момент равенства заданной и отработанной скорости. Поэтому импульс времени, необходимый для потенциала избытка энергии должен быть различным для разных сигналов; невысокая экономичность из- за наличия микросхем ТТЛ (реверсивный счетчик).

Целью изобретения является повышение надежности функционирования системы за счет предотвращения сбоев в работе.

Поставленная цель достигается тем, что в электропривод постоянного тока, содержащий последовательно соединенные ключ, усилитель мощности, электродвигатель, датчик частоты вращения, а также задающий генератор, выход которого подключен ко входу первого формирователя коротких импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента

2И, первый вход второго элемента 2И соединен с выходом второго формирователя . коротких импульсов, вход которого подключен к выходу датчика частоты вращения и ко

входу преобразователя период-код, первые входы устройства сравнения соединены со входами программируемого делителя частоты и выходами блока формирования кода периода задания, вторые входы устройства

0 сравнения соединены с выходами преобразователя период-код, реверсивный счетчик, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами третьего элемента 2И, инвертор, введены первая и

5 вторая линии задержки, RS-триггер, первый и второй элементы 2ИЛИ, причем вторые выходы первого и второго формирова телей коротких импульсов подключены ко вторым входам второго и первого элементов 2И со0 ответственно, первый выход устройства сравнения подключен ко входу обнуления R реверсивного счетчика, второй выход устройства сравнения подключен ко входу разрешения предустановки РЕ реверсивного

5 счетчика, второй выход реверсивного счетчика подключен ко входу ключа, а выход переноса СО подключен через инвертор к первому входу первого элемента 2ИЛИ. ко второму входу которого подключен выход

0 третьего элемента 2И К выходу первого элемента 2ИЛИ подключен вход разрешения счета CI реверсивного счетчика первый и второй элементы 2И подключены к S и R- входам RS-триггера соответственно и через

5 линии задержки ко второму элементу 2ИЛИ, выход которого соединен с тактовым входом реверсивного счетчика. Выход RS-триггера соединен со входом установки направления счета Ј1 реверсивного счетчи0 ка. Первый, третий и четвертый входы предустановки реверсивного счетчика соединены с общей шиной устройства, а второй - с шиной напряжения литания.

На чертеже представлен пример конк5 ретного выполнения устройства

Электропривод содержит последовательно соединенные ключ 1, усилитель мощности 2, электродвигатель 3, датчик частоты вращения 4, а также задающий генератор 5,

0 выход которого соединен с первым входом программируемого делителя частоты 6, выход которого подключен ко входу первого формирователя коротких импульсов 7, первый выход которого соединен с первым вхо5 дом первого элемента 2И 8, а-второй - со вторым входом второго элемента 2И 9, Выходы элементов 8 и 9 подключены соответственно к S и R-входам RS-триггера 10 и через линии задержки 11 и 12 ко входам второго элемента 2ИЛИ 13. выход которого

соединен с тактовым входом С реверсивного счетчика 14. Выход RS-триггера 10 подключен ко входу установки направления счета +1 реверсивного счетчика 14, выходы которого соединены со входами третьего элемента 2И 15 и один из выходов со входом ключа 1. Выход переноса СО реверсивного счетчика 14 через инвертор 16 соединен с первым входом первого элемента 2ИЛИ 17, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента 2И 15. Выход первого элемента 2ИЛИ 17 соединен со входом разрешения счета CI реверсивного счетчика 14. Электропривод содержит также блок формирования кода периода задания 18, выхо- ды которого соединены со входами программируемого делителя частоты 6 и первой группой входов устройства сравнения 19, вторая группа входов которого соединена с выходами преобразователя период-код 20, а первый и второй выходы соединены соответственно со входом обнуления R и входом предустановки РЕ реверсивного счетчика 14. Выход датчика частоты вращения 4 подключен ко входам преобра- зователя период-код 20 и второго формирователя коротких импульсов 21 первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами второго 9 и первого 8 элементов 2И.

Первый D1, третий D3 и четвертый D4 входы предустановки реверсивного счетчика 14 соединены с общей шиной устройства, а второй вход D2 - с шиной напряжения питания.

Реверсивный счетчик 14 реализован на основе К-МОП счетчика 564ИЕ11, имеющего вход установки направления счета +1 и тактовый вход С, по приходе на который импульса счетчик, если счет разрешен, либо прибавляет единицу (если ±1 равен Лог.1), либо убавляет (если+1 равен Лог.О).

Электропривод работает следующим образом.

При включении электропривода посто- янного тока устройство сравнения 10 ведет сравнение кода периода обратной связи, поступающего с преобразователя период- код 20, с кодами допусков периода задания, которые устройство сравнения 19формиру- ет при получении кода периода задания с блока формирования кода периода задания 18.

Границы допусков задаются исходя из быстродействия двигателя. Чем меньше по- стоянная времени двигателя, тем меньше могут быть допуски.

Поскольку верхняя граница кода Тзадтах периода следования импульсов задания меньше, чем код периода обратной связи

Тос, на втором выходе устройства сравнения 19 возникает уровень Лог.1, который производит запись в реверсивный счетчик 14 по первому разряду 0, по второму - 1. Лог.1 со второго выхода реверсивного счетчика 14 через ключ 1 и усилитель мощности 2 подключает электродвигатель 3 к сети. Скорость электродвигателя 3 начинает увеличиваться. Как только код периода обратной связи Тос станет меньше кода верхней границы кода задания ТЭадтах. на втором выходе устройства сравнения 19 возникает Лог.О, который разрешает реверсивному счетчику 14 счет импульсов, поступающих с формирователей коротких импульсов 7 и 21. Когда с программируемого делителя частоты 6 приходит импульс, первый формирователь коротких импульсов 7 по переднему фронту формирует короткий импульс. Второй выход формирователя коротких импульсов 7 является инверсным по отношению к первому и во время действия на первом выходе импульса, уровень Лог.О со второго выхода блокирует второй элемент 2И 9, запрещая на это время проход импульса со второго формирователя коротких импульсов 21.

Формирователи коротких импульсов 7 и 21 представляют собой одновибраторы, причем длительности импульсов, формируемых каждым из них должны быть равны Это предотвращает сбои в работе, вызванные одновременным приходом импульсов первого 7 и второго 21 формирователей коротких импульсов. При этом если в момент наличия импульса на первом выходе одного из формирователей приходит импульс с другого, то после окончания действия первого импульса, блокировка снимается и второй импульс другого формирователя проходит на триггер 10 и реверсивный счетчик 14. Потери импульса не происходит.

Пройдя через первый элемент 2И 8. на втором входе которого с инверсного выхода второго формирователя 21 коротких импульсов уровень Лог.1. этот импульс устанавливает в 1 RS-триггер 10 и через линию задержки 11 и элемент 2ИЛИ 13 производит прибавление единицы в реверсивный счетчик 14. Код становится 0011. Электродвигатель продолжает увеличивать скорость. При приходе короткого импульса со второго формирователя 21, импульс устанавливает через второй элемент 2И RS-триггер 10 в нулевое положение и через линию задержки 12 и элемент 2ИЛИ 13 реверсивный счетчик 14 в состояние 0010. Как только скорость электродвигателя будет больше требуемой, наступит момент прихода двух импульсов подряд с датчика частоты вращения при отсутствии за это время импульсов первого формирователя коротких импульсов, На выходе счетчика формируется код 0001, и электродвигатель начинает тормозиться. Электродвигатель будет работать в режиме стабилизации частоты вращения с пропорциональным управлением среднего напряжения питания двигателя в функции угла рассогласования между импульсами программируемого делителя частоты и частоты датчика вращения.

Для того, чтобы не происходило переброса реверсивного счетчика 14 из состояния всех нулей в состояние всех единиц, выход переноса реверсивного счетчика 14 через инвертор 16 и первый элемент 21ЛЛ1Л 17 соединен со своим входом разрешения счета С. Как только в режиме вычитания на выходах счетчика 14 будет нулевой код, на выходе переноса С установится уровень Лог.О, на выходе инвертора 16 уровень Лог. 1, который через первый элемент 2ИЛИ 17 запретит дальнейшую работу счетчика в режиме вычитания импульсов Аналогично, при работе на сложение и при наличии на выходе счетчика кода 0011 происходит запрет работы счетчика на сложение через элемент 2И 15иэлемент2ИЛИ 17 Если скорость вращения электродвигателя возрастает настолько, что минимальный код допуска периода задания Т3ад будет больше кода периода датчика частоты вращения, на первом выходе устройства сравнения 19 возникает уровень Лог.1, который обнулит реверсивный счетчик 14. Сигнал Лог.О со второго выхода реверсивного счетчика 14 отключает электродвигатель от сети. Электродвигатель начинает тормозиться.

Переход с одной частоты на другую аналогичен вышеописанному. Отметим, что в данном устройстве используется прямо пропорциональный линейный преобразователь период-код, в котором большему периоду соответствует больший код. С блока формирования кода периода задания также идет информация, в которой больше требуемому периоду соответствует больший код.

В качестве устройства 19 сравнения может быть использована однокристальная микроЭВМ серии 1816.

Требуемые значения допусков кода периода задания задаются соответствующим программированием однокристальной мик- роЭВМ.

В качестве линии задержки возможно использование двух последовательно соединенных инверторов микросхемы 564ЛН2 В этом случае задержка распространения сигнала через RS-триггер будет меньше, чем задержка прохождения этого сигнала на

тактовый вход реверсивного счетчика 14. поэтому сначала по приходе импульса происходит установка в требуемое состояние RS-триггера и установка требуемого на- правления счета реверсивного счетчика, затем этот импульс приходит на тактовый вход реверсивного счетчика и осуществляет счет в нужном направлении

Формула изобретения

Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к выходу усилителя мощности, вход которого соединен с выходом ключа, датчик

частоты вращения, а также задающий генератор, выход которого соединен с первым входом программируемого делителя частоты, выход которого подключен ко входу первого формирователя коротких импульсов,

выход которого соединен с первым входом первого-элемента 2И, первый вход второго элемента 2И соединен с выходом второго формирователя коротких импульсов, вход которого подключен к выходу датчика частоты вращения и ко входу преобразователя период-код, первые входы устройства сравнения соединены со входами программируемого делителя частоты и выходами блока формирования кода периода задания, вторые входы устройства сравнения соединены с выходами преобразователя период-код, реверсивный счетчик, первый и второй выход которого соединены с первым и вторым входами третьего элемента 2И, инвертор,

отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены первая и вторая линия задержки, RS-триггер, первый и второй элементы 2ИЛИ, причем вторые выходы первого и второго

формирователей коротких импульсов подключены ко вторым входам второго и первого элементов 2И соответственно, первый выход устройства сравнения подключен ко входу обнуления R реверсивного счетчика.

второй выход устройства сравнения подключен ко входу разрешения предустановки « РЕ реверсивного счетчика, второй выход реверсивного счетчика подключен ко входу ключа, а выход переноса СО соединен со

входом инвертора, выход которого подключен к первому входу первого элемента 2ИЛИ, ко второму входу которого подключен выход третьего элемента 2И, выход первого элемента 2ИЛИ соединен со входом

разрешения счета CI реверсивного счетчика, выход первого элемента 2И подключен ко входу первой линии задержки и к S-входу RS-триггера, выход второго элемента 2Й подключен ко входу второй линии задержки и к R-входу RS-триггера, выход RS-триггера

соединен со входом установки направления счета ±1 реверсивного счетчика, тактовый вход которого соединен с выходом второго элемента 2ИЛИ, первый и второй входы коду первой и второй линии з вый, третий и четвертый входы ки реверсивного счетчика общей шиной устройства, а в

торого подключены соответственно к выхо- 5 шиной напряжения питания.

ду первой и второй линии задержки, первый, третий и четвертый входы предустановки реверсивного счетчика соединены с общей шиной устройства, а второй вход - с

Использование: в автоматизированном электроприводе постоянного тока. Сущность: электропривод содержит электродвигатель 3, усилитель мощности 2, ключ 1, управляемый реверсивным счетчиком 14. Введение первой 11 и второй 12 линий задержки, RS-триггера 10 и первого 17 и второго 13 элементов 2 ИЛИ обеспечивает предотвращение сбоев в управляемом реверсивном счетчике 14, а это повышает надежность функционирования и снижает энергопотребление.1 ил.