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

в

Ј

Использование: в электротехнике, а именно в системах регулирования скорости вращения электродвигателей постоянного тока с частотно-фазовыми дискриминаторами в канале управления. Сущность изобретения: решает задачу улучшения качества регулирования при уменьшении частоты вращения электродвигателя. Для достижения этой цепи введены триггер, две схемы задержки, два элемента И, два элемента ИЛИ и новые взаимосвязи этих элементов. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах регулирования скорости вращения электродвигателей постоянного тока с частотно-фазовыми дискриминаторами в канале управления.

Известен синхронизированный электропривод постоянного тока, содержащий устройство задания, сумматор, частотно-фазовый дискриминатор, выход которого через силовой ключ подключен к якорной обмотке электродвигателя, на валу которого установлен сельсин, питаемый от отдельного генератора.

Данное устройство позволяет получить широкий диапазон регулирования скорости и высокую точность ее стабилизации в установившемся режиме.

Однако в переходных режимах, вследствие неопределенности фазового положения импульсов задания и обратной связи на входах фазового дискриминатора при входе в синхронизм, качество регулирования является неудовлетворительным.

Припусках, особенно на низкие частоты вращения, возникает либо значительное перерегулирование скорости, либо затягивание момента трогания двигателя.

При уменьшение частоты вращения, особенно при переходе с высоких частот вращения на низкие, эта неопределенность, вследствие инерционности вращающихся масс электродвигателя и механизма, вызывает значительное перерегулирование скорости, достигающее, как показывают эксперименты 50-100% и более при переходах с номинальной скорости на скорость 0,02-0,01 номинальной. Причем величина перерегулирования при каждом переходе на одну и ту же скорость может быть различной. Такая величина перерегулирования и ее неоднозначность являются недопустиvjvj СЛ СО СО СА)

мыми для ряда механизмов с программным режимом работы электропривода.

Наиболее близким к предлагаемому является электропривод постоянного тока, в котором благодаря синхронизации второго делителя импульсами обратной связи с помощью первого триггера, обеспечивается хорошее качество переходных процессов при пуске электродвигателя, особенно на малые частоты вращения. В результате синхронизации последовательность прихода импульсов задания и обратной связи на входы частотно-фазового дискриминатора cia- новится строго определенной, и на электродвигатель в момент пуска подается среднее напряжение, пропорциоизпыюе заданной частоте вращения,

Однако при уменьшении частоты пра щения электродвигателя (переходе с высокой скорости на более низкую) о момент синхронизации электродвигателя на более низкой скорости фазовое положение импульсов задания и обратной связи на входах частотно-фазового дискриминатора остается случайным. Поэтому как в известном, так и в рассматриваемом электроприводе появляется значительное перерегулирование частоты вращения электродвигателя.

Целью изобретения является улучшение качества регулирования при уменьшении частоты вращения электродвигателя,

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство введены третий триггер, вторая и третья схемы задержки, второй и третий элементы И и второй элемент ИЛИ, а третий элемент ИЛИ снабжен третьим входом, который соединен с выходом второго элемента И и через второй элемент задержки с первым входом второго элемента ИЛИ. Второй вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом второго триггера, а выход - со входом установки третьего триггера, информационный вход которого подключен к выходу частотно-фазового дискриминатора, а счетный вход - к выходу блока коррекции и входу третьей линии задержки. Инверсный и прямой выходы третьего триггера соединены с первыми входами второго и третьего элементов И соответственно. Вторые входы второго и третьего элементов И соединены соответственно с выходом блока задания и выходом первого триггера. Выход третьей линии задержки соединен со вторым входом частотно-фазового дискриминатора-и вторым входом первого триггера, а выход третьего элемента И соединен с обнуляющим входом второго делителя частоты.

На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Цифрами на фиг. 2 обозначены сигналы

на выходах соответствующих элементов схемы фиг. 1, причем цифрой 13 обозначены сигналы на прямом выходе триггера 13.

Электропривод постоянного тока содержит электродвигатель 1, последовательно соединенные генератор 2 опорной частоты, первый делитель 3 частоты, согласующий элемент 4 и сельсин 5, установленный на валу электродвигателя 1. К выходу генератора 2 опорной частоты подключены

также последовательно соединенные блок б задания, второй делитель 7 частоты, первый элемент ИЛИ 8, частотно-фазовый дискриминатор 9 и усилитель мощности 10, к выходу которого подключена якорная обмотка

электродвигателя 1, Измерительная обмотка сельсина 5 через формирователь 11 и блок 12 коррекции подключена к счетному входу третьего тршгера 13 и входу третьей схемы 14 задержки, выход которой соединен со вторым входом частотно-фазового дискриминатора 9. Электропривод также содержит последовательно соединенные шину 15 управления, первый 16, второй 17 триггеры и первый элемент И 18, второй

которого соединен с выходом первого триггера 16, атретий вход-с выходом блока 6 задания и через первую схему 19 задержки со вторым входом второго триггера 17. Выход первого элемента И 18 связан со вторым

входом первого элемента ИЛИ 8, третий вход которого соединен с выходом второго элемента И 20 и через вторую схему 21 задержки с первым входом второго элемента ИЛИ 22. Второй вход второго элемента ИЛИ

22 соединен с выходом второго триггера 17, а выход - со входом установки третьего триггера 13.

Информационный вход третьего триггера 13 подключен к выходу частотно-фазового дискриминатора 9, а инверсный и прямой выходы - к первым входам соответственно второго 20 и третьего 23 элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходом блока 6 задания и выходом

первого триггера 16. Второй вход первого триггера 16 соединен с выходом третьей схемы 14 задержки, а выход третьего элемента И 23 соединен с обнуляющим входом второго делителя 7 частоты.

Электропривод работает следующим образом.

Частота выходного сигнала сельсина 5 определяется зависимостью

+ QZ/2w,(1)

где f4 -частота питания сельсина 5 сопрягающим элементом 4, Q- частота вращения электродвигателя, z - число пар полюсов сельсина.

Такой сигнал обратной связи обеспечивает высокую частоту поступления информации о частоте вращения электродвигателя 1 в неограниченном диапазоне вплоть до Q 0.

Частотно-фазовый дискриминатор 9 имеет релейную характеристику в режиме сравнения входных частот, которым соответствуют выходные сигналы элемента ИЛИ 8 - fa и схемы 14 задержки - fi4. При этом на вход силового преобразователя 10 выдается постоянный сигнал логической единицы (1) на разгон, если fs fvi, или постоянный сигнал логического нуля (О), если fe fi4, на торможение электродвигателя 1.

В установившемся режиме при равенстве частот входных сигналов (fs fi4J фазо- вый дискриминатор 9 имеет пропорциональную характеристику в режиме сравнения фаз, выдавая на выходе ши- ротно-импульсный сигнал с длительностью импульсов, пропорциональной разности фаз сигналов fe и f 14.

Установившемуся режиму работы электропривода соответствует следующее состояние элементов фиг.2: сигнал 1 на шине 15 управления; сигнал 1 на выходе триггера 16 и О на выходе триггера 17 и элемента И 18.

При работе на установившейся скорости, соответствующей периоду Тел 1/fs.i (участок I фиг. 2), триггер 13 находится постоянно в состоянии 1, поскольку моменту прихода импульса fi2 на его счетный вход всегда соответствует сигнал 1 на информационном входе, который подается с выхода частотно-фазового дискриминатора 9. Это обеспечивается введением схемы 14 задержки. Постоянный сигнал 1 с прямого выхода триггера 13 обеспечивает разрешение счета импульсов вторым делителем 7, т.к. на его обнуляющем входе при этом присутствует сигнал 1 с выхода элемента И 23. Постоянный сигнал 0й на инверсном выходе триггера 13, проходя через элемент И 20 на третий вход элемента ИЛИ 8, разрешает прохождение выходных импульсов второго делителя 7 через элемент ИЛИ 8 на вход фазового дискриминатора 9.

При уменьшении частоты вращения (задании более низкой скорости, соответствующей периоду Тв 2 Ts 1) частотно-фазовый дискриминатор 9 переходит в режим сравнения частот, выдавая на выходе постоянный сигнал О, соответствующий торможению электродвигателя 1 (участок II фиг, 2). Триггер 13 при этом каждым импульсом fi2 переключается в состояние О, обнуляя че- 5 рез элемент И 23 второй делитель 7 частоты и разрешая (сигналом 1 на инверсном выходе) прохождение одного импульса fe с выхода блока 6 задания через элементы И 20 и ИЛИ 8 на вход частотно-Фазового дискрими0 натора 9. Этот же импульс fe. задержанный схемой 21 задержки, проходя через элемент ИЛИ 22 на вход установки триггера 13, переключает его в состояние 1, разрешая счет импульсов делителем 7 частоты. После

5 установки триггера 13 в состояние Г на его инверсном входе появляется сигнал О, запрещающий прохождение следующих импульсов с выхода блока б задания через элемент ИЛИ 20.

0 Таким образом начало счета импульсов делителем 7 частоты синхронизируется импульсами обратной связи. Несмотря на то, что после каждого обнуления делителя 7 частоты ему разрешается счет импульсов,

5 на выходе делителя 7 импульсы отсутствуют (участок II фиг. 2), так как скорость электродвигателя еще не достигла нового значения, соответствующего периоду Тв.2. В этом режиме после каждого импульса fu обратной

0 связи на вход частотно-фазового дискриминатора 9 вместо выходных импульсов делителя 7 частоты через элемент ИЛИ 8 проходит импульс fe с выхода блока 6 задания. При этом выходной сигнал О частот5 но-фазового дискриминатора не изменяется, но подготавливается его переход к работе в режиме сравнения фаз.

При достижении электродвигателем скорости, соответствующей периоду Тв.2

0 (участок 111 фиг. 2), появляется импульс f на выходе делителя 7. который проходит через элемент ИЛИ 8 на вход частотно-фазового дискриминатора 9 и переводит его в режим фазового сравнения.

5 На выходе частотно-фазового дискриминатора 9 появляется сигнал 1, соответствующий подаче напряжения на электродвигатель 1. Следующий затем импульс f 14 обратной связи, благодаря синхро0 низации делителя 7 частоты, приходит на вход фазового дискриминатора 9 через малый промежуток времени и отключает элек- тродвигатель 1 от питающей сети. Поскольку относительная длительность им5 пульсов на выходе частотно-фазового дискриминатора 9 определяет среднюю величину напряжения, подаваемого на электродвигатель, синхронизация последнего на новой заданной скорости осуществляется при малом начальном напряжении. Благодаря этому, по сравнению с прототипом, значительно уменьшается величина перерегулирования скорости. Как показали эксперименты, величина перерегулирования при переходе с номинальной скорости на (0,02-0,01) номинальной не превышает (3- 5)%, что существенно улучшает качество регулирования.

В режимах пуска электропривод работает также, как и электропривод, обеспечивая хорошее качество регулирования. Так, в режиме останова привода (сигнал Он на шине управления 15) на выходе второго триггера 17 присутствует сигнал 1, который через второй элемент ИЛИ 22 подается на вход установки третьего триггера 13, переводя его в состояние 1, которое соответствует запрету прохождения импульсов через элемент И 20 и разрешению - через элементы И 23 и ИЛИ 8. Поэтому после подачи сигнала пуска (1 на шине управления 15) разрешение на переключение триггера 13 (О на выходе второго триггера 17) появляется в момент времени, когда импульсы обратной связи fi2 отсутствуют, Триггер 13 при этом остается в состоянии Г, не нарушая логики работы схемы. Дальнейшая работа устройства соответствует установившемуся режиму, в котором триггер 13 постоянно находится в состоянии 1,, так как моменту прихода импульса fia на его счетный вход всегда соответствует сигнал 1 на информационном входе (участок I фиг. 2).

Таким образом, в предлагаемом электроприводе, благодаря синхронизации начала счета второго делителя 7 частоты в процессе торможения импульсами обратной связи, переход в установившийся режим характеризуется, по сравнению с прототипом, строго определенным фазовым положением импульсов задания и обратной связи, которое обеспечивает улучшение качества регулирования при уменьшении частоты вращения. При этом качество регулирования в режимах пуска по сравнению с прототипом не ухудшается.

Формула изобретения Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, последовательно соединенные генератор опорной

частоты, первый делитель частоты, согласующий элемент и сельсин, установленный на валу электродвигателя, последовательно соединенные блок задания, второй делитель частоты, первый элемент ИЛИ, частотно-фазовый дискриминатор и усилитель мощности, к выходу которого подключена якорная обмотка электродвигателя последовательно соединенные измерительную обмотку сельсина, формирователь и блок коррекции, последовательно соединенные шину управления, первый, второй триггеры и первый элемент И, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, второй вход - с выходом первого триггера, а

третий вход - с выходом блока задания, входом подключенного к выходу генератора опорной частоты, и входом первой схемы задержки, выход которой соединен с вто- рым входом второго триггера, отличаю щи и с я тем, что, с целью улучшения качества регулирования при уменьшении частоты вращения электродвигателя, в него введены трэтий триггер, вторая и третья схемы задержки, второй и третий элементы И и второй элемент ИЛИ, а первый элемент ИЛИ снабжен третьим входом, который соединен с выходом второго элемента И и через вторую схему задержки - с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого

соединен с выходом второго триггера, а выход - с входом установки третьего триггера, информационный вход которого подключен к выходу частотно-фазового дискриминатора, счетный вход- к выходу блока коррекции

и входу третьей схемы задержки, а инверсный и прямой выходы - к первым входам соответственно второго и третьего элементов И. вторые входы которых соединены соответственно с выходом блока задания и

выходом первого триггера, второй вход которого соединен с выходом третьей схемы задержки и вторым входом частотно-фазового дискриминатора, а выход третьего элемента И соединен с обнуляющим входом

второго делителя частоты.

фае. г