Устройство для стабилизации скорости электродвигателя постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК H02P5/06 

vj ел

N| О J

-ГЬ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в изделиях точной механики машиностроительной, радио- и электротехнической промышленности для стабилизации скорости вращения электродвигателя постоянного тока.

Известно устройство для стабилизации скорости вращения, содержащее электродвигатель с электромагнитным датчиком скорости с сигналом, пропорциональным скорости вращения, частотно-фазовый дискриминатор, работа которого основана на синхронизации числа оборотов двигателя в зависимости от фазового рассогласования путем сравнения резонансной частоты фазового дискриминатора с частотой датчика скорости.

Наличие резонансного фазового дискриминатора в устройстве не дает возможности реализовать высокие динамические свойства системы регулирования скорости вращения.

Также известно устройство для стабилизации скорости вращения, содержащее электродвигатель постоянного тока, механически соединенный с датчиком скорости, фильтр, формирователь, преобразователь частоты, источник опорного сигнала, регулятор. Работа устройства основана на синхронизации числа оборотов двигателя путем сравнения удвоенной частоты датчика скорости с частотой источника опорного сигнала в зависимости от фазорассоглзсования указанных сигналов.

Однако наличие фильтра в цепи обратной связи по скорости схемы формирования коротких импульсов, а также отсутствие синхронизации источника опорного сигнала импульсами датчика приводят к повышению статической погрешности и ухудшению динамических свойств системы регулирования скорости вращения.

Известно устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя, содержащее кварцевый генератор, делитель частоты, блок импульсной модуляции, исполнительный блок, оптический тахометр, состоящий из растрового диска с метками, источника излучения и фотоприемника, при этом выход кварцевого генератора подключен к входу делителя частоты, а выход блока импульсной модуляции соединен с выходом исполнительного блока, источник излучения через метки растрового диска оптически связан с фотоприемником.

Недостатком устройства является невозможность точной регулировки скорости вращения электродвигателя из-за несоответствия погрешности оптического тахометра погрешности кварцевого генератора, вызванное повышенными требованиями к точности нанесения меток растрового диска тахометра. Дополнительное введение в устройство второго фотоприемника, двух усилителей формирователей импульсов, формирователей коротких импульсов растрового диска с двумя рядами меток усложняет устройство.

0 Наиболее близким к предлагаемому является электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель с импульсными датчиками скорости, последовательно соединенный с формирователем, первые и

5 вторые выходы которого соединены с входами первого и второго дифференцирующего узла, выходы которых соединены с первым и вторым входами источника опорных сигналов соответственно (состоящий из гене0 ратора импульсов, первого и второго триггеров и первого и второго счетчиков), первый и второй выходы которого соединены с вторыми выходами первого и второго блока сравнения соответственно, первые

5 входы которых соединены с первым и вторым выходами формирователя соответственно.

Первые выходы блоков сравнения соединены с первым и вторым входом первого

0 элемента ИЛИ, вторые выходы блоков сравнения соединены с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ. Выход первого элемента ИЛИ соединен с первыми входами элемента ИЛИ-НЕ и триггера, выход второ5 го элемента ИЛИ соединен с вторыми входами элемента ИЛИ-НЕ и триггера. Выход элемента ИЛИ-НЕ соединен с первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с выходом триггера, третий

0 вход реверсивного счетчика соединен с выходом элемента И, первый и второй входы которого соединены с выходом генератора эталонных импульсов и вторым выходом реверсивного счетчика, а вторые входы перво5 го и второго триггеров соединены между собой и являются третьим входом схемы сравнения, выходы первого и второго триггеров соединены через второй элемент ИЛИ, выход которого является выходом схе0 мы сравнения, и ключевой элемент с электродвигателем, механически связанным с датчиком скорости, который связан с формирователем.

Наличие в цепи обратной связи по ско5 рости дифференцирующих узлов снижает динамические и точностные свойства системы регулирования скорости вращения, а также устройство конструктивно более сложное в изготовлении, что приводит к недостаточной надежности.

Цель изобретения - повышение надежности.

В управляемый источник опорных сигналов предлагаемого устройства для стаби- лизации скорости электродвигателя введены программируемые счетчики, при этом первый вход управляемого источника опорных сигналов подключен к прямому выходу формирователя импульсов, инверсный вход которого соединен с вторым входом управляемого источника опорных сигналов, выходы которых подключены к соответствующим входам первого Элемента ИЛИ, выход которого подключен к третьему входу блока сравнения частот, выполненного на двух триггерах, С-входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока сравнения частот, a R -входы объединены и соединены с третьим входом блока сравнения частот, выходы триггеров являются выходами блока сравнения частот и соединены с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу ключевого усилителя мощности, который подключает к источнику питания электродвигатель, механически связанный с датчиком скорости.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие его работу.

Устройство (фиг.1) содержит управляемый источник 1 опорных сигналов, состоящий из кварцевого генератора 2, вход которого соединен с тактовыми входами первого 3 и второго 4 программируемых счетчиков, выходы которых соединены с первыми вторым входами первого элемента ИЛИ 5, блок 6 сравнения частот, состоящий из первого 7 и второго 8 триггеров, R-входы которых объединены и соединены с выходом первого элемента ИЛИ, а выходы - с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ 9, ключевой элемент 10, вход которого связан с выходом второго элемента ИЛИ, электродвигатель 11, электрически связанный с выходом ключевого элемента 10 и механически с датчиком 12 скорости, выход которого соединен с входом формирователя 15, прямой 13 и инверсный 14 входы которого соединены с первыми и вторыми входами блока 6 сравнения и управляемого источника 1 опорных сигналов.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания блок б сравнения частот устанавливается в случайное положение, что обуславливает два возможных варианта пуска двигателя; первый вариант соответствует установке выхода блока 6

сравнения частот в состояние О, при кото ром ключевой элемент 10 открывается, подавая питание на электродвигатель 11, второй вариант соответствует установке выхода блока 6 сравнения частот в состояние 1, при этом ключевой элемент 10 закрыт, на второй вход управляемого источника 1 опорного сигнала поступает разрешение для формирования интервала времени,

равного половине периода частоты сигнала датчика 12 скорости, после окончания формирования интервала времени сигнал с выхода управляемого источника 1 подается на третий вход блока 6 сравнения

частот, устанавливая его в состояние О, при котором ключевой элемент 10 открывается, подавая питание на электродвига- тел ь 11.

В дальнейшем регулирование скорости

двигателя происходит следующим образом: сигнал с датчика 12 скорости через форми- рователч 15, который на прямом 13 и инверсном 14 выходах формирует сигнал в виде прямоугольных импульсов (фиг.2) длительНОСТЬЮ Гф1 ВЫСОКОГО УРОВНЯ И Тф2 НИЗКОГО

уровня, сумма которых составляет период Тф формирователя, поступает на первые входы блока 6 сравнения частот и управляемого источника 1 опорного сигнала с прямого выхода 13, а на вторые выходы - с инверсного выхода 14, при этом программируемый источник Т при соответствующей программе программируемых первого 3 и второго 4 счетчиков, набранной

каким-либо из существующих способов формирует интервалы времени

Тсг1 Тф1 И Гсг2 Тф2,

где гСГ1 - длительность импульса первого счетчика;

Tcr2 длительность импульса второго счетчика;

Состояние выхода блока 6 сравнения определяется соотношением

Если соотношения больше единицы, то блок б сравнения частот переходит в состояние О, при котором элемент 10 открыт и двтатель 11 разгоняется. Если соотношения меньше единицы, то блок 6 сравнения

частот переходит в состояние 1, при котором ключевой элемент 10 закрыт и двигатель отключен.

Блок 6 сравнения частот, периодически отслеживая либо первое, либо второе

условие, формирует на выходе импульсы, пропорциональные количественному соотношению длительности импульсов формирователя 15 и интервалов источника 1 опорных сигналов, которые управляют ключевым элементом 10.

Таким образом, процесс формирования опорного сигнала программируемым источником происходит последовательно дважды за период сигналов с формирователя меньшим количеством элементов, что повышает надежность. Непосредственное управление программируемым источником интервала времени импульсами высокого и низкого уровня, а также подача максимального напряжения в процессе разгона двигателя позволяют получать максимальное быстродействие, что сказывается на времени переходного процесса (регулирования), вследствие зтого любые воздействия возмущающих факторов (нагрузка, напряжение питания, температура окружающей среды) системы стабилизации отрабатывает.

Формула изобретения УстройстЁО для стабилизации скорости электродвигателя постоянного тока, содержащее управляемый источник опорных сигналов, выполненный в виде кварцевого генератора с двумя счетчиками, блок сравнений частот, два элемента ИЛИ, ключевой

усилитель мощности, формирователь импульсов с прямым и инверсным выходами, вход которого является входом устройства, а выход усилителя мощности является выходом устройства, прямой выход формирователя импульсов соединен с первым входом блока сравнения частот, инверсный выход формирователя импульсов соединен с вторым входом блока сравнения частот, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения надежности, счетчики в управляемом источнике опорных сигналов выполнены программируемыми, первый вход управляемого источника опорных сигналов

подключен к прямому выходу формирователя импульсов, инверсный вход которого соединен с вторым входом управляемого источника опорных сигналов, выходы которого подключены к соответствующим входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к третьему входу блока сравнения частот, выполненного на двух триггерах, С-входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока сравнения частот, a R -входы объединены и соединены с третьим входом блока сравнения частот, выходы триггеров являются входами блока сравнения частот и соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу ключевого усилителя мощности.

Использование: в изделиях точной механики машиностроительной, радио- и электротехнической промышленности для стабилизации скорости вращения электродвигателя постоянного тока. Сущность: устройство содержит управляемый источник 1 опорных сигналов, выполненный на основе кварцевого генератора 2 и двух программируемых счетчиков 3 и 4, блок 6 сравнения частот, два элемента ИЛИ 5 и 9, ключевой элемент 10 и формирователь 15 с прямым и инверсным выходами. Процесс формирования опорного сигнала программируемым источником 1 происходит последовательно дважды за период сигнала с формирователем 15 меньшим количеством элементов, что повышает надежность. Непосредственное управление программируемым источником 1 интервала времени импульсами высокого и низкого уровня, а также подача максимального напряжения в процессе разгона двигателя 11 позволяет получить мак- симальное быстродействие, что сказывается на времени переходного процесса (регулирования), вследствие этого любые воздействия возмущающих факторов (нагрузка, напряжение питания, температура окружающей среды) система стабилизации отрабатывает. 2 ил. (Л С

Фиг. 2