Электропривод
Иллюстрации
Реферат
Изобретение относится к электротехнике , в частности к управляемым электродриводам, предназначенным для точного регулирования и стабилизащ1И угловой скорости механизмов, работающих в условиях изменяющихся внешних воздействий. Целью изобретения является увеличение точности стабилизации частоты и фазы вращения электродвигателя при линейно изменяющихся внешних воздействиях и параметрах электропривода. Электропривод содер-
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ, РЕСПУБЛИК цр 4 Н 02 P 5/06
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4 227 295/24-07 (22) 09.04.87 (46) 30;10.88. Бюл. 9 40 (71) Ивановский энергетический институт им. В.И.Ленина (72) P.М.Трахтенберг, М.В.Фалеев, А.Н.Ширяев и А.А.Киселев (53) 621.316.718.5 (088.8) (56) Трахтенберг Р.М. Астатические импульсные системы электропривода с дискретным управлением. М.: Энергия, 1982, с. 168.
Авторское свидетельство СССР
Ф 826539, кл. Н 02 P 5/ 16, 1980.
„„SU„„1434532 А 1 (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к управляемым электроприводам, предназначенным для точного регулирования и стабилизации угловой скорости механизмов, работающих в условиях изменяющихся внешних воздействий. Целью изобретения является увеличение точности стабилизации частоты и фазы вращения электродвигателя при линейно изменяющихся внешних воздействиях и параметрах электропривода. Электропривод содер1434532 жит электродвигатель 1 с частотным датчиком 2 скорости вращения. В режиме,сравнения фаз чередование импульсо частот задатчика 3 f> и обратной связи f< приводит к появлению на выходах триггеров 9 или 11 фазового дискриминатора 4 широтно-импульсного сиГнала с относительной длительностью, пропорциональной фазовому рас1 со ласованию частот f и f<. В режиме ср внения час кот фазовый дискримина- то 4 выдает на соответствующих выхода постоянные сигналы в зависимости от соотношения частот f и f . В
vq гановившемся режиме при постоянном
1 Изобретение относится к электрот хнике, а именно к управляемым " э ектроприводам, предназначенным д я точного регулирования и стабили5 зации угловой скорости механизмов. работающих в условиях изменяющихся внешних воздействий. Цель изобретения — увеличение точности стабилизации частоты и фазы в1 ащения электродвигателя при линейнф изменяющихся внешних воздействиях, и,параметрах электропривода.
На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого электропривода, на фйг. 2 — направленный граф работы фазового дискриминаторами на фиг. 3 — . временные диаграммы работы элементов электропривода.
Электропривод содержит электродвигатель 1 с установленным íà его валу частотньпк датчиком 2 скорости вращения, частотный задатчик 3, фазовый дискриминатор 4 и силовой преобразова-25 тель 5 ° Силовой преобразователь 5 выходом соединен с якорной обмоткой электродвигателя 1. Формирователь 6 импульсов входом подключен к выходу частотного датчика 2 скорости вращения. Кроме того, электропривод содержит интегратор 7, а фазовый дискриминатор 4 выполнен в виде четырех
Э-триггеров 8-11 и четырех элементов
И-НЕ 12-15. Счетные входы первого и второго D-триггеров 8 и 9 подключены моменте нагрузки на выходе .интегратора 7 присутствует постоянное напряжение, к-рое усиливается силовым преобразователем 5 и подается на электродвигатель 1. При линейно изменяющихся внешних воздействиах величина фазового рассогласования постоянна.
Использование фазового "дискриминатора
4 допускает одновременный приход импульсов частот задатчика и обратной связи и исключает схему разделения.
Интегратор позволяет использовать силовой преобразователь с аналоговым входом управления в электродвигатель любого типа. 3 ил. к выходу частотного зацатчика 3.
Счетные входы третьего и четвертого
D-триггеров 10 и 11 соединены с выходом формирователя 6 импульсов. Пря мые выходы первого и третьего D-триггеров 8 и 10 соединены со входами первого элемента И-HE 12, выход которого подключен к Ктвходам первого и третьего D-триггеров 8 и 10. Инверсный выход первого D-триггера 8 соединен .с D-входом четвертого D-триггера
11 и первым входом второго элемента
И-НЕ 13. Второй вход второго элемента
И-HE 13 подключен к инверсному выходу четвертого D-триггера 11, а выход к D-входу третьего D-триггера 10. Инверсный выход третьего D- òðèããåðà
10 соединен с 3-входом второго
D-триггера 9 и первым входом третье- го элемента И-НЕ 13, выходом подключенным к D-входу первого. D-триггера
8. Второй вход третьего элемента
И-. НЕ 13 соединен с инверсным выходом второго D-триггера 9, R-вход которого подключен к R-входу четвертого
D-триггера 11 и выходу четвертого элемента И-НЕ 15. Первый вход четвертого элемента И-HE 15 соединен с пря.— мым выходом второго D-триггера 9 и . неинвертирующим входом интегратора 7, а второй вход — с прямым выходом четвертого D-триггера 11 и инвертирующим входом интегратора 7, Выход интегратора 7 подключен ко входу силового преобразователя 5.
3 1434532 4
Электропривод работает следующим, образом.
Пусть в исходном состоянии на прямых выходах D-триггеров 8-11 фазового дискриминатора 4 присутствуют по5 тенциалы логического нуля. Эти состояния принимают sa нулевые, а состояния, когда на прямых выходах этих триггеров присутствуют потенциалы логической единицы, принимают за единичные.
На направленном графе (фиг.2) эти .состояния обозначены через 0 и 1 и показаны в прямоугольниках слева направо для D-триггеров 8-11, а стрелками обозначены переходы фазового дискриминатора из одногб состояния в другое под действием отдельных импульсов частот Т„ или fz.
Исходное состояние фазового дискриминатора, когда на прямьж выходах
D-триггеров 8-11 присутствуют сигна,лы логического нуля, обозначено цифрой 16. В этом состоянии на D-входах 25
D-триггеров 9 и 11 присутствуют потенциалы логической единицы ("1"), подаваемые с инверсньгх выходов D-триггеров 10 и 8.соответственно, I!a
D-входах D-триггеров 8 и 10 присутст- 30 вуют потенциалы логического пуля ("0"), подаваемые с выходов элементов
И-НЕ 13 и 14, так как на их входах присутствуют потенциалы "1" с инверсных выходов П-триггеров 9 и 10 и 8 и 11.
С приходом импульса частоты f частотного задатчика 3 в состояние
"1" переключается D-триггер 9. При этом П-триггер 8 не изменяет своего состояния, так как в мрмент прихода импульса Г на его П-входе присутствует сигнал "0" с выхода элемента
И-НЕ 14. На направленном графе фиг.2 это соответствует переходу фазового дискриминатора 4 из состояния 16 в
45 состояние 17. Приход затем импульса частоты f< с выхода формирователя 6 приводит к переключению D-триггера
11 в состояние "1" и появлению на выходе элемента И-НЕ 15 сигнала "0", который возвращает D-триггеры 9 и 11 в исходное состояние (переход фазового дискриминатора 4 в состояние 16), При переходе фазового дискриминатора
4 из состояния 17 в состояние 16 на прямом выходе D-триггера .11 появляется узкий импульс, длительность которого определяется величиной эадержки на переключение элемента И-НЕ 15 и D-триггера 9.
Процесс перехода фазового дискриминатора 4 из состояния 16 в состояние 18 и обратно происходит аналогично вьппеописанному. При переходе из состояния 16 в состояние 18 импульс частоты f переключает в состояние, "1" D-триггер 11, а П-триггер 10 своего состояния не изменяет, так как íà D-входе .в момент прихода импульса частоты f присутствует сигнал "0" с выхода элемента И-НЕ 13. При переходе дискриминатора иэ состояния 18 в состояние
16 импульс частоты f переключает в состояние "1" D-триггер 9, в результате чего на выходе элемента И-НЕ 15 появляется сигнал "0", который возвращает D-триггеры 9 и 11 в исходное состояние 16.
Таким образом, в режиме сравнения фаз при f> = f чередование импульсов частот f u f. эадатчика 3 и обратной связи приводит к появлению на выходах D-триггеров 9 или 1.1 широтноимпульсного сигнала с относительной длительностью импульсов „ или и, пропорциональной фаэовому рассогласованию импульсов частот f> и f, причем в зависимости от знака фазового рассогласования частот К и f< широтно-импульсный сигнал появляется на выходе D-триггера 9 или на выходе
D-триггера 11.
При появлении широтно-импульсного сигнала на выходе D-триггера 9 на выходе D-триггера 1 1 присутствует сигнал "0", так как узкие импульсы из-за малой их длительности не изменяют уровень напряжения логического нуля на выходе D-триггера 11. И, наоборот, когда на выходе П-триггера: присутствует широтно-импульсный сигнал„ на выходе П-триггера 9 устанавливается сигнал "0".
В режиме сравнения частот (например, Е > f ) приход подряд двух импульсов частоты f переводит. фазоЭ вый дискриминатор 4 из состояния 16 в состояние 19. При этом первый импульс частоты f переключает в состояние "1" D-триггер 9 (переход иэ состояния 16 в состояние 17 на фиг.2), на выходе элемента И-НЕ 14 появляется сигнал "1", который подается на
D-вход D-триггера 8. Второй импульс частоты f переключает в состояние
"1" D-триггер 8 (переход из состоя1434532 н ия 17 в состояние 19 на фиг. 2) .
Приход импульса частоты f в промежутке времени межцу двумя импульсами частоты f приводит к переключению в состояние "1" D-триггера 10, в результате чего на выходе элемента
И-НЕ 12 появляется сигнал "0", переключающий П-триггеры 8 и 10 в состояние "0" (переход фазного дискримина гора 4 из состояния 19 в состояние
17 на фиг. 2). Следующий за импульом частоты Гб мпульс acToTbl Гз (так как f > ) f <) переключает
Р-триггер 8 в состояние "1" (переход
° ° з состояния 17 в состояние 19 на иг. 2) .
Таким образом в режиме сравнения ь астот при К. ) Г фазовый дискримиатор 4 выдает постоянные сигналы 1" на прямом выходе D-триггера 9 и 0" па прямом выходе D-триггера 11. ри f6 Р Я.- процессы фазового диск3 иминатора аналогичны, но,он выдает остоянные сигналы "1" на прямом вы оде D-триггера 11 и "0" на прямом выходе В-триггера 9.
В установившемся режиме работы лектропривода фазовый дискриминатор работает в режиме сравнения фаз
Йэ = f ) и при постоянном моменте нагрузки (участок а на фиг. 3) на выМоде интегратора 7 присутствует постоянное напряжение, которое усиливается силовым преобразователем 5 по
Мощности и подается на электродвига тель 1. Величина напряжения, подаваеМого с выхода силового преобразоватеЛя 5 на электродвигатель 1, определяется уровнем угловой скорости и моментом сопротивления на его валу:
Д. М, х (,д где U — напряжение на выходе силового преобразователя 5.
Поскольку силовой преобразователь - усиливает. выходное напряжение интегратора, то в замкнутой системе с учетом того, что U = U "К, имеем д
= — = К, (U
Ц. р «
Ux(а) К Ut (2) «
U ) где U — напряжение на выходе интегратора 7
К н К,. — коэффициенты передачи интегратора 7 и силово10
Uz
Из выражения (Я следует., что напряжение на выходе интегратора может быть постоянным при условии
40 1 1
g)U (6) что, возможно, согласно алгоритма работы фазового дискриминатора, при
= 0 и „= О, т.е. при нулевом
45 фазовом рассогласовании частот f > и
Е на входах фазового дискриминатора.
Постоянное напряжение U>«1на выходе интегратора в замкнутой системе электропривода устанавливается авто"
5О матически в момент выхода привода в, установившийся режим.
В реальных условиях величина.фазового рассогласования импульсов частот f и Йб не равна нулю и определя
55 ется величиной тока утечки интегратора, которая у современных усилителей
-г ластаточно мала и составляет 10—
-Ф
10 микроампер.
ro преобразователя 5 и « соответственно
У
U u U - напряжение на инверти-.
5 рующем и неинвертирующем входах интегратора
7 соответственно
1(о1 — постоянная интегрирования — напряжение на выходе интегратора, определяемое начальными условиями интегрирования;
t — время.
Н
В свою очередь, напряжения U u
И
15 П на входах интегратора 7 связаны с величиной относительной длительности импульсов на выходах D-триггеров 9 и 11 фазового дискриминатора 4 соотношениями
2О = ц, (3)
U $)U (4)
1 где > и U - относительная длительУ9 9 ность импульсов и уровень напряжения логической единицы на выходе 0-триггера 9, $« U — относительная длительность импульсов
30 и уровень напряжения логической единицы на выходе Э-триггера 11.
С учетом (3) и (4) выражение (2) принимает вид
1434532
Таким образом, при постоянном моменте нагрузки требуемое, согласно (1), напряжение на двигателе обеспечивается при величине фазового рассогласования импульсов частот f и
Е, близкой к нулю, Уровень выходного напряжения интегратора в этом режиме определяется уровнем угловой скорости двигателя и моментом сопротивления на его валу.
При изменении момента сопротивления по линейному закону (участок б на фиг.3) .
Аналогично можно показать работу электропривода при изменении момента сопротивления на валу двигателя по закону м, =м„-мс, (10) В этом случае необходимо для поддержания постоянства угловой скорости изменение напряжения силового преобразователя 5 по закону
+ ) Пяа М
n. N о х к! мс Мсо (7) где M — постоянная составляющая со момента сопротивлениями !
М вЂ” темп роста момента сопротивления, для постоянства поддержания угловой скорости необходимо изменять напряжение на выходе силового преобразователя 5 по закону
+ мсо +
"S — "". а + Мк.)
I (8)
+ U
«ох M к
Реапизация закона (8) возможна лишь при соответствующем изменении напряжения интегратора
7 Цо) 709 9 ) которое получается согласно (5) при
1н= 0
В этом случае фазовый дискриминатор работает в режиме сравнения фаз, переключаясь (фиг.2) из состояния 16 в состояние 17 и обратно.
Из выражения (9) следует, что при линейном изменении момента сопротивления на валу электродвигателя по закону (7) на выходе D-триггера 9 фазового дискриминатора 4 появляется широтно-импульсный сигнал с постоянной относительной длительностью импульсов (, пропорциональной темпу роста. момента сопротивления М
Иа выходе D-триггера t1 фазового дискриминатора 4 при этом присутствует сигнал логического нуля.
В то же время частоты f и f задатчика 3 и формирователя 6 остаются постоянными, что свидетельствует о том, что изменение момента сопротивления по закону (7) не приводит к появлению ошибки стабилизации уровня угловой скорости электродвигателя 1, обеспечивается соответствующим изменением выходного напряжения интегратора 7, согласно (5), при / = 0 по закону
G (12)
Фазовьл дискриминатор 4 при этом работает в рея:име сравнения фаз, переклю аясь (фиг.2) из состояния 16 в состояние 18 и обратно.
В этом режиме (участок в на фиг.3) в замкнутой системе электропривода на выходе В-триггера 1 1 фазового дискриминатора 4 автоматически устанавливается широтно-импульсный сиг3О няп с постояннон Относичельнои дли тельностью импульсов 1 „, пропорциональной темпу спада момента сопротивления, Частоты f и fg задагчика
3, формирователя 6 в этом режиме также остаются постоянными, что свиде35 тельствует об отсутствии ошибки стабилизации скорости электродвигателя.
Ток якоря двигателя (I ) (фиг.3), несмотря на ступенчатый характер выходного напряжения интегратора, повторяет форму кривой момента сопротивления М, так как частота переключений фазового дискриминатора обычно составляет 1-2 кГц и превышает на, 4> один-два порядка максимальную частоту полосы пропускания системл, которая определяется в основном инерционностью двигателя.
В переходных режимах пуска и торможения электродвигателя фазовый дискриминатор работает в режиме сравнения частот. При этом он выдает постоянные логические сигналы: "1" и "0" соответственно на неинвертирующий и инвертиручощий входы интегратора при пуске электродвигателя; "0" и "1"— при торможении электродвигателя, изменяя в необходимую сторону напряжение интегратора и силового преобразо9 i43 вателя. Благодаря этому в системе эпектропривода исключаются режимы биений и опрокидывания .регулирования.
Таким образом, предлагаемый электррпривод обеспечивает полнбе устранение установившейся ошибки стабилизации угловой скорости при линейно изменяющихся внешних воздействиях. Кроме того, в электроприводе обеспечивае ся стабилизация фазы вращения вала э ектродвигателя относительно заданн ro положения.
При постоянных внешних воздейств ях (например, момента нагрузки) -ими льсы частотного эадатчика и обратнрй связи синфазны, при линейно изменяющихся внешних воздействиях вел ина фазового рассогласования импульсов частотного задатчика и обратной связи постоянна.
Формула изобретения
Злектропривод, содержащий электродвигатель с установленным на валу частотным датчиком скорости вращения, частотный задатчик, фазовый дискриминатор, силовой преобразователь, выкоpoì соединенный с якорной обмоткой электродвигателя, и формирователь импульсов, вход которого подключен к выходу частотного датчика скорости ! вращения, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности стабилизации частоты и фазы вращения электродвигателя при линейно изменяю4532 о щихся внешних воздействиях и параметрах электропривода, в него введен интегратор, а фазовый дискриминатор . выполнен в виде четырех элементов
И-НЕ и четырех D-триггеров,. счетные входы первого и второго триггеров подключены к выходу частотного задатчика, счетные входы третьего и четвертого триггеров — к выходу формирователя, прямые выходы первого и третьего триггеров соединены с входами первого элемента И-НЕ, выход которого подключен к R-входам первого и третьего триггеров, инверсный выход первого триггера соединен с D-входом четвертого триггера и первым входом второго элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к инверсному выходу четвертого триггера, а выход — к
D-входу третьего триггера, инверсный выход которого соединен с Р-входом второго триггера и первым входом третьего элемента И-ЛЕ, выход которо25 го подключен к В-входу первого триггера, а второй вход — к инверсному выходу второго триггера, R-вход которого соединен с R-входом четвертого триггера и выходом четвертого элемента И-HE первый вход которого соединен с прямым выходом второго триггера и неинвертирующим входом интегратора, а второй вход — с прямым выходом четвертого триггера и инвертирующим входом интегратора, выход которого подключен к входу силового преобразователя.
1434532
Составитель X.Ðîçêîâà
Техред М .Ходанич Корректор А.Обручар
Редактор А.Ревин
Тирах 584 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открьгтий!
13035,.Мссква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Заказ 5564/56
Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4