Устройство для вычисления статического момента вентильного электропривода Советский патент 1982 года по МПК G06G7/62 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в ши рокодиапазонных, быстродействующих вентильных электроприводах постоянного тока.

Известно устройство для определения (вычисления) момента н.а валу двигателя, в котором при закручивании вала смещаются пластины, закрепленные на нем. При этом изменяется емкость колебательного контура и его резонансная частота, которая пропорциональна моменту на валу. В этом случае статический момент измеряется не непрерывно, а при трогании привода или постоянной скорости вращения l .

Однако точность измерения момента в этом устройстве недостаточно высокая и зависит от механических характеристик, конструкции и геометрических размеров вала..

Наиболее близким к предлагаемо- му является устройство, позволяющее определить статический, момент на валу двигателя за счет получения текущей информации по скорости и току данного периода и содержащее блок сравнения, сумматор, интеграторы и датчики скорости и тока 12J.

Однако известное устройство предназначено для .электроприводов с небольшим диапазоном скоростей. ТТри большом диапазоне изменения скоростей () скорость приводапринимает пульсирующий и даже прерывистый характер (с частотой пульсаций выходного напряжени$1 seHTHJlbHoro преобразователя). При этом выходной сигнал10устройства требует фильтрацию, а при шаговом движении привода известное устройство дает ложную информацию о статическом моменте на валу двигателя.

15

Цель изобретения - расширение области применения устройства для вычисления статического момента вентильного электропривода за счет обеспечения возможности вычисления

20 в зоне, непрерывного, так и прерывистого, шагового вращения (движения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее двигатель, вал ротора которого ки25нематически связан с валом датчика скорости, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, выход которого через первый интегратор подключен к первому входу

30 сумматора, электрический вход дайгателя является входом устройства и соединен.с входом датчика тока, выход которого подключен к входу второго интегратора, соединенному с вы ходом сумматора, выход второго йнтег ратора подключен к второму входу первого блока сравнения, введены узел формирования сигнала остановки Ьотора электропривода, квантователи, ключ, блоки фиксации сигнала нулевого порядка и второй блок срав нения, выход которого через последовательно соединенные первые кванто/ Ватель и блок фиксации сигнала нулевого порядка подключен к второму входу сумматора, выход которого явля |ется выходом устройства и соединен с первым входом узла формирования сигнала остановки ротора электропривода, второй вход которого соединен с выходом датчика, тока, третий вход узла формирования сигнала остановки ротора электропривода пбдключен к выходу второго интегратора, через ключ соединенному с входом второго интегратора, управляющий вход ключа подключен к выходу узла формирования сигнала остановки ротора электропривода, выход первого интегратора через последовательно соединенные вторые квантователь и блок фиксации сиг нала нулевого порядка подключен к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого интегратора. Кроме того, в устройстве узел фор мирования сигнала остановки ротораэлектропривода содержит триггер, формирователи импульсов, элементь И элемент Исключающее ИЛИ, ограничители, выпрямители, инвертор и нульорганы, причем вход первого нульоргана является третьим входом узла первым входом которого является вход первого выпрямителя , соединен ный с входом второго нуль-органа, вы ход которого через первый ограничитель подключен к первому входу элемента Исключающее ИЛИ, выход которо го соединен с первыми входами элементов И, выход первого нуль-органа через цепочку из последовательно соединенных второго выпрямителя, второго ограничителя и инвертора подключен к второму входу первого элемента И,- выход третьего нуль-органа через третий ограничитель соединен с вторым входом элемента ИСКЛ ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вход третьего нульоргана является вторым входом узла и подключен к входу третьего выпрямителя , выход которого соединен с в ходом первого выпрямителя и подключен к входу четвертого нуль-органа, выход которого через четвертый огра ничитель аоединен с вторым входом второго элемента И, выходы элементов И через формирователи импульсо подключены соответственно к входам триггера, выход которого является выходом узла. На фиг. 1. показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг,2 схема узла формирования сигнала остановки ротора электропривода. В устройстве вал ротора 1 двигателя соединен с валом датчика 2 скорости, а к якорной цепи ротора 1 подключен датчик 3 тока, выход которого соединен с входом интегратора 4, с , ключом 5 (сброса и с входом узла б .формирования сигнала остановки ротора электропривода. Выход интегратора 4 подключен к входу блока 7 сравнения, другой вход которого связан с выходом датчика 2 скорости. Выход интегратора 4 соединен также с одним из входов узла 6. Выход блока 7 через регулятор 8 подсоединен к входам интегратора 4 и узла 6. Регулятор 8 состоит, из блока 7 сравнения выход которого подключен к интегратору 9, выход последнего подключен непосредственно к первым входам блока 10 сравнения и сумматора 11, а через квантователь 12 и блок 13 фиксации сигнала нулевого порядка к второму входу блока 10. Выход этого блока через кван.тователь 14 и блок 15 фиксации сигнала нулевого порядка подключен-- к второму входу сумматора 11. Узел б формирования сигнала остановки ротора электропривода состоит из следующих элементов: датчика 16 нулевой сокрости, состоящего из нульоргана 17, вход которого подсоединен к выходу интегратора 4, ;i выход через выпрямитель 18, ограничитель 19 и инвертор 20 - к первому входу элемента И 21, выход которого соединен с первым входом триггера 22 через формирователь импульсов 23, датчика 24 трогания, входы выпря 1ителей 25 и 26 которого подсоединены к датчику 3 тока и выходу регулятора 8 соответственно, а выходы - через нуль-орган 27 и ограничитель 28 - к первому входу элемента И 29, выход которого соединен через формирователь импульсов 30 с вторым входом триггера 22, датчика 31 разнополярности моментов, .входы нуль-органов 32 и 33 которого подключены к датчику тока 3 и выходу регулятора .8 соответственно, а выходы через ограничители 34 и 35 подключены к элементу ИСКЛЮЧАЮГЩЕ ИЛИ 36, причем выход последнего подключен к вторым входам элементов И 21 и 29. Устройствво работает в двух основных режимах: при непрерывной вращении вала двигателя (в этом случае ключ .5 (сброса)разомкнут, на выходе узла 6 сигнала Ug О, т.е. этот узел в первом режиме попросту не ; участвует в работе) и при прерывис- том шаговом движении (с частотой, соответствующей пульсности. вентильно го преобразователя, используемого в качестве усилителя мощности),.когда на время остановки ротора двигателя эам кается ключ 5 (сброса) по команде, формируемой на выходе узла 6. Режим такого шагового прерывистого движения возникает в вентильном электроприводе при широкодиапазонном регулировании скоростей (в зоне малых скоростей), особенно при применении высокомоментных двигателей с полым якорем, например в станочном электроприводе с малыми электромеханическими постоянными. В обоих случаях на вход интегратора 4 посту пает разность сигналов с выходов датчика 3 тока и регулятора 8 А 9А стм, .где 35,д-К, сигнал, пропорциональный якорному току и электромагнитному моменту двигателя (j ЗЯА ) выходной сигнал регулятора, имитирующий сигнал статическ го момента на модели двигателя. На выходе интегратора 4 с постоя ной интегрирования где У) - коэффициент согласования мо дели двигателя со структуро реального двигателя и его д чиков 2 и 3; электромеханические постоян ные модели и реального двиг теля; формируется сигнал i Ш, К. J uMdt, .(3) на Ьыходе блока 7, входного узла регулятора 8 в этом случае получаем разность между скоростным сигналом модели Шц и выходным сигналом датчика 2 скорости l(( . Сигнал ли) поступает на вход интегратора 9. Квантователь 12, замыкающийся кратковременно от запаздывающих на Т импульсов синхронизации (импульсы синхронизации формируются в точках естественного зажигания си ловой схемы преобразователя по рассматриваемой временной оси), обеспечиВает периодическую фиксацию внходного напряжения интегратора U(t и(Тд) в конпе каждого периода C:IH хронизадииТо-55 где m - пульсность преобразователя, на выходе блока 13 (1) При этом на выходе блока 10 получаем сигнал U(t.+ut)U.(t.+ut)-U(t. ) при a(.C)) ; ,(5) пропорциональный интегралу от ошибки й.ш на (i + 1) интервале синхронизации. Конечное значение этого сигнала () соответствует среднему значению ошибки uiiJ на (i + 1) интервале синхронизации. При замыкании квантователя 14 от импульсов синхронизации среднее значение ошибкиAiu, например на (i+1) интервале синхронизации, передается на блок 15, после чего на блоке 13 с запаздыванием на малое время Т, при кратковременном замыкании квантователя 12 фиксируется сигнал Щ-t, (ti+1 )и 9( 11 + 1) и. т.д. На сумматоре 11 осуществляется суммирование выходных сигналов блока 15 и интегратора 9. Выходной сигнал сумматора U является выходом регулятора 8 (U ) . Этот сигнал поступает в виде отрицательной обратной связи на вход модели ротора, т.е. на вход интегратора 4. При непрерывном вращении ротора на характер вращения влияет среднее значение электромагнитного .двигательного момента, определяемое на некотором постоянном интервале, например на интервале синхронизации. Такой подход при рассмотрении динамики ротора двигателя соответствует общеизвестной математической модели двигателя постоянного тока. Однако при перывистом шаговом движении венти.ттьного электропривода в зоне малых скоростей (при диапазоне D 25- 10) меняется динамическая структура двигателя и. математические зависимости между скоростью двигателя к его электрюмагнитным (двигательным) моментом. На выходе узла 6 подаются сигналы MCTNV выхода регулятора (сумматора 11), скоростной сигнал модели ( выхода интегратора 4,а также сиг- нал пропорциональный электромагнитноMy (двигательному) моменту 1пк М, М, . А А На выходе узла 6 формируется си:- нал Ug управления, поступающий в .цепь управления ключа 5 (при единичном сигнале ключ замыкается, а при нулевом - размыкается). Этот сиг.нал формируется на выходе триггера 22 с разделтными входами, входящего в состав блока 6 (фиг.2) . На вход датчика 16 нулевой скорости поступает скоростной сигнал модели ротора оу с интератора 4, который, пройдя нуль-орган 17, через выпрямитель 18 и ограничитель 19 преобразуется на выходе инвертора 20 в логические сигналы ( при - Oj при иДм+О) . На вкоды датчика 24 трогания, опр деляющего четко момент трогания t,, , поступают сигнал статического момен та модели Mj;-yi 4.(Ha выпрямитель 25) и сигнал,, пропорциональный электромагнитному моменту двигателя 1яАКн Мд (на выпрямитель 26), Разкополярны выходные сигналы этих выпрямителей сравниваются па входе нуль-органа 27 и поступают на ограничитель 28. На входы датчика 31 разнополярнос ти моментов поступает сигнал статического, момента модели М. (на вход нуль-органа 33) и сигнал, соответствующий 5д (на вход нуль-органа 32), Шаговглй режим вращения ротора возможен только при разнополярных моментвк Мд и М,-,- , т,е, это необкодт мое ус.гювие шагового режима (п р е PI.IB и с т О о дв мне ни я) . Зъткодные сигналы и,,2, 3-5 этих нуль-органов поступают на огран1-гаители 34 и 35, с которых далее поступают на входы элемента ИСКХЮЧАЮШДЕ ИЛИ 36, выходные сигналы которого поступают , «а вторые входы элементов И 21 и 29 (вводится необходимое условие шагового вентильного электропривода) . При шаговом режиме на время остановки .ротора на .е элемента И 21 формируется , Из каждого единич ного сигнала U на выходе формироват ля 23 формируется короткий импульс определяюпий его передний фрон. При шаговом режиме в момент очередно го трогания на выходе элемента, И 29 формируется единичный логический сигнал Uj, который поступает на формирователь 30„ Из каждого единичного сигнала Ujc, на внхсд;е формирователя 30 формируется короткий .импульс UJQ, определяющий его передний фронт. Предлагаемое устройство по сравнению с известнь. позволре ; проконтролировать величину статического м мента на валу вентильного длекгропр вода не только в зоне непрерывного, но и, что особенно важно, в зоне пр рывистого дви хения, характерного дл широкодиапазонных станочных электро приводов с высокомоментными двигате лями , Формула изобретения 1, Устройство для вычисления ста тического момента вентильного элект привода, содержащее двигатель, вал ротора которого кинематически связан с валом скорости, выход которого соединен с первым входом n первого блока сравнения, выход кото рого через первый интегратор подклю чен к первому входу сумматора,электри ческий вход двигат€шя является вхойом устройства и соединен с вход&м датчика тока, вы;год которого подключен к входу второго интегратора, соединенному с выходом сумматора, выход.второго интегратора подключен к второму входу первого блока сравнения,, о тличаюцееся тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения возможности вычисления в зоне прерывистого враще П1я, в устройство введены узел формирования сигнала остановки ротора электропривода, квантователи, ; ключ, блоки фиксации сигнала нулевого порядка и второй блок сравнения, выход которого через последовательно соединенные первые квантователь и блок фиксации сигнала нулевого- порядка подключен к второму входу сумматора, выход которого является выходом устройства и соединен с первым входом узла формирования сигнала остановки ротора электропривода, второй вход которого соединен с выходом дат,чика тока, третий вход узла формирования сигнала остановки ротора электропривода подключен к выходу второго интегратора, через ключ соединенному с входом второго интегратора, управляющий вход ключа подключен к выходу узла формирования сигнала остановки ротора электропривода, выход первого интегратора через последовательно соединенные вторые квантователь и блок фиксации сигнала нулевого порядка подключен к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого интегратора. 2, Устройство по П.1, отличающееся тем, что узел формирования сигнала остановки ротора элек тропривода содержит триггер, форми- .. рователи импульсов, элементы И, элемент ИСК;ГОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, ограничители, выпрямители, инвертор и нуль-органы, причем вход первого нуль-органа является третьим входом узла, первым входом которого является вход первого выпрямителя, соединенный с входом второго нуль-органа, выход которого через первый ограничитель подключен к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с . первыми входами элементов И, выход первого нуль-органа через цепочку последовательно соединенных второго выпрямителя, второго ограничителя и инвертора подключен к второму входу первого элемента И, выход .тре-тьего нуль-органа через третий ог{раничитель соединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, вход третьего куль-органа является вторым входом узла и подключен к входу третьего выпрямителя , выход которого соединен с выходом первого выпрямитепя и подключен к входу четвертого нуль-органа, выход которого через четвёртый ограничитель соединен с вторым входом второго элемента И, выходы элементов И через формирователи импульсов подключены соответственно к входам триггера, выход котоforo является йыходом узла.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Акцептованная заявка ФРГ №1648423, кл. 42 К 1/04, 1973.

2.Иванов Г.М. и др. Повышение точности тиристорных электроприводов постоянного тока. Электропривод,

3, (65), 1978, с. 38 (прототип).

I

Цл

фаг t

ГЖ,

АЬ.

г

L.

5

LJL.

г

га

Г

l

36

QJus.Z