Устройство для управления вентильнымэлектродвигателем

Устройство для управления вентильнымэлектродвигателем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ВТЕЛЬСТВУ

Сеют Саеетсмнх

Соцмалнстнчасних

Республик оц 843121 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлемо 17.08.79 (21) 2813017/24-07 рцм. кл.з с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Н 02 К 29/02

Н 02 P 7/14

Государственный комнтет

СССР яо делам нзобретеннй н открытнй

Опубликовано 3096Я1. Бюллетень Йе 24

Дата опубликования описамия 30.06.81 (53) УДК 621.313. . 13.014. 2:

:621.313.298 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Н. Дейнега, A.Ï. Рогов, Ю.И. Беляев и В. И. Оленичев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫИ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к прецизионному автоматизированному электроприводу с вентильными электродвигателями (ВД) и может быть использовано в системах автоматики и вычислительной техники, а также в станкостроении, в системах с программным управлением.

В настоящее время преимущественно распространение получают дискретные системы стабилизации и регулирования частоты вращения бесконтактных двигателей постоянного тока, которые по сравнению с системами аналогового типа обеспечивают точность на один-два порядка выше (до 0,01%).

Известны дискретные системы стабилизации и регулирования частоты вращения бесконтактных двигателей постоянного тока, содержащие последовательно соединенные задающий генератор, дискретно-фазовый регулятор (частотно-фазовый дискриминатор), полупроводниковое реле и полупроводниковый коммутатор, соединенный с источником питания и обмотками двигателя, на валу которого установлены датчик положения ротора, связанный со вторым входом полупроводникового реле, и датчик частоты вращения

I (импульсный тахогенератор), выход которого подключен ко второму выходу частотно-фазового дискриминато5

В указанных электроприводах бесконтактный двигатель работает как коллекторная машина постоянного тока, в которой функции коллекторного узла выполняют полупроводниковый коммутатор и датчик положения ротора. Задача повышения точности стабилизации скорости решается реализацией . дискретно-фазового способа, основан-!

5 ного на сравнении фаз напряжений задающего генератора и датчика частоты вращения (тахогенератора) в частотнофаэовом дискриминаторе, причем приход импульса генератора включает пиЮ тание двигателя с помощью реле и коммутатора, а импульсы датчика частоты вращения обесточивают двигатель до прихода очередного импульса задающего генератора. При этом ширина импульса включения питания двигателя пропорциональна углу рассогласования импульсов управления с генератора и импульсов с датчика частоты ,вращения, т.е. величине нагрузки на

30 валу двигателя Г11. 843121

Однако в случае необходимости изменения частоты вращения при работе известного устройства пусковые свойства двигателя при скачкообразном увеличении частоты управления задающего генератора хуже, чем в режиме самокоммутации, так как включение пиI тания 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 15 обесточены, и тем самым осуществляется пассивное торможение двигателя свободным выбегом ротора.

При действии на валу двигателя момента нагрузки, сохраняющего .20 свое направление при изменении направления вращения (активный 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 задающего генератора, обмотки статора обесточены и, 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 ВД.

Наиболее близкое к предлагаемому устройство содержит генератор опорной частоты (цифровой задатчик час- 40 тоты вращения), многоканальный кольцевой коммутатор, датчики положения ротора, формирователи, силовые ключи электронного коммутатора, элементы И, образующие узел запрета, эле- 45 менты И-НЕ и триггеры по числу каналов устройства. В каждом канале выход датчика положения ротора соединен со входом формирователя, входом элемента И-HE 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 триггер р других каналов. Триггер каждо- 55 го канала соединен разрешающим входом с соответствующим выходом кольцевого коммутатора, запрещающим входом - с выходом формирователя, а выходом — с другим входом элемента И соответствующего канала.

Введение в каждый канал устройства триггера и элемента И-НЕ, а также организация соответствующих схемных связей позволили значительно умень- 65 шить длительность переходных процессов. Изменяя частоту управления, поступающую с генератора опорной частоты, можно осуществлять регулирование частоты вращения (2) .

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

Цель изобретения — устранение указанных недостатков, т.е. расширение области применения за счет.повышения точности стабилизации и обеспечения возможности регулирования частоты вращения двигателя при нагрузке 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 выходами 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 другим 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 запрешающим 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 действительного положения ротора двигателя, информацию о котором дает датчик положения ротора во время нахождения ротора в зоне действия определенного чувствительного элемента датчика, и заданного кольцевым 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.

843121

d0 Причем до тех пор, пока ротор двига- теля 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 двигателя 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, 20 состоящий нз многовходового элемента

ИЛИ-НЕ 16 и элементов И 17-19, многоканальный кольцевой коммутатор 20, частотно-фазовый дискриминатор 21, элемент 22 памяти и цифровой задатчик 25

23 частоты вращения двигателя.

Выходы чувствительных элементов

1-3 соединены со входами формирователей 4-6 соответствующих каналов устройства..Выходы силовых ключей 8-10 электронного коммутатора 7 подключены к статорным обмоткам 24-26 двигателя, а вхоцы — к выходам элементов И 1214 узла 11 запрета. Одни входы эле.ментов 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 формирователей 40

4-6 ° Выходы элементов И 17-19 соединены со входами элемента ИЛИ-НЕ 16.

Вход кольцевого коммутатора 20 соединен с выходом частотно-.фазового дискриминатора 21, соединенного прямым 45 входом с выходом элемента 22 памяти, а инверсным (запрещающим) входомс выходом элемента ИЛИ-НЕ 16.Один вход элемента 22 памяти соединен с выходом цифрового задатчнка 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 выдает один из чувствительных элементов датчика 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 65 узла 15 сравнения выдают сигналы ,логический "0",так как в этом случае хотя бы на одном входе каждого из этих элементов присутствует сигнал логический "0", поступающий либо с кольцевого 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 12 14 узла 11 запрета и одновременно запрещает прохождение импульса через дискриминатор 21. Открытые элементы И 12-14 разрешают прохождение сигнала с какого-то (случайно установившегося по включению) выхода кольцевого коммутатора 20, который открывает один из силовых ключей

8-10 коммутатора 7 и запитывает соответствующую обмотку двигателя.

Ротор двигателя разворачивается на угол мд„и принимает заданное кольцевым коммутатором 20 положение, что фиксирует соответствующий чувствительный элемент 1-3 датчика положения ротора, информация с которого через формирователи 4-6 поступает на один из элементов И 17-19.

При этом элемент И фиксирует совпадение действительного и заданного кольцевым коммутатором 20 положения ротора, т.е. на выходе этого элемента И возникает сигнал логическая

"1". По этому сигналу элемент ИЛИ-НЕ

16 выдает запрещающий сигнал на элементы И 12-14, запрещая прохождение 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, двигатель подготавливается к дальнейшей обработке частоты управления f .

Импульс частоты f>, поступая на элемент 22 памяти с выхода задатчика 23, переписывается в дискриминатор 21 при наличии на его инверсном входе логического "0" и, проходя через дискриминатор, поступает на кольцевой коммутатор 20, изменяя .его состояние на следующее. При этом тот же импульс, поступая с выхода дискриминатора 20 .на другой вход элемента 22 памяти, списывает содержащуюся в нем информацию, подготавливая элемент памяти к приему следующего импульса с выхода задатчика 23. Если к моменту прихода импульса на элемент 22 памяти на инверсном входе дискриминатора 21 присутствует сигнал логическая "1" (обмотка двигателя запитана), то пришедший им пульс запоминается элементом 22, но через дискриминатор 21 на кольцевой коммутатор 20 не проходит. Однако с приходом сигнала логический "0" на дискриминатор 21, т.е. в момент, 843121 когда ротор двигателя занимает заданное ему кольцевым коммутатором

20 полбжение, запомненный элементом

22 памяти импульс проходит через дискриминатор 21 на кольцевой коммутатор 20, состояние которого изменяется. Элементы И 17-19 вновь выдают сигналы логический "0", обмотка двигателя, заданная кольцевым коммутатором 20, запитывается и ротор .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 режиме самокоммутации.

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

По достижении двигателем скорости, заданной задатчиком 23, ротор двигателя устанавливается в заданное ему кольцевым коммутатором 20 положение раньше, чем приходит следующий импульс частоты f . При этом, как было описано выше, с обмоток двигателя снимается питание и двигатель продолжает нращение в зоне действия чувствительных элементов-датчика положения ротора незапитанным до прихода 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 "0" и (в отличие от известного), обмотка двигателя, заданная кольцевым коммутатором, запитывается, осуществляя активное торможение двигателя. Ротор возвращается в зону действия чувствительных элементов датчика, соотнетствующего заданному кольцевым коммутатором 20 положению. Если во время запитки обмотки с задатчика 23 приходит импульс частоты fq,то он запоминается в элементе 22 памяти и с возвращением ротора в зону действия, датчика проходит сквозь дискриминатор 21 на кольцевой коммутатор 0, 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 н зону действия чувствительных элементов 1-3 датчика положения ротора, мати и входом кольцевого коммутато.ра, 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 зла запрета,другие входы которых соединены с выходами кольцевого коммутатора.

Источники информации, 50

55 бО принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции М 2201808, кл. Н 02 P 7/00, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

9 496639, кл. Н 02 К 29/02, 1973. не соответствующего заданному положению,то обмотка двигателя запитынается, ротор возвращается в заданное ему кольцевым коммутатором 20, положение, и обмотка вновь обесто5 чивается на то время, н течение которого 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 комму15 татором 20, на время, пропорциональное величине приложенного 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,вен.тильным электродвигателем, содержа30 щее цифровой задатчик частоты вращения, выход которого связан с входом многоканального кольцевого коммутатора, датчик положения ротора, .чувствительные элементы которого

35 соединены со входами формирователей, электронный коммутатор, к силовым ключам которого подключены выходы элементов И узла запрета, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью

4 расширения области применения, введены элемент памяти, частотнофазовый 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 нходом частотнофазового дискриминатора, соединенного выходом с другим входом элемента па843121

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5153/7б

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4

Составитель A. Санталов

Редактор М. Лысогорова Техред М,Кощтура, Корректор А. Гриценко