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

73808l

устройство громоздким и ограничивает область его применения.

Наиболее близким к изобретению техническим ранением является устройство для стабилизации скорости вращения электргодвигателя постояннЬго тока, содержащее генератор, подключенный к счетному ВХОДУ счетчика и;мг1ульсов, датчик скорости, механически Сбязанный с электродвигателем, подключенный к источнику питания через лючевой элемент. Выход датчика скорости через формирователь подключен ко в5соду сброса счетчика, вы-. ход которого подключен к органу сравнения, выполненному на двух элементах и и двух триггерах, у которых первый вход первого триггера соединен с датчиком скорости, второй вход с быходом счетчика, первый выход с вторим входом первого элемента И, а второй вуход - с первым входом второго элемента И и с запускающим входом генератора. Первый вход первого элемента И и второй вход второго j riieMeHTa И подключены к датчику скорэсти, выходы элементов И йЬдкЯючёны ко входам второго триггера, подключенного совместно с первым выходом первого триггера к элементу ИЛИ, вы ход КоторЪго п6д Л: йчёй7к кЩчёвойу эле Мёйту в цепи управления двигателем 4 .

Устройство обеспечивает подклю чение двигателя к источнику питания в том случае, если период Т следования сигналов датчика числа оборото больше эталонного интервала времени Та , и отключение,питания в том случае, когда период следования сигналов меныие эталонного интервала времени. Эталонный И1 тёрвал времени задается частотой колебаний задайЦего генератора и числом, набранным на двоичном счетчике переключателем или иным устройством, позволяющим формировать эталонный интерйал времени, а отсчет интервала начинается каждый раз с приходом сигнала датчика числа оборотов.Таким образом, устройство Обладает пониJкeннoй точностью стабилизации скорости в условиях изменения механического момента нагрузки, напряжение питания .двигателя и температуры окружающей- среды. Точность работы такого устройства понижается с хтиёньшёниём величины стабилизируемой скорости, ограничивая тем самым диапазон регулирования скоростей.

Целью данного изобретения является повышение точноста стабилизации скорости вращения и расширение диапазона регулирования скорости. Указанная цель обеспечивается тем что в блок сравнения введены датчик J j O5H4 ecTBeHHoro сОотногаения двух сигналов; генератор импульса фиксированной длительности и широтно-импульсный модулятор, причем выход первого элемента И подключен к запускающему входу генератора импульса фиксированной длительности и к первому входу датчика количественного Воотношения двух сигналов , второй вход которого соединен с выходом второго Элемента И, а выход указанного датчика - к управляющему входу широтно-импульсного модулятора, выход которого и выход генератора импульса фиксированной длительности подключены к входам элемента ИЛИ.

. ч Кроме того, в -устройство, может быть введен дополнительный генератор импуль с а фиксированной длительности, запускающий вход которого подключен к выходу второго элемента И, а выход к дополнительному входу ключевого элемента.

Сущность изобретения поясняется чертежом,нЙ кбтЬромпрёдставлена блок-схема устройства для стабилизации скорости вращения электродвигателя постоянного тока. Устройство содержит задающий генератор 1, выход которого соединен со счетным входом разрядного двоичного счетчика 2, датчик скорости 3, подключенный ко входу формирователя 4, выход которого подключен к первому входу триггера 5, к первым входам элементов И 6,7 и ко входу сброса счетчика 2. Выходы счетчика соединены с переключателем 8, общая цепь которого подключена ко второму входу триггера 5. Первый выход триггера 5 подключен ко второму входу элемента И 6 и к певому входу элемента ИЛИ 9, а второй выход - ко второму входу, элемента И 7 и к запускающему входу генератора 1.

Выход элемента И б соединен с запускающим входом генератора 10 импулса фиксированной длительности и с первым входом датчика 11 количественного соотнсшения двух сигналов, второй вход которого подключен к выходу элемента И 7, а выход - к управляющему входу широтно-импульсного модулятора 12, подключенного совместно с выходом генератора 10 импульса фиксированной длительности ко второму и третьему вхрдаи/i соответственно элемента ИЛИ. Выход элемента ИЛИ 9 соединен со ВТО1Ж1М входом .клю;чебОго элемента 13, первый вход которого подкл чей к источнику 14. питания двигателя 15, а выход соединен с обмотками двигателя 15. Вал двига теля связан с датчиком скорости 3.

В устройство Дополнительно может быть введён втор6й; генератор 16 импульса фиксированной длительности, запускающий вход которого подключают к выходу второго элеиента и 7, а выход - к дополнительному входу ключевого элемента 13. Устройство работает следующим образом, ,, . При включении питания устройства триггер 5 устанавливается в случайное положение, что обуславливает дв возможных варианта пуска двигателя; первый вариант соответствует, устано ке триггера 5 в состояние, при кото ром с его первого выхода -на. элемент ИЛИ 9 подается сигнал. Этот сигнал через элемент ИЛИ поступает на ключе вой элемент 13, открывает его и подает питание на двигатель 15; вто рой варт.ант соответствует установке триггера 5 в положение, при котором на его первом выходе сигнал отсутствует, В этом случае на втором, инвер ном выходе триггера есть сигнал, кот рый включает задающий генератор 1. Задающий генератор вырабатывает импульсы, которые накапливаются счетчиком 2, После накопления счетчиком числа, заданного переключателем 8, с переключателяподается сигнал на .триггер 5 и переключает его в состоя ние, при котором с него подается сигнал на схему ИЛИ 9, открывающую ключевой элемент 13, который подает питание на двигатель. В дальнейшем регулирование Скорости двигателя происходит следующим образом. Сигнал с датчика 3 ско рости, должным образом отработанный формирователем 4, подается на элементы И б и 7 и открывает тот из них на который подается сигнал с триггера 5. Положение триггера 5 определяется соотношением величины периода датчика 3 скорости и эталонного интервала времени, выработанного за дающим генератором 1 и счетчиком 2, то есть определяется тем, что подан на него сигнал со счетчика 2.через переключатель 8 (заданное число на счетчик набралось раньше прихода сигнала с фор шрователя) или триггер остался в положении, приведенном предыдущим импульсом (период импульса с формирователя меньше времени набора числа на счетчике). В первом случае импульс появляется на выходе элемента И б, во втором случае - на выходе второго элемента И 7 С приходом сигнала с формирователя одновременно с описанным сбрасывается в нулевое положение счетчик 2для подготовки его к счету в следу ющем периоде, после чего триггер 5 переключается в положение, при котором выдается сигнал на задающий генератор, импульсы которого накапливаются счетчиком. С приходом следующего импульса датчика скорости описанный процесс повторяется. Раким образом, на выходах элементов И при работе устройства выделяют ся, сигналы, количественное соотнощёние которлх, измеренное за промежуто времени At, характеризует величину

738081 среднего периода сигнала датчика скорости в этом промежутке времени. С элементов И б и 7 импульсы поступают на входы датчика 11 количественного соотнодения двух сигналов. Так как выходные сигналы элементов И формируются дискретно с периодом, близким к эталонному интервалу то для более точного времени Т, измерения их соотношения необходимо, чтобы выполнялось условие л Т,, то есть датчик количественного соотнсмаения должен ёыть ,инерционным устройством В качестве такого датчика могут быть использованы интегратор, реверсивный счетчик, последовательно соединенные триггер с раздельным .запуском и фильтр нижних частот, или любые другие инерционные устройства, позволяющие отслеживать крлнчественное сботношение двух сигналов . Выходной сигнал датчика количественного соотношения двух сигналов управляет работой широтно-ймпульёно- го модулятора 12, формирующего модулированные по длительности импульсы, которые поступают через элемент ИЛИ 9 на ключевой элемент 13, вырабатывающий соответствующие импульсы тока в обмотках двигателя 15. Частота следования импульсов тока двигателя независима от скорости вра.щения и может быть выбрана достаточно высокой для получения необходимой точности регулирования скорости. Сигнал синхронизации широтно-импульсного модулятора необходимой частоты может быть получен введением в его ; состав специального генератора или |от задающего генератора 1, исцользуёМбго для п6лучёния эталонного интервала времени. В Случае, .если датчик количественного соотношения двух сигналов вы- ;полнен в виде интегрирующего звен.а с запоминанием результата интегрирования между импульсами, его выходной сигнал управляет широтно-импульсным модулятором, который, в свою очередь,двигателем таким образом, что количественное соотношение сигналов с элементов И остается неизменным при всех условиях работы. В этом случае система стабилизации .скорости является астатической,ошибки регулирования в такой системе минимальны, В случае выполн.ения да тчйка количес твенногр соотнесения двух сигна д1:ш на по сл довательно соединенных, триггере и фильтре нижних частот с частотой среза f « i/T , его выход- , ной сигнал будет пропорционален количественному соотношению сигналов на входах датчика.Любое воздействие внешних возмущающих факторов (нагрузки, напряжения питания двигателя, температуры окружающей среды) система стабилизации также отрабаты-. - вает, но количественное соЪтношенйе сигналов на входе датчика непостоянно, то есть при работе такой системы присутствует погрешность, величина- которой зависит, от диапазона изменения внешних факторов и коэффициентов передачи отдельных звеньев Выбором соответствующих значений коэ фициентов передачи датчика количественного соотношения двух сигналрв и широтно-импульсного модулятора можно ограничить величину погрешности заданным значением во всем диапазоне изменений внешних возмущающих факто ров;. ,- ; , : ,. Втех случаях, когда период сигна ла датчика скорости больше эталонног интервала времени, в момент окрнчания эталонного интервала переключает ся триггер 5 и с его первого выхода на элемент ИЛИ 9 поступает сигнал. Этот сигнал проходит на ключевой элемент 13, открывает его и ,тем самым определяет начало дополнительного импульса тока питания двигателя. В момент поступления сигнала с датчикаскорости на выходе первого элемента И формируется импульс, запускающий генератор} 10 -импульса фиксированной длительности, сигнал с выхода которого,пос1упая через элемент. ИЛИ 9 на; ключевом элементе 13, продолжает держать его в открытом состоянии До окончания импульса. До полйительный импульс тока питания двигателя необходим для исключения возбуждения системы стабилизации скорости, имеющего место, в системах автоматйческбго регулирования, содер жащих инерционные звенья, а также для сохранения быстродействия. Минимальная длительность импульса опреде ляется из соображенийполучения необходимого запаса устойчивости сиетемы стабилизации скорости, а мак симапьная длительность ограничена величиной допустимых ошибок регулирования скорости. Введение дополнительного генерато ра импульса фиксированной длительнос ти необходимо для улучшения динамиче ких характеристик устройства при резких спадах нагрузки двигателя.Для этого во время между импульсами с выхода йололнительногб генератора 16 импульса фиксированной длительности на ключевой элемент 13 подается разрешающий потенциал. Состояние ключевого элемента определяется в этом случаЬ сигналом на его втором входе. В тех случаях, когда период сигнала датчика скорости меньше эталонного интервала времени, с выхода второго элемента И 7 на вход дополнительного генератора 16 подается сигнал, генератор 16 запускается и фо|)мИруёт импульс заданной длиЬгельности, который -saKtajBj eT ключево.й элемент 13 .и рбес хочивает.двигатель. Длительность ген рируемого импульса выбирается и5 условия исключения случаев увеличения скорости двигателя в момент резкого уменьшения его нагрузки. Генератор импульса фиксированной длительности может быть выполнен в виде любого устройства, позвЬЛяющего формировать импульс заданной длительности. Использование изобретения позволит значительно повысить точность стабилизации скорости вращения в широком диапазоне изменений температуры окружающей среды, механического момента нагрузки и напряжения питания двигателя. В несколько раз уменьшается нижняя граница диапазона регулирования скоростей, что расширяет область применения устройства. Формула изобретения 1. Устройство для .стабилизации скорости вращения элёктродвигателя постоянного тока, подключенного к источнику питания через ключевой элемент, содержащее задающий генератор, выход которого подключен к счетному входу счётчика, датчик скорости, механически связанный с электродвигателем, выходом соединенный через формирователь с первыми входами двух элементов И и триггера, образующих блок сравнения, и ко входу сброса счетчика, выход которого через переключатель подключен ко второму входу триггера, первый выход триггера подключен ко второму входу первого элемента И и через элемент ИЛИ - к ключевому элементу, второй выход триггера подключен ко второму входу второго эле,мента И и к запускающему входу генератора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности стабилизации скорости вращения и расширения диапазона регулирования, в блок сравнения введены датчик количественного соотношения двух сигналов, генератор импульса фиксированной длительности.и широтноимпульсный модулятор, причем выход первого элемента И подключен к запускающему входу генератора импульса фиксированной длительности и к первому входу дат.чика количественного соотношения двух сигналов, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход указанного датчика соединен с управляющим вход;ом широтно-импульсного модулятора, выход которого и выход генератора импульса фиксированной длительности подключен к входам элемента ИЛИ. 2. устройство по П.1, о тл и ч а ющ е е с я тем, что в орган сравнения введен дополнительный генератор импульса фиксированной длительности; запускающий вход которого подключен к выходу второго элемента

И, а выход - к дополнительному входу ключевого элемента. . Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР №399989, кл. Н 02 Р 5/16, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР №379029, кл. Н 02 Р 5/06, 1973,

3.Авторское свидетельство СССР №521643, кл. Н 02 Р 5/06, 1976.

4.Авторское свидетельство СССР №363185, кл. Н 02 Р 5/06, 1974.