Устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя Советский патент 1980 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к эпектроприводу с широким диапазоном изменения скорости вращения двигателя, например, по управляющему сигналу. Известны аналогичные устройства, отнсюяашеся по принципу действия к астатическим системам регулирования скорости электродвигателя с фазовым управлением Недостатки их обусло лены дискретностью фазового регулятора В области номинальных скоростей эта дискретность мало сказьшается на работе электропривода, так какэлектромагнит ная и электромеханическая постоянные времени значительно больше интервала дискретности. Однако в области низких скоростей (0,1-1) об/мин вал двигател поворачивается скачкообразно и наблюдаются сбои в работе фазорегулятора. Наиболее близким к изобретению по технической суш.ности является устройст во для стабилизации скорости вращения электродвигателя, содержащее блок управления скоростью, входы которого подключены к источнику управляющего сигнала и датчику положения ротора, и блок регулирования напряжения .двигателя 2J. Недостатком этого, устройства заключается в ограниченности диапазона р&гулирования скорости. Цепь изобретения - расширение диапазона регулирования скорости двигателя., Это достигается тем, что в блок управления скоростью известного устройст-. ва введены входной преобразователь, демодулятор, две пары дифф енцирующих цепочек, две схемы задержки, jojea триггера, две пары схем совпадения, два сумматора и схема вычитания, входы которой соединены с выходами сумматоров, а выход - со входом блока регулирования напряжения двигателя, причем выходы входного преобразователя и демодулятснра соединены со входами первой пары схем совпадения через первую пару диф ферендируюших цепочек, со входами пер37вого триггера - через задерьоси и вторую пару дифферешхирующих цепочпк и со входами сумматоров вторьге в:к:ощ которых соединены с выходами перногчэ триггера через первую пару схем соане- дения, второй триггер и вторую пару схз совпадения, соединяющуюся другими входами с вьосодами первого триггера,, На фиг 1 приведена структ;:Грная схема устройства; на фиг 2-4 - диаграммы напряжений. Устройство содержит электродвига тель 1 с датчиком 2 положения ротора питающийся от блока 3 регудировашля напряжения и блок управлешя скоростью двигателя,, аходы которого подсоедк гены к источнику управляющего сигнала и датчику 2,, а выход соединен со вхх:,аог)« блока регулирования напряжения двнгг -. теля. Блок управления скоростью двигат-эля содержит входной преобразователь 4 демодулятор .5, первую пару дифферешлирующих цепочек 6 и 7 схемы 8 и 9 задержки, вторую пару дифференцирующих цепочек 10 и llj первый триггер 12, первую пару схем 13 и 14 совп аденляв второй триггер 15, вторую пару схем 16 и 17 совпадения два cyvtMaxopa 18 и 19 и вычитатвль 20 Входы вь читателя 20 соединены с выходами су;; маторов 18 и 19, а выход - со входогл блока 3, Выходы входного преобразователя 4 и демодулятора 5 соединены че- рез дифферендируюБшг цепочки 6 и 7 со входами схем 13 к 14 через схем:ы 8 и -9 и дифференцирующие цепочки 10 и 11 со входами триггера 12 и непосредственно со входами сумматоров 18 и 19. вторые входы которых соединен через схемы 16 и 17, триггер 15 и схемы 13 и 14 с выходам триггера 12, соединенньаш также с друшкж входами схем 16 и i7s Рассмотрим вначале работу двух. узлов: входного преобразователя 4 и линейного датчика 2 птеюжения ротора с демодулятором 5. Первый узел представляет собой преобразователь напряжения в частоту, основанный на интегри ровании входного сигнала, на его в.ыкс- де формируется напряжение пилообразкой формы Uy „ Частота импульсов этолс напряжения пропорциональна ве чкчике i.;,, а текущее значение напряжения 0, свя зано с Uy через ИлЧтеграл 1Jи . Линейньй датчик 2 положения ротора представляет собой редуктосин, раб отагощий в фазовом режима,; т, е„ фаза его BbfxoiVrions напряжзщ5я переменного тока ггропорциональнб углу поворота ротора. На Б..:аде редуктосина вклютан демо-) дуляторг .foTop.; преобраоуэт сдвиг фазы зьпсолксгс 9йпряженкя относитэль} ;о г Е;орного в ; :апряжениу постоянного тока„ Ма Bbr;io.e демодулятора 5 при поворО1-э ротору/ редуктосина формируется Manri::;;.:j;:KKa ПОСТОЛЕЕОГО ТОКа UQ § ВеaHVtiHa которого прогазрциокальна углу поворсуга Е скачкообразно уменьшается П5 купя при переходе через нулевое положение рстора редуктосина Таким o6pa;3OMi, на ;зьп;.одах преобра зоваташя 4 и демодулятора 5 формир тот- с.ч; пилообразные на.арялкенияд частоть; которых соотБо-тствуют требуемой и дай- стЕ.кт-апькой скоросчям двигателЯд о напряжение на выгсоде модулятора 5 угловому поло.жению его ротора, Пря скачкообразном изменеикк напря- .. и,5;-, от максимального значания до 1тупя на выходе диффере1ширующей пепочки 6 фopvшpyeтcя короткий синхроимпульс и,,S Зтим же перепадом нагф.яжения , запускается схема 8,, которая вырабглтываег уакк.й иьшульс н:аггркжеП14;1 Jo. о Диффере щирующй цегьь 10 формирует по заднему фронту Hivinyjico.B О 1;;г-.1пупьсь U задер-.жакги-ле относктепьно HMnyjibcoB ца ъа, Аналогично фор жрую-сся 1мп:;льс:ъ1 Or- Е Uj на выхода дифференигруюцдах 11 по перепаду иаиряжеимя гег.|г;чек о- .... Импульсы иё с вьсхода диф фереицир;лои1ей цепочки 10 поступаю -: ке IlXOA R.I а с выхода дг фферен™ ннрукзщей депочкк 11 ке вход в триг гэра ,2.,, Под воздей;: гв|;5ем эткй импуль- саз триггер 12 пэре:«1Ючае.гся, формируя на вьвсо.цах напр.яженЕя -д фронты когорьж. смещены на вреьш относйтшпэно фрснтоэ нааря.«ений U.ijt, и ос И-з-е.а смещения а.а врегушни импульсь, Ur :; ЗЬКОДЯ СЗСеЫы 6 ИМПу.:ЬСЬ; U. 5 п....::;; сдающие на. вхоп схемы I-t ;а соВпада}&Тг. Поз-тому не выходе схемы 14 MiiyJibcoB нет п ка вход R трип эра 13 Ейчвго ка поступает:;. .ДКШЮГЕЧНО йЬШулх-.сы Uc с выхода ;.емь; 7 нв совпадают во времени с ыггу,;ьсаг-.да U, поэтому на агюд S григгнра 15 импульсы не подаются и аогаогкенвь -Torts триггера зависят ст npejiiJr.TiOCE.;- работы хггройстври Пля крашения чертеж (, фиг. 2) импульсы изображены вверх, а импульсы и-г/( вниз относительно оси времени. AiianorHHHo изображены напряжения U-, и и;, , и; и и; , и, и и . Пусть, например, в момент времени было включено напряжение питания и триггер 16 занимал неблагоприятное с точки зрения длительности пераходнс- го процесса положение, при котором выдается напряжение U с инверсно™ го выхода (ски фиг. 2), Так как на входы R и S импульсы не поступают, то триггер сохраняет свое состояние. Напряжение U-Jj подготавливает схем: совпадения 16 к открыванию. При поступ лении с триггера 12 импульсов напряжения выходе схемы совпадения 16 формируются импульсы напряжения и переменной длительности с нормированной амплитудой, равной максимальному значе нию и напряжений Up и Ujj . Напряжения и и UQC суммируются сумматором 18, с выхода которого снимается напряжение UQ . Так как U-r 0, то схема 17 закрыта и напряжение Ц О. Поэтому выходноэ напряжение сумматора 19 U jj Ujjp , что и локазано на фиг, 2 Из-за уменьшения фазового сдвига напряжений UUH и UQ относительная длительность импульсов и постепенно уменьшается. Е следствие этого среднее значение напряжения 1), уменьшается, а среднее значение напряжения U остает ся постоянным, Вычитатель 20 выделяет разность & и - и - и 2 напряжений U / и и « Из фиг 2 видно, что напряжения Уд - 2. имеют зубчатую, а напряжение Д и гладкую форму. В рассматриваемом режиме и U , поэтому дО имеет от-рицатвльную поляриостье Выходное напряжение Upблока 3 пропорционально величине Д U , а момент двигателя М, в свою очередь, пропорционален напряжению Л U„ Знак ве личин Up и М совпадает со знаком ДЦ Так как AUcOjTOHNKO , т.е. двигатель развивает тормозной момент Под действием этого мометга скорость двигателя снижается от первоначального значения Л , Описанный режим продолжается до тех пор, пока не возникнет ситуация, при которой в промежутке между двумя скачками напряжения QC появляется два скачка напряжения Jiif-,. (показано пунктиром на фиг. 2) в третьем периоде напряжения . При атом между даукш имгг|-льс,2ми Lio с выхода схемы 11 проходят два импульса с выхода схемы 6 и соответствующие им два импульса дифферендируютей цепочки 10 и,; с выхода. Первый из этих импуль™сов устанавливает триггер 12 по входу U S но не совпадает с импульсом U- , а второй импульс U совпадает с импульсом ( в момент времени t, (показано на фиг. 2 вертикальным пунктиром). При этом на выходе схемы 14 войшшаэт , устанавдиваюи ий триггер 15 по входу R , т,е-. в момент времени t. триггер 15 переключается, и на прямом выходе его появляется напряжение Jj-z а Ll-f становится равным тюо,, Схема 16 закрьшается, а схема 17 . подготавливается к открьюанию и при поступлении очередного импульса на ее выходе формирун-тся напряжения U , С выхода сумматора 18 снимается cyKiMa напряжен15й На выходе сумлштора 18 напряжение равно . , Разность напряжений Д и . имеет положительный знак и нарастает вследствие увеличения разности фаз ДГ между Еапряж:ешш1 а1 Uyn и Напряке;;ие Up и момент М ИКШКУГ положитлпьньй aibiK, вследствие чего скорость двигателя возрастаете разность фаз Ег -момент воемонк ЛЧ 180° и напряжение ДУ скачком yM.n OjmaeTCHt а зствм вновь нарастает Таким сбразоь, скорость двигатвйтя гшав- но подходит к своаму установившемд-ся значению Л,-. в времени , Via этом заканчивается пере.7:одный процесс. Если начальное положение тригге ра 15 будет прот ;зополо«ньаЕ рассмот- рениоьгу, то с :орость сразу начнет возрастать от значения Л и достигнет заданной величины Л за более короткий промежуток кремеии, С момента времени t - начинается 1 режим стабилноащж скоростИе при кото- ром частоты иапрякеник U и ос равны собой. Напряжений д.и пропорционально сдвигу фаз Л -Р напряжений Uyp и UQ,, р который зависит от нал рузки двигатспЯг Например,, с возрастанием нагрузки Ч увеличивает- CHs вследствие чего увеличиваются U.U , Up и М, который кo ffl нcиpyeт нарастание нагрузки двига1еля„ Следоватедьно предложенное устройство обеспечивает астатическ}то стабилизацию скорости относительно напряжения Uyp ч

а погрешность стабилизации скоросгги относительно сигнала U уравна погрешности преобразователя напряжениечастота

Допустим, что по каким- 1ибо причинам в момент времени tg скорость двигателя возросла выше значения -fltr, При этом вследствие уменьшения разности фаз -f напряжение д U начнет уменьшаться. Если равновесие не восста- новится, то наступит ситуация, при которой два скачка напряжения UQ, последуют в промежуткее между двумя скачками напряжения Uu ри этом схема совпадения 13 зафиксирует в моменг

времени 1 g совпадение импульса U с выхода схемы 13 и подает имщгльс на

вход S триггера 15, который переключится. Вследствие этого на выходе схемы 16 формируются импульсы напряже- ВИЯ Uj , длительность которых шхлепенно возрастаем- из-за изменения Л Ч . Сумматор 18 формирует напряжение U UQ, , а сумматор 19 вырабатывает напряжение U . Так как U. U;( , то двигатель тормозится, причем величины лУ и тормозного моMeirra нарастают. Продолжение режима после момента времени t -7 показано на фиг 3. Постепенно скорость Л становится ниже стабилизируемого значения,. а частота напряжения VJoc меньше час тоты напряжения U и неизбежно воздикает ситуация ( фиг. 3 в че гвертом периоде U ос ) ри которой между двумя скачками напряжения U о, пр(эходит два скачка напряжения 1) При этом схема 14 фиксирует совпадение импульсов и с и переключает триггер 15 в момент времени i Q « После этого возникнет вьш1еописанный режим раэ гона двигателя с последуюшим ре;«имом стабилизации.

Рассмотрим режим Пйрвоначагопного пуска двигателя, когда частота - напряжения и Q(. намного меньше частоты I ип напряжения , (см. фиг 4). В течение первого периода напряже1Л1Я UQP размещается несколько периодов напряжения Uy , Триггер 12 устанавливается по входу R в nonoHtetttia вьщачи напряжения IJ-, . Поэтому в конце первого периода напряжения U р, триггер 15 устанавливается в папожение вьщачи напряжения U-, , в резул1этате чего на выходе схемы 17 формируются импульс.ы напряжения U .С выхода

сумматора 19 снимается напряжение л -д , а с выхода сумматора 18 напряжения . Разность ЭТИ.Х напряжений iU . в отличие от фиг. 2 имеет не гладкую, а зубчатую форму, поэтому двигатель разгоняется с переменной скоростью до момента времени i

, после которого плавно достигает установившегося значения.

Из сказанного видно, что во вс&х случаях скорость двигателя установившегося значения, точно пропорционального частоте { импульсов выходного напряжения интегрирующего преобразователя. Скорость двигателя синхронизируется так же, как в игзвестных устройствах частотой i ij .В отличие от известных в предложенном устройстве имеется синхронизация углового положения ротора с помощью линейного датчика 2 и блока аналого-дискретной синхронизации. Это расширяет диапазон регулирования скорости и повышает равномерность вращения вала двигателя.

Формула изобретения

Устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя, содержащее блок управления скоростью, вход которого подсоединен к источнику управляющего сигнала к датчику положения ротора двигателя, и блок регулирования напряжения двигателя, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования скорости двигателя, в блок управления скоростью введены входной преобразователь, демодулятор, две пары дифференцирующих цепочек, две схемы задержки, два триггера, две пары схем совпадения, два сумматора и схема вычитания, входы которой соединены с выходами сумматоров, а выход - со входом блока регулирования .напряжения двигателя,. причем выходы входного преобразователя и демодулятора соединены со входами первой пары схем совпадения через первую пару дифференцирующих цепочек, со аходами первого триггера - через схемы задержки и вторую пару дифференцирующих цепочек и со входами сумматоров, вторые аходы которых соединены с вьгходами первого триггера через первую пару схем совпадения, второй триггер и вторую пару ах ем совпадения, соединенн по друхнми входами с выходами первого триггера.

973631810

Источники информации,постоянного тока. Электричество № 4,

принятые во внимание при экспертизе1972, с..47-53.

1, Трахтенберг Р. М, Астатические2 Авторское свидетельство СССР

дискретные системы электропривода№ 474891, кл, Н О2 Р 5/О6, 1971,

x1 --1x XlXlXlx1x1xV1XlxTXTx-TXlXl

.u -i i nxaxixixi j

jTjnrTirir-i jijijtn

п.пп п п п п п п

JU и

1 у U U ..I LdXtn XlX

- XlXUnxIx x-iXi xixIx- xIxtxl j

innnjijizfljd

no П П П П П

« „ ,Ш1Я... ,

,...

j.piz|-pizi n nn n П 1II.- JI1IZ1J UI.

- ,™™™-;« « «a яда-. ,-в, В ™™ --ЧF-«««-4

tfWAftP

Фи&.З

-lxVlxlxl lxlxkt