Электропривод постоянного тока Советский патент 1993 года по МПК H02P5/06 

: : - Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах

регулирования частоты вращения электро. привода, в частности, в системах с широким диапазоном регулирования частоты вращения, содержащих в канале управления час- .тртно-фазовый дискриминатор, а в качестве датчика обратной св.чзи использующих

сельсин, установленный на валу электродвигателя.

. : Известен синхронизированный электропривод постоянного тока, содержащий устройство задания, сумматор, частотно-фазовый дискриминатор, выход которого через силовой ключ подключен к обмотке

. электродвигателя, на валу которого установлен сельсин, обмотки возбуждения которого запйтаны от отдельного генератора.

Это устройство обеспечивает широкий диапазон регулирования частоты вращения. Однако в момент пуска двигатель импульсы

сигналов задания и обратной связи на входах частотно-фазового дискриминатора расположены прбизвольно.Лри этом на выходе частотно-фазового дискриминатора с наиболее широко распространённым алгоритмом работы в зависимости or его состояния в момент пуска появляется постоянный логический сигнал, который соответствует разгону или торможению электродвигателя. В первом случае при пуске валу электродвигателя сообщается столь значительное ускорение, что до момента начала торможения величина перерегулирова- ния составит 300-500% при задании частоты вращения порядка 0,001-0,0001 номинальной.

Во втором случае двигатель начинает движение только тогда, когда импульс частоты задания будет приходить раньше импульса обратной связи. Время задержки пуска для малых частот вращения обычно

VJ

00

с

О

СО

о

превышает 10-30 с, что в большинстве случаев недопустимо. Кроме того, использование в известном устройстве сумматора частот не позволяет получить высокую плавность регулирования в нижней части диапазона изменения частоты вращения.

Наиболее близко к предлагаемому устройство для регулирования скорости электродвигателя.

3)го устройство, как и ранее описанное, характеризуется плохими динамическими показателями1- рывками или задержками трогания -- при пусках на малые частоты вращения.

Цел ь изобретения - улучшение качества регулирования при пуске на малые частоты вращения электродвигателя. Для этой цепи в устройство введены первый триггер и од- новибратор, соединенный с входом сброса второго делителя. Одновибратор формирует короткие импульсы в момент появления рабочего фронта импульса с формирователя сигнала обратной связи, когда подана с шины управления команда на останов двигате- ля. Кроме того, частотно-фазовый дискриминатор выполнен на трех триггерах, двух элементах И и двух элементах ИЛИ. При этом соединение триггеров и элементов И выполнено таким образом, что обеспечивает релейную характеристику дискриминатора в режиме частотного сравнения сигналов, когда частоты входных сигналов не равны, и пропорциональную характеристику в режиме фазового сравнения при равенстве частот. Элементы ИЛИ, один из входов которых соединен с выходом первого триггера, служат для принудительного перевода дискриминатора в режим фазового сравнения во время действия команды на останов двигателя. Дополнительный элемент ИЛИ-НЕ, включенный между выходом дискриминатора и входом силового коммутатора разрешает управление силовым преобразователем только во время действия команды на разрешение вращения электродвигателя. В отличие от известных устройств в предлагаемом устройстве во время действия команды на останов двигателя дискриминатор принудительно переводится в режим фазового сравнения, а импульсы частоты задания фазируются с импульсами обратной связи с помощью одновибратора. При этом длительность импульсов сигнала на выходе фазового дискриминатора является не случайной, а строго определенной заданным значением частоты вращения электродвигателя.

На фиг,1 приведена функциональная схема электропривода, а на фиг.. временные диаграммы, поясняющие i1 р л Осп у.

Электропривод содержит электродвигатель 1, подключенный к выходу силового преобразователя 2, последовательно соединенные генератор 3 опорной частоты, первый делитель 4 частоты, согласующий элемент 5 и сельсин 6, установленный на валу электродвигателя 1.

Генератор 3 через блок задания 7 и второй делитель 8 частоты соединен с первым

входом частотно-фазового дискриминатора 9, второй вход которого через формирователь 10 подключен к выходу сельсина 6. Шина управления 11 соединена с информационным входом триггера 12, счетный вход которого связан с выходом второго делителя 8, а выход - со входом управления одновибратора 13, первым входом элемента ИЛИ-НЕ 14 и третьим входом фазового дискриминатора 9, к-которому

подключены первые входы элементов ИЛИ 15, 16. Выход одновибратора 13 соединен со входом сброса делителя 8, а вход запуска подключен к выходу формирователя 10. Частотно-фазовый дискриминатор 9 состоит

из элементов ИЛИ 15, 16, триггеров 17-19 и элементов И 20, 21. Первый вход дискриминатора 9 через последовательно соединенные триггер 17 и элемент И 20 связан с первым входом триггера 18, инверсный выход которого через элемент ИЛИ 15-соединен со вторым входом элемента И 20, выход которого связан со вторым входом триггера 17. Второй вход дискриминатора 9 через последовательно соединенные триггер 19 и

элемент И 21 подключен ко второму входу триггера 18, прямой выход которого через . элемент ИЛИ 16 соединен со вторым входом элемента И 21, выход которого связан со вторым входом триггера 19. Инверсный

выходтриггера 18, являющийся выходом дискриминатора 9, через элемент ИЛИ-НЕ 14 соединен со входом силового преобразователя 2.

Электропривод работает следующим

образом.

Частота выходного сигнала сельсина 6

f6 f5+§|,,(1)

где т5 - частота питания обмоток возбужде- ния сельсина 6, подключенных к согласующему элементу 5;

Q- частота вращения вала электродвигателя 1;

Р - число пар полюсов сельсина 6. При таком способе измерения частоты вращения вала электродвигателя 1 обеспечивается высокая частота считывания информации о частоте вращения при сколь угодно малых ее значениях.

Частотно-фазовый дискриминатор 9 может работать в двух режимах.

При равенстве частот входных сигналов (задания fs с выхода делителя 8 и обратной связи fio с выхода формирователя 10) частотно-фазовый дискриминатор 9 работает в режиме фазового сравнения, выдавая на выходе широтно-импульсный сигнал с длительностью импульсов, пропорциональной разности фаз сигналов fa и fio. При фазовый дискриминатор работает в режиме сравнения частот, выдавая на выходе постоянные сигналы логического нуля (О) при 10 или единицы (1) при

Рассмотрим работу фазового дискриминатора в режиме сравнения частот при . .-.. - ....

Пусть в исходном состоянии на выходах триггеров 17, 19 и прямом выходе триггера 18 присутствуют сигналы О. Сигнал О на третьем входе фазового дискриминатора 9, соответствующий команде на разрешение вращения электродвигателя 1, разрешает прохождение сигналов через элементы ИЛИ 15 и 16. При этом после прихода подряд двух импульсов fs, так как , на выходе триггера 17 и прямом выходё 18 устанавливаются сигналы 1. На выходе элемента И 20 и втором, входе триггера 17 устанавливаются сигналы О, поэтому приход следующих импульсов fs не изменяет состояние триггеров 17 и 18.

Если в промежутке времени между импульсами задания приходит импульс обратной связи fid. в состояние 1 переключается триггер 19, на выходе элемента И 21 появляется сигнал 1, который сбрасывает триггеры 19 и 18 в состояние

О. : . .....

Установление сигнала 1 на инверсном выходе триггера 18 одновременно приводит к появлению сигналов 1 на выходах в состояние О и возврату триггера 18 в состояние 1. При этом на инверсном выходе триггера 18 кратковременно появляется короткий импульс, длительность которого определяется быстродействием используемых элементов и составляет, например, для серии К155 не более 30-40 не. Импульсы такой малой длительности не оказывают влияния на работу привода, поэтому можно считать, что сигнал О на выходе фазового дискриминатора не изменяется.

Следующий за импульсом fio импульс fs устанавливает триггер 17 в состояние 1, поскольку . При этом состояние элементов фазового дискриминатора соответствует описанному выше после прихода подряд двух импульсов fa. Таким образом, при на выходе дискриминатора устанавливается постоянный сигнал О, который не изменяется с приходом импульсов обратной связи fio в промежутке между импульсами задания fs. Этот сигнал элементом ИЛИ-НЕ 14 преобразуется в сигнал 1, со- 5 ответствующий включению силового преобразователя 2 и .подаче на двигатель 1 максимального напряжения (режим пуска), Поскольку схема фазового дискриминатора 9 симметрична относительно первого и

0 второго входов, его работа при fa аналогична с той лишь разницей, что на его выходе устанавливается сигнал 1, соответствующий торможению электродвигателя 1.

В режиме фазового сравнения, когда fe

5 fio, происходит чередование импульсов частот fs и fg на входах дискриминатора, а на его выходе имеет место широтно-импульсный сигнал (см.фиг.З, участок А, где цифрами обозначены сигналы на выходах

0 соответствующих элементов фиг.2, причем цифрой 18 обозначен сигнал на прямом выходе триггера 18).

При этом импульс fs переводит триггер 17 из исходного состояния в состояние 1.

5 На выходе элемента И 20 устанавливается также сигнал 1, поскольку на его втором входе присутствовал сигнал I, проходящий через элемент ИЛИ 15 с инверсного выхода триггера 18, который находился в

0 исходном состоянии (О на прямом выходе). Появление сигнала 1 на выходе элемента И 20 приводит к сбросу триггера 17 в состояние О, и установке триггера 18 в состояние 1. На инверсном выходе триггера

5 18 устанавливается сигнал О, а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 14 -сигнал 1, соответствующий включению силового преобразователя 2 и подаче напряжения на электродвигатель 1.

0 Приход затем импульса обратной связи fio приводит к появлению сигнала 1 на выходах триггера 19 и элемента И 21 и последующему сбросу триггеров 19 и 18 в состояние О. На выходе дискриминатора при

0 этом устанавливается сигнал 1, сортветст-. вугощий торможению электродвигателя 1.

Таким образом, в режиме фазового сравнения при чередовании импульсов fs и fio триггер 18 переключается каждым импульсом fs в состояние 1, а каждым им5 пульсом fю-в состояние О. Триггеры 17 и 19 при этом переключаются из исходного состояния О в состояние 1 лишь кратковременно.

При поступлении сигнала на останов двигателя (см. фиг.2, участок Б), когда с шины управления 11 поступает на вход триггера 12 сигнал О, первый импульс fs устанавливает на выходе триггера 12 сигнал

1. Поэтому на выходе элемента ИЛИ-НЕ 14 устанавливается сигнал О и закрываетя силовой преобразователь 2, а электровигатель 1 тормозится до нулевого начения частоты вращения. Тбт же сигнал 5 триггера 12 разрешает формирование коротких импульсов сброса делителя 8 одно- . вибратором 13 и приводит к .запрету прохождения сигналов с триггера 18 через элементы ИЛИ 15, 16 и появлению на их 10 выходах сигналов 1. Именно поэтому становится невозможным режим частотного сравнения дискриминатора 9.Это значит, что при любом соотношении частот fa и fio н а выходе дискриминатора 9 присутствует 15 широтно-импульеный сигнал. Импульс частоты f ib приводит к формированию короткого импульса на выходе одновибратора 13 и сбросу делителя 8. Поэтому следующий по- еле сброса делителя 8 импульс fs приходит 20 на вход дискриминатора 9 через промежуток времени, равный периоду /fe.

Если на первый вход дискриминатора 9 пришло подряд два или большее число импульсов fe, в момент прихода каждого им- 25 пульса на выходе элемента И 20 формируются короткие импульсы, а на инверсном выходе триггера 18 сохраняется сигнал О, ;-

В то же время появление первого же 30 импульса fio на втором входе дискриминатора 9 приводит к формированию на выходе элемента И 21 короткого импульса, который . устанавливает на инверсном выходе триггера 18 сигнал 1 (см. фиг.2, участок В). Таким 35 образом, во время действия сигнала запрета (О - на выходе шины управления 11} делитель 8 синхронизируется импульсами частоты обратной связи f-ю.: . .

При поступлении команды на пуск элек- 40 тродвигателя (сигнал 1 на выходе шины управления 11) первый импульс частотой fe устанавливает на выходах триггеров 12 и 18 сигналы О (см. фиг,2, участок Г), При этом запрещается работа одновибратора 13, а 45 сигнал О с выхода триггера 18 приводит к появлению сигнала 1 на выходе элемента ИЛИ-НЕ 14, включению силового преобразователя 2 и п Одаче напряжения на электродвигатель 1. Следующий затем импульс fio 50 устанавливает на инверсном выходе триггера 18 сигнал ,1, что приводит к снятию напряжения с электродвигателя 1.

Относительная длительность импуль- 55 сов управления электродвигателем 1 -у$ в момент пуска определяется как

)« (Tio-T8)/T8, ;. (2) где Тю - период частоты fio.

Так как So и V а двигатель 1 еще не начал движение, т.е. в момент пуска , то получаем

4rvИ)

или с учётом (1)

-Ш. : и

Поскольку уд определяет среднюю величину напряжения, подаваемого на электродвигатель 1, из (4) следует, что на двигатель в момент пуска напряжение подается пропорциональное заданному значению частоты вращения. Очевидно, что, чем меньше величина заданной частоты вращения, тем меньше напряжение подается на электродвигатель 1 при его пуске и тем меньше величина рывка. В дальнейшем длительность сигнала с выхода дис.криминато- ра 9 начинает увеличиваться и при достижении током якоря электродвигателя 1 величины, соответствующей моменту статического сопротивления на его валу, по-; следний приходит в движение.

Если задана большая величина частоты вращения, значение) быстро становится равным единице, атак как на третьем входе дискриминатора 9 присутствует сигнал О, то дискриминатор 9 переходит в режим частотного сравнения.. . .

Максимальная величина задержки начала движения вала двигателя относительно момента поступления команды разрешения с шины управления для привода со следующими параметрами - диа пазон регулирования частоты вращения 104:1; Гц - не превышает 0,5-1 с при отсутствии бросков момента и перерегулирования частоты вращения, :

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Электропривод постоянного тока, содержащий последовательно соединенные генератор опорной частоты, первый делитель частоты, согласующий элемент, сельсин, установленный на валу электродвигателя, якорная обмотка которого подключена к выходу силового преобразователя, а измерительная обмотка сельсина подключена к входу формирователя, выход генератора опорной частоты через последовательно соединенные блок задания и второй делитель подключен к первому входу частотно-фазового дискриминатора, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества регулирования при пуске электродвигателя на малые частоты вращения, в него введены первый триггер, одновибратор, элемент ИЛИ-НЕ и шина управления, а частотно-фазовый дискриминатор выполнен в виде трех триггеров, двух элементов И и двух элементов ИЛИ, причем второй вход дискриминатора соединен с выходом формирователя и входом запуска од- новибратора, выход которого подключен к второму входу второго делителя, а вход управления соединен с выходом первого триггера, первым входом элемента ИЛИ-НЕ, включенного между входом силового преобразователя и выходом частотно-фазового дискриминатора, и с третьим входом частотно-фазового дискриминатора,, к которому подключены первые входы элементов ИЛИ, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго

0

5

элементов И, а вторые.входы элементов ИЛИ соединены с инверсным и прямым вы: ходами второго триггера, первый и второй входы которого соединены с первыми входами третьего и четвертого триггеров и выходами первого и второго элементов И соответственно, в то время как вторые входы первого и второго элементов И подключены к выходам третьего и четвертого триггеррв, вторые входы которых являются первым и вторым входами частотно-фазового дискриминатора, выход которого соединен с инверсным выходом второго триггера, а первый входспёрвым входом первого триггера, квторому входу которого подключена шина управления.

Использование: в электротехнике, а именно в системах стабилизации скорости электродвигателей с широким диапазоном ее изменения. Сущность изобретения: увеличение быстродействия электропривода в режиме пуска на малые частоты вращения с одновременным снижением ударных нагрузок в исполнительном механизме. Для достижения этой цели в известное устройство введены триггер, одновибратор, два элемента ИЛИ и элемент ИЛИ-НЕ, а частотно- фазовый дискримиратор выполнен на трех триггерах и двух элементах И. Изобретение может быть использовано в следящих приводах и электроприводах с широким диапазоном регулирования скорости, содержащих частотно-фазовый дискриминатор в канале регулирования и сельсин - в качестве датчика частоты вращения вала. 3 ил. . . « И

Фиг. 1

« Оop

с-JК V