Синхронизированный бесконтактный электропривод постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК H02K29/02 

1

Изобретепие относится к бесконтактным двигателям постоянного тока со стабилизацией частоты вращения и может быть использовано для уменьшения нульсапий синхронной скорости и расширения д 1апазона регулирования.

Известно устройство для синхронизации электродвигателей постоянного тока, содержащее полупроводниковый коммутатор н подключенный к его входу своим выходом фазочувствительный триггер, к двум входам которого подсоединен датчик скорости вращения и генератор синхроимпульсов 1.

Известен также бесконтактный электродвигатель постоянного тока со стабилизацией скорости, содержащий полупроводниковый коммутатор, уиравляемый одновременно трансформаторным датчиком положения ротора и вспомогательным кольцевым коммутатором, подключенным к источнику опорной частоты 2.

Недостатками известных устройств является узкий диапазон синхронизации и наличие нестабильности средней скорости, что обусловлеио низкой частотой переключения секций силовой обмотки двигателя и малой скважностью имнульсов питающего напряжения в установивщемся режиме.

Кроме того, известио устройство для синхронизации бесконтактного электродвигателя постоянного тока, содержащее коммутатор, подключенный к одному из его входов своим выходом фазочувствительный триггер в управляющей цепи, к двум входам которого подключены датчнк скорости вращения и генератор синхроимпульсов, а также последовательно соединенные фильтр н формирователь импульсов с управляемой относительной длительностью, включенные

10 между выходом фазочувствительного триггера н коммутатором 3.

Данное устройство является наиболее близким к изобретению по техннческой сущности и достигаемому результату.

15 Недостатком известного зстройства является необходимость выбора достаточно большого значення коэффициента передачи контура, состоящего нз фильтра и формирователя импульсов. В противном случае

20 существенно затягивается время переходного процесса, либо нривод может не войти в синхронизм, что обусловлено появлением доиолиительных нровалов момента в переходном режиме, чнсло которых возрастает

25 по мере уменьшення коэффициента передачи.

В результате такого подхода к выбору коэффициента передачн корректирующего контура эффект регулирования иапряжепия

30 двнгателя нроявляется лишь при незначительной величине относительной длительности разгоняющих импульсов (,5) вне зависимости от уровня синхронизируемой скорости, ввиду чего иульсации установившейся частоты вращения двигателя в области малых скоростей (v.O.S) могут достигать зиачительной величины.

Цель изобретения - уменьшение величины пульсаций частоты вращения в установивщемся режиме.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены последовательно соединенные логическая схема, на два входа которой подключены выходы генератора синхроимпульсов и импульсного датчика частоты вращения, триггер со счетным входом, схема совпадения, генератор пилообразного напряжения, комнаратор, счетчик импульсов, на вход установки нуля которого подключен выход логической схемы, преобразователь кода в напряжение, широтно-имнульсный модулятор и ключевое устройство, нодключенное на вход полупроводникового коммутатора, причем на второй вход ключевого устройс.тва подсоединен единичный выход фазочувствительного триггера, нулевой выход которого подключен к второму входу схемы совпадения.

На фиг. 1 изображена функциоиальиая схема синхронизированного бесконтактного электронривода постоянного тока; на фиг. 2 - эпюры напряжений на элементах устройства, поясняющие его работу до срабатывания логической схемы и после него.

Привод содержит бесконтактный двигатель 1 постоянного тока с полупроводниковым коммутатором 2 и фазочувствительиый триггер 3, к двум входам которого нодгчлючеиы генератор 4 синхроимпульсов и импульсный датчик 5 частоты вращения, укрепленный на выходном валу двигателя 1. Выходы генератора 4 синхроимпульсов и импульсного датчика 5 частоты вращения соединены также с входами логической схемы 6, выход которой подключен к последовательно соединенным триггеру 7 с счетным входом, схеме совпадения 8, генератору 9 нилообразного напряжения, компаратору 10, счетчику И имнульсов, вход установки нуля которого соединен с выходом логической схемы 6, преобразователю 12 кода в нанряжение и щиротно-имиульсному модулятору 13, выход которого подсоединен к входу ключевого устройства 14, подключенного к входу полупроводникового коммутатора 2. На второй вход ключевого устройства 14 подсоедипен единичный выход фазочувствительного триггера 3, нулевой выход которого подключен к второму входу схемы 8 совпадения.

Устройство работает следующим образом.

На единичный и нулевой входы фазочувствительного триггера 3 поступают снгналы Ui и Uz (см. фиг. 1, 2) генератора 4

синхроимпульсов и импульсного датчика 5 частоты вращения. Эти же сигналы воздействуют на входы логической схемы 6, которая вырабатывает выходной импульс нри трехкратном нодряд чередовании фаз импульсов Ui и L/z, что является критерием установившегося режима работы привода, а также при любом сбое чередования фаз импульсов и 1/2.

В переходных режимах на выходе триггера 7 присутствует нулевой потенциал, а счетчик 11 обнулен, поэтому схема совпадепия 8 со стороны триггера 7 закрыта и импульсы напряжения f/4 на ее выход не

проходят, а на выходе преобразователя кода в напряжение 12 (напряжение снимают с инверсного выхода нреобразователя 12) имеем напряжение UT, соответствующее максимальной относительной длительностн

импульсов t/8, равной единице на выходе щиротно-импульсного модулятора 13.

В результате разностные импульсы U с единичного выхода фазочувствительного триггера 3 проходят через ключевое устройство 14 без пскажения формы и воздействуют в дальнейшем через полуироводниковый коммутатор 2 на бесконтактный двигатель 1, который начинает набирать скорость, втягиваясь в синхронизм. Установивщийся режим работы, привода изображен на фиг. 2,а временными диаграммами.

При иоявлении имнульса на .логической схемы 6 триггер 7 переходит в состояние единицы, и нмнульсы нанряжения

и с нулевого выхода фазочувствительного триггера 3 ироходят на вход генератора пллообразпого напряжения, определяя своей длительностью момент зануска и прекращения генерации лииейио возрастающего

выходного наиряжепия U. Наиряженне U поступает на вход комнаратор а 10, имеющего определенный норог срабатывания Упор. Если за время действия импульса U линейно возрастающее нанряжение генератора 9 превысит значение Unap., то нроисходит срабатывание комнаратора 10, формнрующего имнульс напряжения Lc, который далее поступает в счетчик 11 импульсов, записывая в его младший разряд единицу.

Выходной код счетчика 11, воздействуя на преобразователь 12, нриводит к изменению уровня его выходного напряжения Uf (см. фиг. 2,6), ввиду чего относительная длительность имнульсов Us на выходе широтно-имиульсного модулятора 13 уменьшается. В результате на ключевом устройстве 14 происходит модуляция очередного импульса и, что приводит к расширению импульса управляющего панряження Ug и

смещению фазы сигнала U по отношению к Ui на величину, пропорциональную относительной длительности напряжения Ug, в пределах зоны фазового регулирования. Поэтому очередной импульс напряжепия

t/4 имеет меньшую длительиость ио сравнению с предыдущим. Далее процессы в приводе протекают аналогично до тех нор, пока за время существования импульса L/4 выходное напряжение генератора 9 пилообразного напряжения не сможет превысить порогового напряжения . компаратора 10. В этом случае импульс U отсутствует и состояние счетчика 11, а следовательно, уровень выходного напряжения Uj преобразователя 12 и значение относительной длительности напрял ения U на выходе шпротно-импульсного модулятора 13 остаются неизменными. При этом управляющее нанряжение t/g принимает вид широтно-импульсного сигнала (см. фиг. 2,6) с относительной длительностью, которая с точностью до значения конечного временного интервала напряжения U равна относительной длительности нанряжения Uz до введення коррекции.

Значение конечного временного интервала Ui, не может быть сведено к нулю, определяется в каждом конкретном случае параметрами привода (зоной его устойчивого фазового регулирования) и обеспечивается в схеме выбором соответствующих значений напряжения t/nop. и крутизной генератора 9 пилообразного напряжения. Несущая частота широтио-имнульсного модулятора 13 может быть выбрана достаточно высокой, нсходя пз фнльтруюи-1,их свойств двигателя.

При скачкообразном изменении внешнего нагрузочного момента или уровня синхронизируемой скорости происходит сбой в чередовании фаз Hi, Uz, и на выходе логической схемы 6 формируется импульс, переводящий триггер 7 в состояние ноль и обнуляющей счетчик И. При этом относительная длительность имнульсов И% на выходе широтпо-имиульсного модулятора 13 принимает значение единицы, импульсы t/4 через схему 8 совпадания не проходят, и привод работает без корректирующего контура, обеспечивая иовторное втягизан 1е двигателя 1 в синхронизм, после чего картина регулирования нанряження Lg повторяется.

Таким образом, в устройстве в установившемся режиме корректирующий коитур обеспечивает преобразование выходного сигнала фазочувствительного триггера в эквивалентное широтно-имиульсное напряжение с большим значением несущей частоты, заполняющее практически весь временной интервал между импульсами синхрогенератора, благодаря чему достигается эффект существенного уменьшения пульсации установившейся частоты вращения, особенно в области малых скоростей и небольших моментов нагрузкн.

Чнсло разрядов счетчика 11 (цена его младшего разряда) определяется требуемым темпом ввода корректирующего широтно-импульсиого сигнала t/s, который не приводил бы к выпадеиию бесконтактного двнгателя 1 из синхронизма.

Экономичность привода, компопепты которого могут быть выполнены на интегральных микросхемах, обусловлена низкой стоимостью последних.

Формула и 3 о б р е т е н н я

Синхронизированный бесконтактный электропривод постоянного тока, содержащий бесконтактный двигатель с полупроводниковым коммутатором и фазочувствительный триггер, к двум входам которого подключены генератор синхроимпульсов и импульсный датчнк частоты вращенн.я, установленный на выходном валу двигателя, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пульсаций в установившемся , введены донолнительно носледовательно соединенные логнческая схема, на два входа которой подключены выходы генератора спнхронмпульсов н импульсного датчика частоты вращения, триггер со счетным входом, схема совпадения, генератор пилообразного напряжения, компаратор, счетчик импульсов, на вход установки нуля которого нодключен выход логической схемы, нреобразователь кода в напряжение, широтно-имнульсный модулятор и ключевое устройство, подключенное на вход полупроводникового коммутатора, причем на второй вход ключевого устройства подсоединен едииичный выход фазочувствительного триггера, нулевой выход которого подключей к второму входу схемы совпадения. Псточники информацни,

принятые во вннмание прп экспертнзе

1.В сб.: Электродвигатели малой мощности. Л., Наука, 1971, стр. 138-151.

2.Авторское свидетельство СССР N° 284134, кл. Н 02К 29/02, 1970.

3.Авторское свидетельство СССР № 426285, кл. Н 02К 29/02, 1974.