Устройство для реверсивного управленияэлЕКТРОдВигАТЕлЕМ пОСТОяННОгО TOKA Советский патент 1981 года по МПК H02P1/18 

Изобретение относится к электро-, технике и может быть использовано в электроприводах постоянного тока. По основному вт. св. № 577631 известно устройство для реверсивного управления электродвигателем постоян ного тока, содержащее блок питанид, блок опорного напряжения, двухполупериодный тиристорный выпрямитель, формирователь импу.льсов, логический блок и формирователь сигналов малой скорости. Выход формирователя сигналов малой скорости подключен черезлогический блок к формирователю импульсов, а один из выходов блока опо ного напряжения подключен к синхронизирующему входу формирователя сигналов мсшой скорости. . Известное устройство позволяет получить Одинаковый пусковой момент при большей и меньшей частоте вращения электродвигателя l. Недостатки известного устройства заключаются в следующем: а) в связи с постоянным числом полу шриодов напряжения в группе в режиме малой скорости величина максимального момента на валу электродвигателя зависит от колебаний вели чины питающего напряжения и может оказаться недостаточной для перемещения рабочих органов системы, в которой применено известное устройство; б)в связи с постоянным числом полупериодов напряжения в группе в режиме малой скорости и большим разбросом величины момента трогания {статического момента сопротивления) в различных реальных, системах время разгона электродвигателя, определяемое лнтервсшом между, моментами трогания электродвигателя и окончания последнего полупериода в группе, может оказаться либо недостаточным для дости)5ения необходимой величины малой скорости, либо излишним, что приводит к превышению необходимой величины скорости; в)число полупериодов в группе необходимо устанавливать при настройке каждого конкретного устройства, но это не устраняет полностью указанных недостатков в связи с изменением параметров устройства при эксплуатации, и кроме того, не позволяет обеспечить на/нежную защиту электродвигателя от перегрузок в режиме малой скорости, так как каждому числу полупериодов в группе должна

соответствовать своя величина тока уставки в элементе защиты.

Цель изобретения - улучшение стабилизации, частоты вращения и автоматическая тепловая .защита электродвигателя.

Поставленная цель достигается тем что в устройство дополнительно введены элемент задержки, триггер, формирователь, элемент совпадения, реверсивный счетчик, преобразователь код-напряжение, компаратор, пороговы элемент, схема формирования, усили- тель, измеритель среднего значения величины тока электродвигателя,, блок контрольной нагрузки. Первый и второй формирователи периода сигнала, выход второго формирователя периода сигнала подключен к одному дополнительному входу формирователя, сигналов малой скорости, а вход - к выходу преобразователя код-напряжение, причем выход этого преобразователя также подключен к одному из входов компаратора, второй вход которого подключен к выходу усилителя, а третий - к выходу схемы формирования, причом выход схемы формирования подключен к-второму входу усилителя, другой вход которого подключен к выходу блока контрольной нагрузки, причем выход контрольной нагрузки также подключен к входу измерителя среднего значения величины тока электродвигателя, выход которого подключен к входу первого формирователя периода сигнала, который своим выходом связан с другим дополнительным входом формирователя сигнгшов малой скорости, причем выход компаратора подключен к входу порогового элемента, выход которого связан с .одним из входов реверсивного счетчика и одним из входов триггера, другой вход которого подключен к выходу задержки, вход которого подключен к выходу формирователя, причем выход формирователя также подключен к одному из входов элемента совпадения, другой вход которого подключен к выходу триггера, а выход - к одному из входов реверсивного счетчика, выход которого подключен ко входу преобразователя код-напряжение причем выход формирователя сигналов малой скорости и входа схемы формирования и формирователя связаны мезкду собой, а блок контрольной нагрузки подключен между электродвигателем и выходом управляемого тиристориого .выпрямителя. .

На чертеже представлена блок-схем устройства.

Устройство содержит электродвигатель 1, двухполупериодный тиристорны выпрямитель 2, блок 3 питания электр двигателя, блок 4 опорного напряжения, формирователь 5 импульсов управления тиристорами, логический блок 6

формирователь 7 сигналов малой скороти, блок 8 контрольной нагрузки, усилитель 9, измеритель 10 среднего .значения величины тока двигателя, элемент 11 совпадения (схема и), триггер 12, элемент 13 задержки, реверсивный счетчик 14, преобразователь 15 код-напряжение, компаратор 16, пороговый элемент 17, первый 18 и второй 19 формирователи периода сигнала, схему 20 формирования и формирователь 21. Формирователь 7 сигнало малой скорости содержит два одновибратора 22 и 23.

Устройство работает следующим образом..

Правое или левое вращение электродвигателя 1 задается двухполуперионым управляемым тиристорным выпрямителем 2. Между выпрямителем 2 и двигателем 1 включен блок 8 контрольной нагрузки, через который проходит ток электродвигателя. Роль контрольной нагрузки играет точное сопротивление контрольная нагрузка также может быт включена меящу электродвигателем и общей точкой.питающего напряжения двигателя.

йлпрямитель 2 состоит из четырех тиристоров. Правое .или левое вращение двигателя определяется работой той или другой пары тиристоров. Управление каждой из пар тиристоров осуществляется сигналами, поступающими с формирователя 5.

В случае применения электродвигателя с параллельным возбуждением вместо выпрямителя 2 может быть применен управляемый выпрямительный мост из.четырех тиристоров, в диагональ которого включается обмотка электродвигателя. Питание выпрямителя 2 осуществляется от блока 3 питания электродвигателя переменным синусоидальным напряжением, синхронизированным с напряжением питающей сети. На два входа формирователя 5 импульсов управления с блока 4 опорного напряжения поступают сдвинутые относительно друг друга на 180 переменные напряжения, синхронизированные с напряжением сети.

Формирование импульсов управления тиристорами происходит по двум каналзал. Первый кангш предназначен для формирования импульсов управления, синхрониэиррванных с положительными полуволнами питаюцего напряжения, второй канал - для формирования импульсов, синхронизированных с отрицательными полуволнами. Импульсы напряжения формируются в формирователе 5 в моменты перехода напряжения сети через ноль и по форме близки к прямоугольным. Режим формирования импульсов задается логическим блоком 6 на выходе которого сигнал, разрешаю|ЩИй формирование, може быть или постоянным или может- поступать в течение определенных интервалов с определенной частотой повторения. .На вхо ды блока 6 поступают сигналы с формирователя 7 сигналов малой скорости а по линиям 24 и 25 от внешнего уст ройства - сигналы выбора скорости. Формирователь 7 сигналов малой скорости состоит из двух одновибрат ров. Одновибратор 22 работает в режим деление частоты Опорного напряжения синхронизированного с сетевым напря жением и подаваемого от блока 4. Коэффициент деления частоты опорного напряжения к,, следовательно, период следования импульсов этого вибратора меняется в зависимости от уровня напряжения на выходе первого формирова теля периода сигнала.Одновибратор 22 работает синхронно с одновибратором 23, но длительность его импульсов определяется величиной напряжения, подаваемого на один из его входов от второго формирователя 19 периода сигнала. Сигналы -выбора скорости подаются на логический блок б от внешнего устройства по линиям 24 и 25. При выборе большой скорости по линии 24 подается сигнал единичного уровня, а по линии 25 - нулевого. При этом на выходе логического блока б уровень выходного сигнала постоянен и является, разрешающим для работы формирователя 5, с выхода которого импульсы, синхронизированные с полупериодами напряжения питания, постоянно поступают на выпрямитель 2 В результате этого на электродвигатель постоянно подается двухполупериодное выпрямленное напряжение и электродвигатель работает в режиме большей скорости. При выборе меньшей скорости по линии 24 подается сигнал нулевого уровня, а по линии 25 - единичного. В этом случае сигнал на выходе логического блока имеет форму прямоугольных импульсов, длительность и период повторения которых повторяют соответствующие параметры сигналов с выхода формирователя 7. В течение времени, определяемого длительностью импульсов разрешающего уровня с выхода логического блока 6, на выходе формирователя 5 появляются импульсы управления тиристорами.В паузе между импульсами разрешающего уровня с выхода логичес кого блока б импульсы управления тиристорами в формирователе. 5 не образ ются.Соответственно этому на электро двигатель подается напряжение в виде групп полупериодов выпрямлен но напряжения, повторяющихся через опреде ленные промежутки времени. Контроль за наличием вращения элек;гродвигатёля и поддержание величины скорости вращения в определенны пределах (в режиме малой скорости) основаны на использовании зависимоети тока двигателя от скорости вращения якоря. Напряжение, пропорциональное мгновенному значению тока электродвигателя, с блока 8 контрольной нагрузки поступает на вход 1 усилителя 9. Усилитель 9 усиливает сигнал, поступающий от блока 8, только во время действия на его входе 2 импульса напряжения, подаваемого с выхода схемы 20 формирования. Основной функцией схемы 20 является укорочение импульсов, проходящих на ее вход с выхода формирователя 7. Укорочение импульсов в схеме 20 происходит за счет задержйи переднего фронта, при этом задний фронт импульда не сдвигается. Задержка переднего фронта происходит на время t 0,l-0, где Сдд - электромеханическая постоянная электродвигателя. Данная задержка исключает измерение максимального значения тока при переходном процессе в начальный период после подачи напряжения на неподвижный двигатель. Конкретная величина f определяется в зависимости от параметров электродвигателя, статических и динамических параметров нагрузки, частоты и напряжения питающей сети. С выхода усилителя 9 усиленное напряжение, пропорциональное мгновенным значениям тока электродвигателя, замеряемым в указанный период времени, поступает на вход 1 компаратора 16. Состояние реверсивного счетчика 14 определяется сигналами, поступающими на его входы 1. и 2. Счетчик выполнен с управлением направления счета от сигналов счета, таким образом, что единичный сигнал на входе 1 вызывает уменьшение содержимого счетчика на единицу, а сигнал на входе 2увеличение на единицу. В счетчике запрещены переполнение и переход в режим счета в обратном коде, таким образом минимальному значению содержимого счетчика соответствует нулевое значение содержимого счетчика, которое определяется максимальным числом полупериодов напряжения питания электродвигателя в группе. Выходы всех разрядов счетчика 14 подключены к входам преобразователя 15 коднапряжение, на выходах которого образуется напряжение, пропорциональное, значению содержимого счетчика. Максимальномузначению напряжения на выходе преобразователя 15 соответствует максимальное число полупериодов напряжения питания электродвигателя в группе. Напряжение с выхода преобразователя 15 подается на вход 2 компаратора 16 и вход второго формирователя периода сигнала. Таким образом, состояние счетчика 14 однозначно определяет длительность импульса сигнала малой скорости с выхода формирователя 7 н, соответственно, число полупериодов .питающего напряжения на электродвигателе 1 . Компаратор 16 производит сравнение напряжений, поступающих на его входы 1 и 2, т.е. напряжений с выходов усилителя 9 и преобразователя 15. Коэффициент усиления усилителя 9 подбирается таким, что максимально допустимое значение напряжения на его выходе, пропорциональное соответствующему значению тока элект родвигателя для каждого конкретного числа полупериодов в группе, равно соответствующему значению напряжения на выходе преобразователя 15,. которо в свою очередь соответствует этому ж числу полупериодов. Компаратор 16 производит сравнение напряжений, поступающих на его входы 1 и 2. В случае, если напряжение на входе 1, пропорциональное току электродвигателя, превышает напряжение на входе 2, пропорционально числу полупериодов в группе, на за данную пороговую величину, на выходе компаратора 16 возникает сигнал, поступающий на вход порогового элемента 17. Импульсное напряжение, поступающее на вход 3 компаратора с выхода схемы 20 формирования, используется в компараторе для того, чтобы пороговый сигнал на его выходе мог вырабатываться только Один раз за время действия каждой группы полупериодов напряжения на электродвигателе. Усилитель 17 вырабатывает при воз действии на его входе порогового сиг нала с выхода компаратора 16 импульс напряжения. Импульс с выхода усилителя 17 поступает на вход 2 счетчика 14, в результате чего содержимое счетчика увеличивается на единицу, что вызывает увеличение напряжения на выходе компаратора .15, которое через второй формирователь 19 периода сигнала вызывает увеличение длительности им- : пульса одновибратора 22 формирователя 7 и числа полупериодов питающего напряжения на двигателе в следующей группе. Одновременно импульс с выхода усилителя 17 поступает на вход триггера 12, устанавливая его в нуле вое состояние. Сигнал с выхода триггера 12 поступает на вход 2 схемы 11 з.апрещая прохождение сигнала со входа 1.. Формирователь 21 формирует импуль по заднему фронту импульса малой ско рости с выхода формирователя 7. Этот импульс поступает на вход 1 схемы 11 но не проходит через нее в связи с з прещающим уровнем на входе 2 от триг гера 12. Одновременно импульс с выхода формирователя 21 поступает на вход элемента 13 задержки, который задерживает его йа время, большее дл тельности самого импульса. Задержанный импульс, с выхода элемента 13 поступает на вход 2 триггера 12 и -переводит его в единичное состояние. Потенциал на входе 2 схемы 11 становится разрешающим, но к этому времени импульс на входе 1 уже окончился, поэтому на выходе схемы 11 отсутствует сигнал управления счетчиком 14. В случае, если в последующий цикл измерения и сравнения (соответствующий следующей группе полупериодов) напряжение на входе 1 компаратора 16 не превышает напряжения на его входе 2 и, следовательно, формирователь 17 не формирует импульса, счетчик 14 не увеличивает своего содержимого, а сигнал по заднему фронту импульса формирователя 7 через схему 11- уменьшает содержимое счетчика 14 на единицу, что, в свою очередь, через преобразо.ватель 15 и второй формирователь 19 вызывает уменьшение длительности импульса формирователя 7 и числа полупериодов напряжения питания электродвигателя в следующей группе. При нулевом состоянии счетчика формирователь 7 вырабатывает импульсы малой скорости минимашьной длительности, примерно равной 0,20,4TM. Автоматическая защита электродвигателя от тепловой перегрузки.при сохранении максимально возможной величины пускового момента и максимально возможног:о числа полупериодов питающего напряжения i . „jynne осуществляется в устройс :зс следующим образоМ. Напряжение, Рхропорциональное мгновенным значениям тока двигателя, поступает с блока 8 на измеритель , 10 среднего значения величины тока электродвигателя. С выхода измерителя 10 напряжение, пропорциональное средней величине тока, поступает навход первого формирователя 18. Увеличение напряжения на входе с выбранной задержкой во времени первого формирователя 18 вызывает изменение напряжения на его выходе, приводящее К увеличению коэффициента деления одновибратором 23 частоты син-хронизиругощего напряжения, поступающего на его вход 1 от блока 4 опорного напряжения, и увеличению периода следования групп полупериодов питающего напряжения на электродвигателе. Защита двигателя в режиме управления с большей скоростью осуществляется с помощью обычного элемента защиты (предохранитель, тепловое реле и т.д.). Изобретение позволяет исключить необходимость регулировки числа полупериодов напряжения в группе при настройке каждой системы; автоматически регулировать число полупериодов в группе и, тем самым, регулировать вводимую в электродвигатель энергию, обеспечивая перемещение якоря электродвигателя и вращение его с малой скоростью, поддерживая ее в определенных пределах; припредельных нагрузках обеспечивать толчковый режим перемещения с максимально допустимой энергией, вводимой в электродвигатель в заданный интервал времени, и автоматической защитой по току. Формула изобретения Устройство для реверсивного управ ления электродвигателем постоянного тока по авт. св. 577631, о ,т л и чающееся тем, что, с целью повышения стабилизации частоты вращения и автоматической тепловой защиты электродвигателя, в него дополнительно введены элемент задержки триггер, формирователь, элемент совпа дения) реверсивный счетчик, преобразователь код-напряжение,- компаратор, пороговый элемент, схема формирования, усилитель, измеритель среднего значения величины тока электродвигателя, блок контрольной нагрузки, пер вый и второй формирователи периода сигнала, выход второго формирователя периода сигнала подключен к одному дополнительному входу формирователя сигналов малой скорости, а вход - к выходу преобразователя код-напряже ние и первому входу компаратора, вто рой вход которого подключен к выходу усилителя, а третий - к выходу схекы формирования и второму входу усилителя, первый вход которого подключен к выходу блока контрольной нагрузки и входу измерителя среднего значения величины тока электродвигателя, выход которого подключен ко входу первого формирователя период сигнала, выход которого соединен с другим дополнительным входом формирователя сигналов малой скорости, причем выход компаратора подключен ко входу порогового элемента, соединенного своим выходом со вторым входом реверсивного счетчика и первым входом триггера, второй вход которого подключен к выходу элемента задержки, подключенного своим входом к выходу формирователя и одному из входов элемента совпадения, другой вход которого подключен к выходу, триггера, а выход - к одному из входов реверсивного счетчика, выход которого подключен ко входу преобразователя коднапряжение , причем выход формирователя сигналов малой скорости соединен со входами cxetfj формирования и формирователя, а блок контрольной .нагрузки включен между электродвигателем и выходом управляемого тиристорного выпрямителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 577631, кл. Н 02 Р 1/11,- 22.11.77.

№ а

Ldtv i-Ш