Устройство для управления вентильнымэлЕКТРОдВигАТЕлЕМ Советский патент 1981 года по МПК H02K29/02 H02P7/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

Однако в случае необходимости изменения частоты вращения при работе известного устройства пусковые свойства двигателя при скачкообразном увеличении частоты управления задающего ге.нератора хуже, чем в режиме самокоммутации, так как включение пирани я обмоток двигателя происходит не по сигналу датчика положения ротора, а при появлении очередного импульса с задающего генератора, что приводит к увеличению времени переходных процессов. При скачкообразном уменьшении частоты управления или момента нагрузки импульсы датчика частоты вращения опережают импульсы управления, обмотки двигателя обесточены, и тем самым осуществляется пассивное торможение двигателя свободным выбегом ротора. При действии на валу двигателя момента нагрузки, сохраняющего свое направление при изменении направления вращения (активтный момент типа шкив с грузом) ротор в паузах между включениями статорных обмоток под действием момента нагрузки начинает ускоряться, при этом сигналы датчика частоты вращения опережают сигналы задаквдего генератора, обмотки статора обесточеныи, следовательно, регулирование частоты вращения двигателя не происходит.

Кроме того, наличие дополнительного таходатчика частоты вращения увеличивает габариты и вес устройства и усложняет его наладку.

Этот недостаток отсутствует в следующем известном устройстве для управления БД.

Наиболее близкое к предлагаемому устройство содержит генератор опорной частоты (цифровой задатчик частоты вращения), многоканальный кольцевой коммутатор, датчики положения ротора, формирователи, силовые ключи электронного коммутатора, элементы И, образующие узел запрета, элементы И-НЕ и триггеры по числу каналов устройства. В казвдом канале выход датчика положения ротора соединен со входом формирователя, входом элемента И-НЕ и входом элемента И, выход которого соединен со входом силового ключа, подключенного выходом к обмотке двигателя, и другим входом элемента И-НЕ, подключенного выходом к запрещающим входам триггере других каналов. Триггер каждого 1ганала соединен разрешающим входом с соответствукяцим выходом кольцевого коммутатора, запрещающим входом - с выходом формирователя, а выходом - с другим входом элемен- . та И соответствующего канала.

Введение в каждый канал устройства триггера и элемента И-НЕ, а также Организация соответствующих схемных связей позволили значительно уменьшить длительность переходных процессов. Изменяя частоту управления, поступающую с генератора опорной частоты, можно осуществлять регулирование частоты вращения С2.

Недостатками известного устройства являются узкая область применения из-за низкой точности стабилизации за счет свободного выбега ротора при торможении и при наличии активного момента на валу, а также невозможности регулирования частоты вращения двигателя при нагрузке такого типа.

Цель изобретения - устранение указанных недостатков, т.е. расширение области применения аа счет повышения точности стабилизации и обеспечения возможности регулирования частоты вращения двигателя при нСгрузке любого типа.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для управления ВД, содержащее цифровой задатчик частоты вращения, многоканальный кольцевой коммутатор,датчик положения ротора, соединенные выход амр со входами формирователей, электронный коммутатор, к силовым ключам которого подключены выходы элементов И узла запрета, введены элемент памяти, частотно-фазовый дискриминатор и узел сравнения, содержащий элементы И по числу каналов устройства и многовходовой элемент ИЛИ-НЕ, при этом вход элемента памяти соединен с выходом цифрового задатчика частоты вращения, а выход - с прямым входом частотнофазового дискриминатора, соединенного выходом с д1ругим входом элемента памяти и входом кольцевого коммутатора, одни входы элементов И узла сравнения соединены с выходами кольцевого коммутатора, другие входы с выходами формирователей, а выходы со входами элемента ИЛИ-НЕ,соединенного выходом с запрещающим входом частотно-фазового дискриминатора и одними входами элементов И узла запрета, другие входы которых соединены с выходами кольцевого коммутатора.

Это позволяет достичь поставленную цель путем осуществления постоянного сравнения действительноЛо положения ротора двигателя, информацию о котором дает датчик положения ротора во время нахождения ротора в зоне действия определенного чувствительного элемента датчика, и заданного дсольцевым коммутатором положения. При этом обмотка двигателя, заданная кольцевым коммутатором, запитывается всегда, когда заданное и действительное положение ротора не совпадают, и обесточивается сразу как только ротор займет заданное кольцевым коммутатором положение.

Причем до тех пор, пока ротор двигателя не займет заданное ему положение, состояние кольцевого коммутатора не изменяется,однако импульс частоты управления при этом не исчезает, а запоминается с тем, чтобы с приходом ротора в заданное положение изменить состояние кольцевого ; коммутатора, т.е. обеспечить работу вигателя при разгоне от датчика положения ротора, а следовательно, обеспечить разгон делителя по его естественной характеристике.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема устройства.

Устройство содержит чувствительные элементы 1-3 датчика положения ротора, формирователи 4-6, электронный коммутатор 7 с силовыми ключами 8-10, узел 11 запрета, содержащий элементы и 12-14, узел 15 сравнения, состоящий из многовходового элемента ИЛИ-НЕ 16 и элементов И 17-19, многоканальный кольцевой коммутатор 20, частотно-фа:зовый дискриминатор 21, элемент 22,памяти и цифровой задатчик 23 частоты вргцдения двигателя.

Выходы чувствительных элементов 1-3 соединены со входами формирователей 4-6 соответствующих каналов устройства. Ейлходы силовых ключей 8-10 электронного коммутатора 7 подключены к статорньм обмоткам 24-26 двигателя, а вхо)1ы - к выходам элементов И 1214 узла 11 запрета. Одни входы элементов И 12-14 соединены с выходом элемента ИЛИ-НЕ 16, а другие - с выходами кольцевого коммутатора 20, с которыми также соединены одни входы элементов И 17-19 узла 15 сравнения. Другие входы элементов И 17-19 соединены с выходами фор1«шрователей 4-6. Выходы элементов И 17-19 соединены со входами элемента ИЛИ-НЕ 16. Вход кольцевого коммутатора 20 соединен с выходом частотнотфазового.дискриминатора 21, соединенного прямым входом с выходом элемента 22 памяти, а инверсным (запрещаклцим) входом с выходом элемента ИЛИ-НЕ 16.Один вход элемента 22 памяти соединен с выходом цифрового задатчика 23 частоты вращения, а другой - с выходом частотно-фазового дискриминатора 21.

Устройство работает следующим . образом.

В момент подачи напряжения питания на устройство ротор двигателя находится в каком-то произвольном положении, информацию о котором вьздает один из чувствительных элементов атчика положения ротора. Кольцевой коммутатор 20 также находится в каком-то произвольном состоянии. При этом, если заданное кольцевым коммутатором 20 случайное состояние не соответствует действительному состоянию ротора, то все элементы И 17-19 j

зла 15 сравнения выдают сигналы логический О,так как в этом случае, хотя бы на одном входе каждого из этих элементов присутствует сигнал логический О, поступающий либо с кольцевбго коммутатора 20, либо через формирователи 4-6 с соответствующего чувствительного элемента 1-3 датчика положения ротора. В этом случае элемент ИЛИ-НЕ 16 дает разрешение на открытие элементов И 120:14 узла 11 запрета и одновременно запрещает прохоящение импульса через дискриминатор 21. Открытые элементы И 12-14 разрешают прохождение сигнсша с какого-то (случайно ус5тановившегося по включению) выхода кольцевого коммутатора 20, который открывает один из силовых ключей 8-10 коммутатора 7 и запитывает соответствующую обмотку двигателя.

0 Ротор двигателя разворачивается на угол dLfufji и принимает заданное кольцевым коммутатором 20 положение, что фиксирует соответствующий чувствительный элемент 1-3 датчика положения ротора, информация с которо5го через формирователи 4-6 поступает на один иэ элементов И 17-19. При этом элемент И фиксирует совпадение действительного и заданного кольцевым коммутатором 20 положения

0 ротора, т.е. на выходе этого элемента И возникает сигнал логическая 1. По этому сигналу элемент ИЛИ-НЕ 16 вьщает запрещающий сигнал на элементы И 12-14, запрещая прохожде5ние сигналов кольцевого коммутатора 20 через эти элементы. Все силовые ключи 8-10 оказываются закрытыми, и с обмоток 24-26 двигателя будет снято питание. Таким образом, дви0гатель подготавливается к дальнейшей обработке частоты управления f.

Импульс частоты fy, поступая на элемент 22 памяти с выхода задатчика 23, переписывается в дискриминатор 21 при наличии на его инверсном

5 входе логического О и, проходя через дискриминатор, поступает на кольцевой коммутатор 20, изменяя его состояние на следующее. При этом тот же импульс, поступая с выхода

0 дискриминатора 20 на другОЛ вход элемента 22 памяти, списывает содержащуюся в нем информацию, подготавливая элемент памяти к Приему следукяцего импульса с выхода задатчи5ка 23.

Если к моменту прихода импульса на элемент 22 памяти на инверсном входе дискриминатора 21 присутствует Iсигнал логическая 1 (обмотка двиТгателя запитана), то пришедший им0пульс запоминается элементом 22, но через дискриминатор 21 на кольцевой коммутатор 20 не проходит. Однако с приходом сигнала логический О на дискрикшнатор 21, т.е. в момент, .

5

когда ротор двигателя занимает заданное ему кольцевым Kot/а татором 20 положение, запомненный элементом 22 памяти импульс проходит через дискриминатор 21 на кольцевой коммутатор 20, состояние которого изменяется. Элементы И 17-19 вновь вьвдают сигналы логический С, обмотка двигателя, заданная кольцевым коммутатором 20, запитывается и рот .двигателя доворачивается из исходного положения до заданного. Таким образом, за счет сохранения в элементе 22 памяти импульса f двигатель разгоняется по своей естественной характеристике, т.е. во время разгона двигатель работает в режме самокоммутации,

Аналогично .устройство работает и в случае необходимости повышения частоты вращения двигателя.

По достижении двигателем скорост заданной задатчиком 23, ротор двигателя устанавливается в заданное ему кольцевым коммутатором 20 положение раньше, чем приходит следующий импульс частоты f . При этом, как был описано выше, с обмоток двигателя снимается питание и двигатель продолжает вращение в зоне действия чувствительных элементов датчика положения ротора незапитанным до приходу импульса управления, чем организуется широтно-импульсная модуляция (ШИМ).

Если происходит сброс нагрузки, ротор двигателя может выйти из зоны действия чувствительных элементов 1-3 датчика положения ротора, соответствующего заданному коммутатором 20 состоянию, и попасть в зону действия следующего датчика. При этом элементы И 17-19 выдают сигнал рассогласования логический О и (в отличие от известного), обмотка двигателя, заданная кольцевым коммутатором, запитывается, осуществляя активное торможение двигателя. Рото возвращается в зону действия чувствительных элементов датчика, соотвествующего заданному кольцевым коммутатором 20 положению. Если во время запитки обмотки с задатчика 23 приходит импульс частоты fv.To он запоминается в элементе 22 памяти и с возвращением ротора в зону действия датчика проходит сквозь дискриминатор 21 на кольцевойкоммутатор io, вынуждая двигатель продолжать отработку заданной частоты вращения.

Подобным же образом устройство работает в случае необходимости уменьшения частоты вращения.

При наличии на валу двигателя нагрузки типа активный момент т.е., если момент нагрузки уводит ротор в зону действия чувствительных элементов 1-3 датчика положения ротора

не соответствующего заданному положению, то обмотка двигателя запитывается, ротор возвращается в заданное ему кольцевым коммутатором 20, положение, и обмотка вновь обесто- чивается на то время, в течение котрого ротор будет находиться в зоне действия датчика, соответствующего заданному коммутатором 20 положению. Это время, в свою очередь, будет зависеть от величины активного момента.

.При этом, уводящий активный момент будет компенсироваться периодической запиткой обмотки двигателя, заданной кольцевым коммутатором 20, на время, пропорциональное величине приложеннЪго активного момента.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности стабилизации и возможность регулирования частоты вращения ВД при нагрузке любого типа, причем указанные преимущества достигаются при небольшом энергопотреблении, так как обмотки двигателя запитываются лишь в определенные моменты

времени.

Формула изобретения

Устройство для управления .вентильным электродвигателем, содержащее цифровой задатчик частоты вращения, выход которого связан с входом многоканального кольцевого коммутатора, датчик положения ротора, чувствительные элементы которого соединены со входами формирователей электронный коммутатор, к силовым ключам которого подключены выходы элементов И узла запрета, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения, введены элемент памяти, частотнофазовый дискриминатор и узел сравнения, содержащий элементы И по чис каналов устройства и многовходовой элемент ИЛИ-НЕ, при этом вход элемента памяти соединен с выходом цифрового задатчика частоты вращения, а выход - с прямым входом частотно.фазового дискриминатора, соединенно выходом с другим входом элемента и входом кольцевого коммутатора, одни входы элементов И узла сранения соединены с выходами, кольцевого коммутатора, другие входы - с выходами формирователей, а выходы со входами элемента ИЛИ-НЕ, соединеного выходом с запрещающим входом частотно-фазового дискриминатора и одними входами элементов И узла запрета, другие входы которых соединены с выходами кольцевого коммутатор

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Франции № 2201808, кл. Н 02 Р 7/00, .1971.

2.Авторское свидетельство СССР № 496639, кл. Н 02 К 29/02, 1973.