Устройство для цифрового управления асинхронным двигателем

Устройство для цифрового управления асинхронным двигателем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

аСЕСОИ-1Л Я т.; с г (О П И С--А-Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИ Я

1н1688974

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное и авт. свнд-ву (22) Заявлено 20.09.74 (2,1) 2064708 24-07 (51) Ч. Кл."Н 02Р !, 26

I I 02Р 13 16 с присоединением заявки №

Государствею1ый комитет

СССР по делам изобретееий и открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.09.70. Бюллсте:-: ¹ 36 (45) Дата опубликования о1 исания 30.09.79 (I) х 1К 621 - 1 4 )72 (088.8) (7i2) Автор изобретения

С. А. Баранов

Институт кибернетики АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ

АСИ НХРОН Н Ы1 ДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в высокоточных цифровых следящих системах, в системах автоматического управления электродвигателя.

Известны устройства для цифрового управления двигателем, используемые в цифровых системах (1) и в электроприводах (2), содержащие аналоговые элементы сравнения, усилители рассогласования сигналов. Недостатком данных устройств является их низкое быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для цифрового управления асинхронным двигателем (3), содержащее источник постоянного тока, соединенный с усилителем постоянного тока с широтно-импульсным модулятором, который через фильтр, преобразователь с задающим генератором, соединен с двигателем.

Данное устройство рабстает следующим образом.

Сигнал управления подается на вход широтно-импульсного модулятора. За счет особого построения широтно-импульсного модулятора управляющий сигнал преобразуется в высокочастотные прямоугольные импульсы с регулируемой скважностью.

Скважность прямоугольных импульсов определяет время подключения усилителя постоянного тока к нсточнику постоянного тока, а пх полярность характеризует фазу подводпмого напряжения к двигателю.

Таким образом, усиленные прямоугольные импульсы с выхода усилителя постоянного тока поступают через фильтр, где происходит выделение постоянной составляющей и сглаживание пульсаций, которые вызваны широтно-импульсным модулятором (ШИМ), к преобразователю с задающим генератором. На выходе преобразователя с задающим генератором образуются прямоугольные импульсы с амплитудой, эквивалентной управляющему сигналу и частотой, необходимой для питания двигателя.

Основным недостатком устройства является наличие фильтра, который создает инерционность в цепи управления при прохождении управляющего сигнала. Это приводит к понижению быстродействия устройства, к нежелательным переходным процессам, которые возникают при включении цифрового устройства управления асинхронным двигателем в контур высокочастотных цифровых следящих систем и систем автоматического управления.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства.

80 Поставленная цель достигается тем, что

688974

3. устройство для цифрового управления асинхронным. двигателем, содержащее усилитель постоянного тока, преобразователь код — временной интервал, состоящий из генератора импульсов, подключенного ко входу счетчика-модулятора, к другим входам которого подключены выходы вентилей, а к выходу вход триггера-модулятора, выходами подключенного ко входам вышеуказанных вентилей, другие входы которых подключены ко входу триггера-реверса, а на вход регистра подается сигнал управления, снабжено последовательно соединенными формирователем импульсов, узлом задержки импульсов, синхронизируюшим элементом, триггером тактовой частоты, модулятором управляющего сигнала, причем вход формирователя импульсов соединен с выводом для подключения к сети, выход модулятора управляющего сигнала соединен с входом усилителя постоянного тока, один из входов синхронизирующего элемента соединен с общей точкой соединения выхода генератора импульсов и входа счетчика модулятора, один из входов модулятора управляющего сигнала соединен с выходом триггера-модулятора, а другой его вход — с выходом триггера реверса.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные формирователь импульсов 1, узел задержки 2, синхронизпрующий элемент 3, триггер тактовой частоты 4, модулятор управляющего сигнала 5, усилитель постоянного тока 6. Вход формирователя импульсов 1 соединен с сетью переменного тока 7, а входы синхронизирующего элемента 3 и модулятора управляющего сигнала 5 соединены с преобразователем код— временной интервал 8. Выход модулятора управляющего сигнала 5 через согласующий трансформатор соединен с управляющей обмоткой двигателя 9, обмотка возбуждения двигателя через фазосдвигающую емкость соединена с сетью переменного тока 7. Выход генератора импульсоз

10 преобразователя код — временной интервал 8 соединен с входом синхронизирующего элемента 3, а выходы триггера-модулятора 11 и триггера реверса 12 преобразователя код — временной интервал 8 соединены со входом модулятора управляющего сигнала 5.

Преобразователь код — временной интервал 8 состоит из генератора импульсов 10, счетчика-модулятора 13, триггера-модулятора 11, вентилей 14, 15, регистра 16, на вход которого подается сигнал управления и триггера реверса 12.

Элементы преобразователя код — временной интсрвал 8 выполняют следующие функции.

00 аикц.

5 0

1)

-1О

4

Регистр 16 принимает сигнал управления в виде параллельного цифрового кода, вентили 14 служат для записи прямого кода из регистра 16 в счетчик 13, а вентили 15— для записи обратного кода из регисгра 16.

Преобразование происходит в два этапа.

На первом этапе сигнал управления переписывается из регистра 16 в счетчик 13 в прямом двоичном коде. Затем импульсы от генератора 10 начинают поступать на вход счетчика 13, суммируясь с установленным в нем число. Когда все разряды счетчика 13 будут в положении «О», с последнего триггера счетчика 13, который является триггером-модулятором 11, выйдет импульс переполнения, означающий окончание первого этапа преобразования, Импульсом переполнения начинается второй этап преобразования.

Импульс с триггера-модулятора 11 открывает систему вентилей 15, и обратный код управляющего сигнала переписывается из регистра 16 в счетчик 13. Посл" начала второго этапа импульсы генератора 10 снова начинают заполнять счетчик 13, суммируясь в нем с обратным кодом управляющего сигнала. Когда все разряды счетчика

13 снова принимают состояние «О», то новый импульс переполнения стазит триггермодулятор 11 в первоначальное положение (в «нуль»), что обеспечивает новую запись прямого кода управляющего сигнала в счетчик 13, и цикл повторяется. Слсдовательно, время, в течение которого триггермодулятор 11 стоит в одном состоянии (в

«единице») пропорционально коду управляющего сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Формирователь импульсов 1 организует импульсы при переходе через «ну Ib» ct .íóсоидального напряжения сети переменного тока (фиг. 2, а), которые, поступая в узел задержки импульсов 2, задерживаются на время 1,1 мс (сдвиг соответствует частоте сети 50 Гц (см. фиг. 2, б). Это необходимо для создания такой формы управляющего сигнала, подводимого к обмотке управления двигателя, которая пе содержит третьей гармонической составляющей (фиг. 2, в). Далее импульсы поступают в элемент 3, где они синхронизируются с импульсами генератора. Синхронизация необходима для разделения во времени импульсов тактовой частоты, получаемых с выхода триггера тактовой частоты 4 и управляющего сигнала, яолучаемого с выхода триггера-модулятора 11. С выхода узла синхронизации 3 импульсы (фиг. 2, б) поступают на вход триггера тактовой частоты 4. На выходе триггера тактовой частоты 4 образуются прямоугольные перепады напряжения (фиг. 2, в), формы которых, в отличис от прототипа, не содержит третьей гармо688974

О

1О

13 и =-— т,, тс

Прямоугольные импульсы, получаемые на выходе триггера тактовой частоты 4 (импульсы большей длительности, имеют частоту и фазу, равные соответственно частоте и фазе сети переменного тока. Это вызвано тем, что обмотка возбуждения двигателя подключена к сети переменного тока.

Импульсы с выхода триггера тактовой частоты 4 поступают на вход модулятора управляющего сигнала 5. Другие входы модулятора управляющего сигнала 5 соединены с триггером-модулятором 11 и триггером знака (реверса) 12.

Управляющий сигнал, снимаемый с триггера-модулятора 11, подается на вход модулятора управляющего сигнала 5 и прс,!ставляет собой широтно-импульсную модуляцию прямоугольных импульсов с нес:!мметричным законом управления (фпг.2,г).

В модуляторе управляющего сигнала 5 происходит модуляция управляющего сигнала (фиг. 2, г) прямоугольными импульсами, получаемыми с единичного пли нулевого выходов триггера тактовой частоты 4 (фиг, 2, в). В результате на выходе модулятор» управляющего сигнала 5 образуется управляющий сигнал (фиг. 2, д), частота которого равна частоте сети переменного тока, а фаза зависит, от какого выхода (единичного или нулевого) триггера тактовой частоты 4 происходит модуляция. Подключение единичного или нулевого выхода триггера тактовой частоты 4 к модулятору управляющего сигнала 5 определяет триггер реверса 12, который позволяет осуществлять реверсирование асинхронного двигателя.

Следовательно, выходной сигнал модулятора управляющего сигнала 5 представляет собой периодический сигнал (фиг. 2,д), период которого заполняется высокочастотными импульсами переменной скважностп

S. Скважность S импульсов пропорциональная величине управляющего сигнала (»еняется от 0 до 1), а их количество, входящее в период, характеризуется коэффициентом заполнеш!я где Т, — период сигнала управления (см. фпг. 2, г);

Т, — период сети переменного тока (фиг. 2, а) .

Коэффициент заполнения и пз соотношения (1) выбирается таким образом, чтобы в подводимом сигнале управления к двигателю содержалось минимум высокочастотных гармоник, наличие которых, особенно в высокочастотных системах управления, приводит к вибрациям ротора двигателя (при малых моментах нагрузки).

"0 г,— 3

3О

Зб

4О

4.э

Э:! ээ

6О

Выходной сигнал модулятора управляющего сигнала 5 представляет средние значения напряжения, которое, усиливаясь по амплитуде в усилителе постоянного тока 6, через согласующий трансформатор подводится к управляющей обмотки двигателя.

Амплитуда управляющего сигнала, подводимого к двигателю, эквивалентна величине сигнала управления.

Таким образом, требуемый положительный эффект, т. е. повышение быстродействия устройства, упрощение конструкции, достигается исключением из цепи управления фильтра, путем создания формы управляющего сигнала, близкой к синусоидальной.

Формула изобретения

Устройство для цифрового управления асинхронным двигателем, содержащее усилитель постоянного тока, преобразователь код — вреvñíío;"! интервал, со тоящий из генератора импульсов, подключенного ко входу счетчика-модулятора, к другим входам которого годключены выходы вентилей, а к выходу — вход триггера-модулятора, выходами подключенного ко входам указанных вентилей, другие входы которых подключены к выходам регистра, другим выходом подключенного ко входу триггерареверса, а на вход регистра подается сигнал управления, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, оно снабжено последовательно соединенными формирователем импульсов, узлом задержки импульсов, синхронизирующим элементом, триггером тактовой частоты, модулятором управляющего сигнала, причем вход формирователя импульсов соединен с

ВыВОдОм для подкл!Оченпя и сети, ВыхОд модулятора управляющего сигнала соединен с входом усилителя постоянного тока, один из гходов спнхронизпрующего элемента соединен с общей точкой соединения выхода генератора импульсов и входа счетчика-модулятора преобразователя код — временной интервал, один из входов модулятора управляющего сигнала соединен с выходом триггера — модулятора преобразователя код — временной интервал, а др1гой его вход — с выходом триггера реверса.

Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе

1. Патент США № 3340447, кл. 318 — 16, 1967.

2. Патент США № 3612974, кл. 318 — 314, 1971.

3. Хасаев О. И. Транзисторные преобразователи напряжения и частоты. М., «Наука», 1966, гл. VI, с. 130 — 138.

688974

Риз. 1 спи . 2

Составитель О, Парфенова

Техред А. Галахова

Корректор 3. Тарасова

Редактор В. Левятов

Заказ 2204/10 Изд. № 567 Тираж 866 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2