Устройство для управления электродвигателем постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК H02P5/16 

1

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам для управления электродвигателем; постоянного тока.

Иэвестны устройства для управления 5 электродвигателем постоянного тока, содержащие источник задающего сигнала, аналоговый датчик частоты вращения, звено сыммированчя задающего сигнала и сигнала связи по частоте 10 вращения, усилитель с прямым и инверсным выходами, два основных модулятора (1 .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является |5 устройство для управления электродвигателем постоянного тока, содержгицее последовательно соединенные источник задающего сигнала, сумматор и усилитель с прямым и инверсным выхо-20 Дами, к кгикдому из которых подключен широтно-импульсный модулятор, датчик скорости электродвигателя, подключе ный ко входу сумматора, два блока ТОКОВОЙ отсечки, входы которых под- 25 ключены к выходу датчика скорости, и усилитель мощности 12.

К недостаткам указанных устройств относится низкая технологичность при изготовлении,вызываемая обязательным 30

наличием намоточных изделий (трансформаторов) ,обусловленная необходимостью исключения гальванической связи между элементами управления и элементами импульсного усилителя мощности дпя осуществления токоограничения, а также наличие низкочастотных пульсаций тока якоря в режиме токоограничения, которые уменьшают коэффициент заполнения токовой диаграммы и требуют повышения мощности устройств искусственной коммутации при выполнении импульсного усилителя мощности на тиристорах, т.е. в результате ухудшаются энергетические показатели привода.

Целью изобретения является улучшение энергетических показателей и повышение технологичности изготовления электропривода.Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены два дополнительных широтно-импулЬсных модулятора с цепями смещения, два логических элемента И и блок коммутации, выход которого подключен ко входу усилителя мощности, причем датчик скорости электродвигателя снабжен инверсным выходом, вход одного йэ дополнительных модуч ляторов соединен с прямым выходом датчика скорости, а вход другого с инверсным выходом, выход одного блок токовой отсечки соединен с цепью смещения одного из дополнитель ных модуляторов, а выход другого блЬка токовой отсечки - с цепью смещения другого дополнительного модуляагора, эти же выходы блоков токовой отсечки подключены к блоку коммутации, ко входу одного из логичерких элементов И подключены выход основного модулятора, соединенного с |нверсным выходом усилителя, и дополнительного модулятора, софдиненного с прямым выходом датчика; скорости, а к другому логическому элементу .И подключен выход основ модулятора, подключенного к прямому выходу усилителя, и выход дополнительного модулятора, соединейного с инверсным выходом датчика скорости. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для управления электродвигателем постоянного тока; на фиг. 2 - блок коммутации. Устройство содержит задающий ист ник 1, подключенный к сумматору 2, ко входу которого подключен также один из выходов датчика скорости 3. Датчик скорости 3 имеет два выхода прямой и инверсный. Инверсный выход MO5keT быть образован, например, подключением к тахогенератору допол нительного инвертора. Выход суммат ра 2 соединен со входом усилителя 4 с прямьп л и инверсным выходами. Кс1ждый из выходов усилителя 4 соеди нен с одним из основных широтно-им пульсных модуляторов 5 и 6. Вход дополнительного широтно-импульсного модулятора 7 соединен с прямым выходом датчика скорости 3, а вход др гого дополнительного модулятора 8 соединен с инверсным выходом датчика скорости 3. Выход основного мо дулятора 5 и выход дополнительного широтно-импульсндго модулятора 7, подсоединены к логическому элементу И 9, точно так же и выходы второй пары модуляторов б и 8 подсоединены ко входам логического элемента И 10. Входы блоков токовой отсечки: 11 и 12 соединены с выходом датчика скорости 3, а выходы блоков ток вой отсечки 11 и 12 подключены к цеПям смещения дополнительных моду ляторов 7 и 8 и к блоку коммутации 13, к которому подключены и выхо,15Л логических элементов И 9 и 10. Выходы блока коммутации (логического устройства) 13 подключены к цепям управления ключевых элементов импу сного усилителя мощности 14, нагру кой которого является якорь двигат ля 15. Блок коммутации 13, обеспечива ющий в тормозном режиме коммутаци только одного ключа, для импульсного усилителя с несимметричным законом коммутации может быть выполнен (фиг.2) с использованием двух дополнительных логических элементов И 16, 17 с прямым и инверсным входом,двух инверторов 18 и 19, причем прямой вход каждого из упомянутых логических элементов И 16 и 17 соединен с инверсным выходом соответствуюего логического элемента И 9 или 10, а инверсный вход каждого из этих элементов 16 и 17 соединен с выходом соответствующего блока 11 или 12. Вход каждого из инверторов, входящих в логическое устройство 13, соединен с инверсным выходом соответствующего логического элемента И 9 или 10. Для формирования зависимого от скорости уровня токоограничения достаточно соответствующим образом деформировать модуляционные характеристики дополнительных модуляторов,что может быть наиболее просто сделано включением нелинейных непрерывных функциональных преобразователей в цепь сигналов датчика обратной связи по скорости, подаваемых на дополнительные модуляторы 7 и 8. Устройство работает следующим образом. Напряжение задающего источника 1 в сумматоре 2 сравнивается с напряжением датчика скорости 3.Усилитель 4 представляет собой одно динамическое звено в одноконтурной системе электропривода или несколько звеньев в системе подчиненного управления. Блоки 11 и 12 настроены таким образом, что срабатывают при одинаковой по абсолютному значению частоте вращения, но при разных направлениях вращения. Логическое устройство 13 индицирует тормозной режим и обеспечивает в режиме торможения замыкание и размыкание в течение каждого интepвJlлa коммутации только одного силового ключа и разомкнутое состояние остальных ключей, чем исключается в течение отдельных интервалов коммутации режим противовключения и обеспечиваются в отдельные интервалы коммутации режимы динамического торможения или рекуперации энергии в источник питания. Благодаря тому, что основные и дополнительные модуляторы длительности импульсов синхронизированы и их выходаа подключены к управляющим цепям силовых ключей через логические элементы И 9 и 10, длительность управ-ляющих импульсов, подаваемых на силовые ключи будет равна меньшему из двух значений, т.е. в динамических режимах при насьадении основного модулятора длительность управляющих импульсов будет ограничиваться дополнительным модулятором. При скорости равной нулю относительная продолжительнос импульсов дополнительных модулятор равна величине -j , причем это з чение выбрано из условия: V1CT QO отсеч а где и - напряжение питания импульсного усилителя мощности, заданный уровень ограничения тока якоря, Кд сопротивление якорной цепи привода. Таким образом , в момент, когда , наибольшее среднее напряжение .любой полярности, какое может быть приложено к якорю двигателя равно ист-Го Когда при скорости равной нулю относительная продолжительность импульсов на выходе одного из моду ляторов 5 или 6 у превьпиает значение у , то на выходе логического элемента И 9 или 10 относительная должительность импульсов будет рав jTp ,и соответственно величина тока якоря не будет превышать выбранно значения л .. С начашом разгона двигателя в соответствии с модуляци онной характеристикой относительная продолжительность одного допол нительного модулятора, определяющего максимальную длительность импульсов, работающих силовых ключей будет расти вплоть до максималь ного значения т . В то же время тОХ .относительная продолжительность импульсов другого дополнительного модулятора будет уменьшаться до нул При скорости, модуль который равен П|, длительность импульсов другого дополнительного модулятора станет равной нулю при этом сработает пороговое устройство и сместит модуляционную характеристику дополнительного модулятора таким образом, что скорости п будет соответствовать максимсшьная относительная продолжительность импульсов. Если реверс выходного напряжения усилите ля 4 происходит в момент, когда модуль скорости меньше значения п , т.е. при п п, то относительная продолжительность замыкания силовых ключей, вступающих в работу, лежит между значениями О и г , т.е. имеет место режим противовключения с огр ничением напряжения. При срабатывании одного из блоко 11 или 12 в блок коммутсщии 13 поступает сигнал, обеспечивающий при торможении замыкание и размыкание только одного ключа импульсного усилителя, остальные же три ключа будут находиться в разомкнутом со тоянии. Если реверс выходного сигнала усилителя 4 происходит при.ско рости двигателя превышающей по модулю значение п, то относительная длительность импульсов на выходе логического элемента И 9 (или 10) будет находиться между f и jfj , а блок 13 обеспечит получение импульсов такой скважности в каждом интервале коммутации только на один ключ. То есть в интервалах, когда этот, ключ замкнут, двигатель будет в режиме динамическогсэ торможения, а в интервалах,когда ключ разомкнут - в режиме рекуперативного торможения. Благодаря этому тормозной ток на всем интервале торможения не будет превышать значения После снижения модуля скорости до значения п, блок 11 (или 12) возвращается в исходное положение. При этом блок 13 обеспечивает поступление управляющих импульсов на оба тиристора одного направления, а модуляционная характеристика модулятора смещается в исходное положение. При скорости меньшей, чем Пд, в интервалах импульса будет режим торможения противовключением, а в интервалах пауз динамическое торможение. Изобретение целесообразно использовать в системах автоматического управления электродвигателями постоянного тока с несимметричной коммутацией ключей импульсного усилителя мощности. Формула изобретения 1. Устройство для управления электродвигателем постоянного тока, содержащее последовательно соединенные источник задающего сигнала, сумматор и усилитель с пря1иым и инверсным выходами, к каждому из которых подключен широтно-импульсный модулятор, датчик скорости электродвигателя,, подключенный ко входу сумматора, два блока токовой отсечки, входы которых подключены к выходу датчика скорости, и усилитель мощности, отличающееся тем, что, с целью повышения энергетических показателей электропривода и повышения технологичности его изготовления, в него введены два дополнительных широтноимпульсных модулятора с цепями смещения, два логических элемента И и блок коммутации, выход которого подключен ко входу усилителя мощности ; причем датчик скорости электродвигателя снабжен инверстным выходом, вход одного из дополнительных модуяторов соединен с прямым выходом атчика скорости, а вход другого - с инверсным выходом,выход одного блока токовой отсечки соединен с цепьй смещения одного из дополнительных модуляторов,а выход другого блока токовой отсечки соединен с цепью смещения другого дополнительного одулятора, эти же выходы блоков