Электропривод постоянного тока

Электропривод постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированных системах регулирования скорости вращения электродвигателей. Целью изобретения является повышение точности регулирования. Устройство содержит последовательно соединенные управляемый генератор 15 пилообразного напряжения, устройство 16 выборки и хранения напряжения, повторитель 19 напряжения. Выход повторителя 19 напряжения через резистор 20 соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 7. Выход устройства 16 выборки и хранения через компараторы 17, 18 соединен с блоком 13 уставок и с блоком 10 управления. В данном устройстве повышается эффективность фазовой автоподстройки и обеспечивается взаимодействие двух корректирующих контуров в синхронном режиме по предотвращению выхода электродвигателя из синхронизма. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 Р 5/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4078411/07 (22) 05.05.86 (46) 07.07.91. Бюл. ¹ 25 (71) Новополоцкий политехнический институт им. Ленинского комсомола Белоруссии (72) В. Д. Сибирцев и А. С. Вершинин (53) 621.316,718.5(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 898580, кл. Н 02 P 5/06, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1564590, кл. G 05 В 19/18, 1985. (54) ЭЛ ЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО Т0КА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированных системах регулирования скорости вращения электродвигателей, „„Я3 „„1661951 Al

Целью изобретения является повышение точности регулирования. Устройство содержит последовательно соединенные управляемый генератор 15 пилообразного напряжения, устройство 16 выборки и хранения напряжения, повторитель 19 напряжения, Выход повторителя 19 напряжения через резистор 20 соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 7, Выход устройства 16 выборки и хранения через компараторы 17. 18 соединен с блоком 13 уставок и с блоком 10 управления. В данном устройотве повышается эффективность фазовой автоподстройки и обеспечивается взаимодействие двух корректирующих контуров в.синхронном режиме по предотвращению выхода электродвигателя из синхронизма. 1 з. и. ф-лы, 2 ил, 1661951

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированных системах регулирования скорости вращения электродвигателей.

Цель изобретения — повышение точности управления частотой вращения электродвигателя, На фиг, 1 представлена схема злектропривода; на фиг, 2 — структурная схема блока управления реверсивным счетчиком.

Электропривод содержит электродвигатель 1, якорная обмотка которого через усилитель 2 мощности подключена к источнику 3 питания, датчик 4 частоты вращения электродвигателя 1, выход которого соединен с входом частотного дискриминатора 5.

Выход частотного дискриминатора 5 через первый резистор 6 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 7, выход которОго подключен к управляющему входу усилителя 2 мощности, цифроаналоговый преобразователь 8, реверсивный счетчик 9 и блок 10 управления реверсивным счетчиком 9, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика 9, выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя 8, выход которого через второй резистор 11 соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 7, задающий генератор 12, выход которого соединен с первым входом блока

10 управления реверсивным счетчиком 9, второй вход которого соединен с выходом датчика 4 частоты вращения, блок 13 уставок, вход которого соединен с выходом источника 3 питания.

Кроме того, злектропривод содержит двухсторонний ограничитель 14 кода, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 9, выход двухстороннего ограничителя 14 кода соединен с третьим входом блока 10 управления реверсивным счетчиком 9, выход задающего генератора 12 соединен с входом управляемого генератора 15 пилообразного напряжения, выход которого соединен с информационным входом устройства 16 . выборки и хранения напряжения, управляющий вход которого соединен с выходом датчика 4 частоты вращения, выход устройства 16 выборки и хранения напряжения соединен с первыми входами первого и второго компараторов 17 и 18, и входом повторителя 19 напряжения, выход которого через третий резистор 20 соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 7, первый и второй выходы блока 13 уставок соединены с втооыми входами первого и BTopolo компара;оров 17 и 18 соответственно, выходы которых соединены соответственно с четвертым и пятым входами блока 10 управления реверсивным счетчиком 9.

Кроме того, блок 10 управления (фиг. 2) реверсивным счвтчиком 9 содержит первый и второй формирователи 21 и 22 импульсимпульс, первые входы которых являются соответственно первым и вторым входами блока 10, распределитель импульсов 23, два

D-триггера 24 и 25, RS-триггер 26, генератор

27 импульсов, делитель 28 импульсов, четыре элемента ИЛИ-НЕ 29-32, элемент ИЛИ С

ИСКЛЮЧЕНИЕМ 33, элемент ИЛИ 34, и два формирователя 35 и 36 короткого импульса, выход генератора 27 импульсов соединен с входом делителя 28 импульсов и входом распределителя 23 импульсов, первый и второй выходы которого соединены с вторыми входами соответственно первого и второго формирователей 21 и 22 импульс-импульс, выходы которых соединены с С-входами первого и второго 0-триггеров 24 и 25 соответственно и первыми входами первого и второго элементов

ИЛИ вЂ” НЕ 29 и 30 соответственно, вторые входы которых соединены с инверсными выходами первого и второго D-триггеров 24 и

25 соответственно, выход. первого элемента

ИЛИ-НЕ 29 соединен с S-входом RS-триггера 26 и первым входом элемента ИЛИ 34, выход второго элемента ИЛИ-НЕ 30 соедичен с R-входом RS-триггера и вторым входом элемента ИЛИ 34, выход которого соединен с входом первого формирователя

35 короткого импульса, выход которого является вторым выходом блока 10, инверсный выход RS-триггера 26 соединен с первым входом элемента ИЛИ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ 33, второй вход которого является третьим входом блока 10, выход элемента

ИЛИ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ 33 является первым выходом блока, 0-входы первого и второго 0;триггеров 24 и 25 подключены к шине с единичным логическим уровнем, первые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ 31 и 32 являются четвертым и пятым входами блока 10 соответственно, вторые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ вЂ” НЕ 31 и 32 соединены между собой с выходом второго формирователя 36 короткого импульса, вход которого соединен с выходом делителя 28 импульсов, выходы третьего и четвертого элементов

ИЛИ вЂ” НЕ 31 и 32 соединены с R-входами первого и второго D-триггеров 24 и 25 соответственно.

Электропривод работает следующим образом.

При включении питания на выходе операционного усилителя 7 устанавливается

1661951

55 максимальное напряжение и начинается разгон электродвигателя 1, так как на неинвертирующий вход операционного усилителя 7 через резистор 11 подается максимальное постоянное напряжение с выхода цифроаналогового преобразователя

8, в то время как на инвертирующий вход операционного усилителя 7 через резистор

6 поступают редкие на стадии разгона импульсы с экспоненциально растущим и убывающим фронтами с выхода частотного дискриминатора 5, которые формируются от каждого прямоугольного импульса датчика 4 частоты вращения, В результате сравнения этих импульсов напряжения с напряжением, поступающим от цифроаналогового преобразователя 8 на неинвертирующий вход операционного усилителя 7, последний вырабатывает напряжение для управления электродвигателем 1, в котором имеет место фаза разгона (когда электродвигатель 1, подключен к источнику 3 питания) и фаза динамического торможения (когда электродвигатель 1 отключен от источника 3 питания).

Максимальное напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 8 устанавливается потому, что в первом корректирующем контуре блок 10 управления реверсивным счетчиком 9 сравнивает частоту следования импульсов датчика 4 с частотой следования импульсов задающего генератора 12, так как последние преобладают, то содержимое реверсивного счетчика 9 растет. Соответственно растет и напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 8. При достижении на выходе реверсивного счетчика 9 некоторого кода, близкого к максимальному, срабатывает двухсторонний ограничитель 14 кода и в блоке 10 управления реверсивным счетчиком 9 блокирует дальнейший счет в прямом направлении, Счет импульсов в реверсивном счетчике 9 останавливается, и на выходе цифроаналогового преобразователя 8 сохраняется напряжение, близкое к максимал ь н о му.

Импульсы задающего генератора 12 увеличивают содержимое реверсивного счетчика 9, а импульсы датчика 4 уменьшают. Сравнивая эти две последовательности импульсов, блок 10 управления реверсивным счетчиком 9 вырабатывает счетные импульсы для реверсивного счетчика 9 и сигнал направления счета, По цепи второго корректирующего контура (фазовой автоподстройки) каждым импульсом задающего генератора 12 запускается. управляемый генератор 15 пилообразного напряжения. Период формиру5

40 емого пилообразного напряжения равен периоду следования импульсов от задающего генератора 12. Каждым импульсом (передним фронтом) датчика 4 производится выборка и запоминание мгновенного значения пилообразного напряжения в устройстве 16 выборки и хранения напряжения. Рассматриваемое напряжение на стадии разгона электродвигателя 1 будет также изменяется по пилообразному (ступеньками) закону, период которого по мере разгона увеличивается, и при входе в синхронизм это напряжение превратится уже в постоянное напряжение.

Выходное напряжение устройства 16 выборки и хранения напряжения через повторитель 19 напряжения и резистор 20 поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя 7, где складывается с напряжением цифроаналогового преобразователя 8 и также способствует разгону электродвигателя, При достижении синхронной скорости вращения и превышении ее частота импульсов датчика 4 становится больше частоты импульсов задающего генератора 12.. В результате блок 10 управления реверсивным счетчиком 9 формирует импульсы в направлении вычитания для реверсивного счетчика

9. При этом содержимое последнего уменьшается и соответственно уменьшается напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 8. С уменьшением напряжения на неинвертирующем входе операционного усилителя 7 в выходном сигнале последнего уменьшается фаза разгона и увеличивается фаза динамического торможения электродвигателя 1. Следовательно, при перерегулировании начинает возрастать тормозящее воздействие на электродвигатель 1.

При сильном пере регулировании содержимое реверсивного счетчика 9 быстро уменьшается и. соответственно, падает напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 8. При достижении на выходе реверсивного счетчика 9 некоторого кода, близкого к минимальному, срабатывает двухсторонний ограничитель 14 кода и в блоке 10 управления реверсивным счетчиком 9 блокирует дальнейший счет в обратном направлении. Таким образом, выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 8 ограничивается на некотором минимальном уровне напряжения

Такое двухстороннее ограничение работы цифроаналогового преобразователя 8 вместе с реверсивным счетчиком 9 позволяет исключить возможное переполнение реверсивного счетчика 9 как в прямом, так и в

1661951 хранения напряжения сравнивается с верхним и нижним уровнями компарирования на компараторах 17 и 18 соответственно, 55 выходные сигналы которых через блок 10 управления изменяют содержимое реверсивного счетчика 9, в результате чего изменяется напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 8, что способстобратном направлении, а следовательно, и возможность формирования резкого скачка корректирующего напряжения, что повело бы к ухудшению переходного процесса, В результате усиливается затухание переходного процесса и сокращается его длительность.

Во втором корректирующем контуре при перерегулировании на выходе устройства 16 выборки и хранения напряжения также формируется пилообразное напряжение с переменным периодом, но так как коэффициент усиления (передачи) по второму корректирующему контуру на порядок меньше, чем по первому корректирующему контуру, то указанное изменение напряжения на выходе устройства 16 выборки и хранения напряжения не мешает активному торможению электродвигателя 1.

При установлении синхронной скорости вращения электродвигателя 1, частота следования импульсов датчика 4 равна частоте импульсов задающего генератора 12, содержимое реверсивного счетчика 9 колеблется на единицу младшего разряда и тем самым на выходе цифроаналогового преобразователя 8 поддерживается практически постоянное напряжение, соответствующее синхронной скорости.

На выходе устройства 16 выборки и хранения напряжения в синхронном режиме также устанавливаешься некоторое значение напряжения.

При изменении момента нагрузки íà валу электродвигателя 1 указанное напряжение соответственно изменяется, компенсируя фазовые отставания или обгон. В результате отклонения фазы между импульсными последовательностями момент выборки 1, может сдвигаться влево или вправо по периоду пилообразного напряжения. Если указанный момент выборки выйдет за пределы периода пилообразного напряжения, то произойдет выход электродвигателя из синхронизма. Если контур фазовой автоподстройки (второй корректирующий контур) не справляется с ликвидацией фазового рассогласования, то для упреждения выхода электродвигателя 1 из синх ран изма- подкл ючается первый корректирующий контур. Для этого выходное напряжение устройства 16 выборки и

50 вует уменьшению фазовых рассогласований в синхронном режиме, При смещении момента выборки в зону начала пилообразного напряжения напряжение на выходе устройства 16 выборки и хранения напряжения становится меньше нижнего уровня компарирования, задаваемого блоком уставок

13, срабатывает компаратор 18 и блокирует направление отрицательного счета в реверсивном счетчике 9. В результате содержимое реверсивного счетчика 9 изменится в положительном направлении, а выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 8 увеличится, соответственно немного увеличится воздействие на разгон электродвигателя 1, сдвиг по фазе между импульсами увеличится и момент выборки . . передвинется s среднюю зону пилообразного напряжения, Все это происходит без выхода электродвигателя из синхронизма и он продолжает работать при новом сочетании напряжений на выходах цифроаналогового преобразователя 8 и устройства

16 выборки и хранения напряжения.

При смещении момента выборки 1м.в. в зону окончания пилообразного напряжения, напряжение на выходе устройства 16 выборки и хранения напряжения становится больше верхнего уровня компарирования, задаваемого блоком 13 уставок, срабатывает компаратор 17 и блокирует направление положительного счета в реверсивном счетчике 9. В результате содержимое реверсивного счетчика 9 изменится в отрицательном направлении, а выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 8 уменьшится, соответственно уменьшится разгоняющее воздействие на электродвигатель 1, сдвиг по фазе между импульсами задающего генератора

12 и датчика 4 уменьшится, и момент выборки t>,> передвинется в среднюю зону пилообразного напряжения, Описанный процесс протекает без выхода электродвигателя из синхронизма.

Блок управления 10 реверсивным счетчиком 9 работает следующим образом, Распределитель 23 импульсов, используя тактовую частоту генератора 27 импульсов, вырабатывает две последовательности несовпадающих импульсов, каждая из которых подается на вторые входы формирователей 21 и 22 импульс-импульс, на первые входы которых подаются импульсы соответственно с выхода задающего генератора 12 через первый вход блока, и с выхода датчика

4 через второй вход блока 10. Таким образом, импульсы постоянной частоты задающего генератора 12 после их прохождения через формирователь 21 никогда не совпа1661951

10

50

55 о дают по времени с импульсами изменяющейся при разгоне электродвигателя 1 частоты датчика 4 после их прохождения через формирователь 22, чем исключается неопределенность состояни RS — триггера 26 при возможном совпадении во времени сравниваемых импульсов. D-триггер 24 и элемент

ИЛИ-НЕ 29 образуют первую, à D-триггер

25 и элемент ИЛИ-НЕ 30 образуют вторую схемы исключения одиночного импульса из серии импульсов, которые управляются компараторами 17 и 18 соответственно через четвертые и пятые входы блока 10 соответственно.

Пусть в исходном состоянии момент выборки в блоке 15 выборки и хранения напряжения находится в пределах средней зоны пилообразного напряжения, тогда на выходах компараторов 17 и 18 действуют единичные логические уровни. При этом на выходах элементов ИЛИ-НЕ 31 и 32 получаем нулевые логические уровни, а значит, 0-триггеры 24 и 25 по R-входам не сброшены, а установлены в единичное состояние оба и, следовательно, импульсы с выходов формирователей 21 и 22 импульс-импульс проходят с инвертированием через элементы ИЛИ-НЕ 29 и 30 соответственно на входы

RS-триггера 26 и входы элемента ИЛИ, От каждого пришедшего импульса элемент

ИЛИ 4 срабатывает и запускает по заднему фоонту формирователь 35 короткого импульса, который и формирует счетные импульсы для реверсивного счетчика 9. При этом состояние триггера 26, складываясь по модулю два на элементе ИЛИ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ 33 с выходным сигналом двухстороннего ограничителя 14 кода, определяет направление счета в реверсивном счетчике

9. Если выходной код реверсивного счетчика 9 находится в пределах ограничиваемого диапазона, то двухсторонний ограничитель

14 кода выдает нулевой логический сигнал:

Если указанный код вышел на границу диапазона, то ограничитель 14 кода выдает единичный логический сигнал, который независимо от состояния RS-триггера 26 изменяет направление счета на противоположное. . При синхронной скорости вращения электродвигателя 1 импульсы задающего генератора 12 и датчика 4 чередуются, Пусть в результате дрейфов элементов или возмущения на валу электродвигателя момент выборки t«> в устройстве 16 выборки и хранения напряжения переместился в начальную зону периода пилообразного напряжения. при этом сработает компаратор

i8 и по пятому входу блока 10 на первый вход элемента ИЛИ-НЕ 32 выдаст логический нулевой сигнал. Тактовые импульсы с выхода генератора 27 импульсов через делитель 28 импульсов запускают формирователь 36 короткого импульса, который формирует короткие отрицательные импульсы и через элемент ИЛИ-HE 32 сбросит в нулевое состояние О-триггер 25. Очередной импульс с выхода формирователя 22 не сможет пройти чеоез элемент ИЛИ-НЕ 30, он задним фронтом переключит D-триггер

25 в единичное состояние и тем самым подготовит схему для пропускания следующего импульса, Таким образом, один импульс из вычитающей серии исключается и кодовое состояние реверсивного счетчика увеличится на единицу. Если момент выборки 1«. не войдет при этом в среднюю зону пилообразного напряжения, то процесс повторится.

Аналогичным образом работает блок 10 управления реверсивным счетчиком 9 и в случае, когда момент выборки t«,> переместится в зону окончания периода пилообразного напряжения. При этом сработает компаратор 17, он разблокирует элемент

ИЛИ-НЕ 31, через который импульс с выхода формирователя 36 короткого импульса сбросит в нулевое состояние О-триггер 24.

В этом счлучае будет исключен один импульс из суммирующей серии, и кодовое состояние реверсивного счетчика 9 уменьшится на единицу.

Таким образом, блок 10 управления ав— томатически формирует такое кодовое состояниее реверсивного счетчика 9 и, соответственно, выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 8, чтобы в блоке 15 выборки и хранения напряжения соблюдалось условие нахождения t«,> в средней зоне пилообразного напряжения.

Такое взаимодействие первого и второго корректирующих контуров позволяет предотвратить выход электродвигателя 1 из синхронизма.

Формула изобоетения

1. Электропривод постоянного тока содержащий электродвигатель, якорная обмотка которого через усилитель мощности подключена к источнику питания, датчик частоты вращения электродвигателя, выход которого соединен с входом частотного дискриминатора, выход частотного дискриминатора через первый резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого подключен к управляющему входу усилителя мощности. цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик .и блок управления реверсивным счетчиком, первый и второ выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчи1661951

12 ка, выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого через второй резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, задающий генератор выход которого соединен с первым входом блока yriравления реверсивным счетчиком, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости вращения, блок уставок, вход которого соединен с выходом источника питания, а выходы — c входами компараторов, второй и третий резисторы, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения погрешностей управления, в него введены управляемый генератор пилообразного напряжения, устройство выборки и хранения напряжения, повторитель напряжения, двухсторонний ограничитель кода, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, выход двухстороннего ограничителя кода соединен с третьим входом блока управления реверсивным счетчиком, выход задающего генератора соединен с входом управляемого генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с информационным входом устройства выборки и хранения напряжения, управляющий вход которого соединен с выходом датчика скорости вращения, выход устройства выборки и хранения напряжения соединен с вторыми входами первого и второго компараторов и входом повторителя напряжения, неинвертирующий вход операционного усилителя через второй резистор соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а через третий резистор — с выходом повторителя напряжения, выходы компараторов соединены соответственно с четвертыми и пятым входами блока управления реверсивным счетчиком.

2. Электропривод по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что блок управления реверсивным счетчиком содержит первый и второй формирователи импульс-импульс, первые входы которых являются соответственно

45 первым и вторым входами блока, распределитель импульсов, два D-триггера, RS-триггер, генератор импульсов, делитель импульсов, четыре элемента ИЛИ-НЕ, элемент ИЛИ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ, элемент

ИЛИ, два формирователя короткого импульса, и шина с единичным логическим уровнем, выход генератора импульсов соединен с входом делителя импульсов и входом распределителя импульсов, первый и второй выходы которого соединены с вторыми входами соответственно первого и второго формирователей им пул ьс-импул ьс, выходы которых соединены с С-входами первого. и второго 0-триггеров соответственно и первыми входами первого и второго элементов

ИЛИ-НЕ соответственно, вторые входы которых соединены с инверсными выходами первого и второго D-триггеров соответственно, выход первого элемента ИЛИ-НЕ соединен с S-входом RS-триггера и первым входом элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ-НЕ соединен с R-входом RSтриггера и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом первого формирователя короткого импульса, выход которого является вторым выходом блока, инверсный выход RS-триггера соединен с первым входом элемента ИЛИ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ, второй вход которого является третьим входом блока, выход элемента ИЛИ

С ИСКЛЮЧЕНИЕМ является первым выходом блока, 0-входы первого и второго Dтриггеров подключены к шине с единичным логическим уровнем, первые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ-HE являются четвертым и пятым входами блока соответственно, вторые входы третьего и четвертоI.o элементов ИЛИ-НЕ соединены между собой и с выходами второго формирователя короткого импульса, вход которого соединен с выходом делителя импульсов, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ соединены с R-входами первого и второго

D-триггеров соответственно, 1661951

Оо (С <

Составитель M,ÊðÿxòóíoBà

Редактор С,Патрушева Техред М.Моргентал Корректор M.Äåì÷èê

Заказ 2134 Тираж 353 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101