SU1434532A1

SU1434532A1 - Электропривод

Info

Publication number: SU1434532A1
Application number: SU874227295A
Authority: SU
Inventors: Роман Михайлович Трахтенберг; Михаил Владимирович Фалеев; Александр Николаевич Ширяев; Александр Анатольевич Киселев
Original assignee: Ивановский энергетический институт им.В.И.Ленина
Priority date: 1987-04-09
Filing date: 1987-04-09
Publication date: 1988-10-30

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике , в частности к управл емым электродриводам, предназначенным дл точного регулировани и стабилизащ1И угловой скорости механизмов, работающих в услови х измен ющихс внешних воздействий. Целью изобретени вл етс увеличение точности стабилизации частоты и фазы вращени электродвигател при линейно измен ющихс внешних воздействи х и параметрах электропривода. Электропривод содер-

Description

г:

л

(/)

4 ОС} Ji СП

СО

к

жит электродвигатель 1 с частотным датчиком 2 скорости вращени . В режиме сравнени фаз чередование импуль- со частот задатчика 3 f, и обратной fg приводит к по влению на выходах триггеров 9 или 11 фазового дискрикшнатора 4 широтно-импульсного сигнала с относительной длительностью , пропорциональной фазовому рас ласованию частот

, В режиме авнени фазовый дискриминаf , и

со ср

то 4 выдает на соответствующих выхо- посто нные сигналы в зависимости

да

от соотношени частот f, и fg. В

vqгaнoвившeмc режиме при посто нном

.1

I Изобретение относитс к электро- т хнике, а именно к управл емым 3Jектроприводам, предназначенным дл точного регулировани и стабили- згции угловой скорости механизмов, работающих в услови х измен ющихс BI-ешних воздействий.Цель изобретени - увеличение точнйсти стабилизации частоты и фазы вращени электродвигател при линей- нф измен ющихс внешних воздействи х И параметрах электропривода.

I На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого электропривода} на фиг. 2 - направленный граф работы фазового дискриминатора} на фиг. 3 - временные диаграммы работы элементов э гектропривода.

Электропривод содержит электродвигатель 1 с установленным на ei;o валу частотном датчиком 2 скорости вращени , частотный задатчик 3, фазовый д||;скриминатор 4 и силовой преобразователь 5. Силовой преобразователь 5 выходом соединен с корной обмоткой электродвигател 1. Формирователь 6 импульсов входом подключен к выходу частотного датчика 2 скорости вращени . Кроме того,электропривод содержит интегратор 7, а фазовый дискриминатор 4 выполнен в виде четьгрех D-триггерЬв 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 посто нное напр жение , к-рое усиливаетс силовым преобразователем 5 и подаетс на электродвигатель 1. При линейно измен ющихс внешних воздействи х величина фазового рассогласовани посто нна. Использование фазового дискриминатора 4 допускает одновременный приход импульсов частот задатчика и обратной св зи и исключает схему разделени . Интегратор позвол ет использовать силовой преобразователь с аналоговым входом управлени в электродвигатель любого типа. 3 ил.

0

5

0

5

0

35

к выходу частотного задатчика 3. Счетные входы третьего и четвертого D-триггеров 10 и 11 соединены с выходом формировател 6 импульсов. Пр мые вьпсоды первого и третьего D-триггеров 8 и 10 соединены со входами первого элементу И-НЕ 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-триггер 11 и первым входом второго элемента 13. ВтЪрой вход втор.ого элемента И-НЕ 13 подключен к инверсному выходу четвертого D-триггер.а 11, а выход - к D-входу третьего D-триггера 10. Ин- версньй выход третьего D-триггера 10 соединен с D-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 ИгНЕ 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-НЕ 15 соединен с пр мым выходом второго D-триггера 9 и. . неинвертирующим входом интегратора 7, а второй вход - с пр мым выходом чет-: вертого D-триггера 11 и инвертирующим входом интегратора . Выход интегратора 7 подключен ко входу силового преобразовател 5.

314

Электропривод работает следующим, образом.

Пусть в ИСХОДНОМ состо нии на пр мых выходах D-триггеров 8-11 фазового дискриминатора 4 присутствуют потенциалы логического нул . Эти состо ни принимают за нулевые, а состо ни , когда на пр мых выходах этих триггеров присутствуют потенциалы логической единицы, принимают за единичные .

На направленном графе (фиг,2) эти ;состо ни обозначены через О и 1 и показаны в пр моугольниках слева на- право дл D-триггеров 8-11, а стрелками обозначены переходы фазового дискрими 1атора из одного состо ни в другое под действием отдельных им

пупьсов частот f, или f

Исходное состо ние фазового диск- Риминатора, когда на пр мых вькодах D-триггеров 8-11 присутствуют сигналы логического нул , обозначено цифрой 16. В этом состо нии на D-входах П-триггеров 9 и 11 присутствуют потенциалы логической единицы (1), подаваемые с инверсных выходов D-тригеров 10 и 8 . соответственно. На р-входах D-триггеров 8 и 10 присутствуют потенциалы логического нул (О) , подаваем1з е с выходов элементо И-НЕ 13 и 14, так как на их входах присутствуют потенциалы 1 с инверсных выходов D-триггеров 9 и 10 и -8 и 11.

С приходом импульса частоты f частотного задатчика 3 в состо ние 1 переключаетс D-триггер 9. При этом D-триггер 8 не измен ет своего состо ни , так как в момент прихода импульса f, на его D-входе присутствует сигнал О с выхода элемента И-ПЕ 14. На направленном графе фиг.2 это соответствует переходу фазового диcкpимJiнaтopa 4 из состо ни 16 в состо ние 17. Приход затем импульса частоты fg с выхода формировател ,6 приводит к переключению D-триггера 11 в состо ние 1 и по влению на выходе элемента И-НЕ 15 сигнала О, который возвращает D-триггеры 9 и 11 в исходное состо ние (переход фазового дискриминатора 4 в состо ние 16) При переходе фазового дискриминатора 4 из состо ни 17 в состо ние 16 на пр мом выходе D-триггера .11 по вл етс узкий импульс, длительность которого определ етс величиной задерж-

л

0

5

ки на переключение элемента И-НЕ 15 и D-триггера 9.

Процесс перехода фазового дискриминатора 4 из состо ни 16 в состо ние 18 и обратно происходит аналогично вьшеЪписанному. При переходе из состо ни 16 в состо ние 18 импульс частоты f переключает в состо ние 1 D-триггер 11 ,aD-тpиггep 10 своего состо ни не измен ет, так как на D-входе в момент прихода импульса частоты fg присутствует сигнал О с выхода элемента И-НЕ 13. При переходе дискриминатора из состо ни 18 в состо ние 16 импульс частоты f. переключает в состо ние 1 D-триггер 9, в результате чего на выходе элемента И-НЕ 15 по вл етс сигнал О, который воз- вращает D-триггеры 9 и 11 в исходное состо ние 16.

Таким образом, в режиме сравнени

фаз при частот f

3

и .

чередование импульсов 3 и обрат- , j-g задатчика ной св зи приводит к по влению на выходах D-триггеров 9 или

импульсного сигнала

11 широтно- с относительной

длительностью импульсов у,, или А , , пропорциональной фазовому рассогласованию импульсов частот f и fg, причем в зависимости от знака фазового рассогласовани частот f и fg широт- но-импульсньй сигнал по вл етс на выходе D-триггера 9 или на выходе D-трнггера 11,,

При по влении широтно-ийпульсного сигнала на выходе D-триггера 9 на выходе D-триггера 11 присутствует сигнал О, так как узкие импульсы из-за малой их длительности не измен ют уровень напр жени логического нул на выходе D-триггера 11. И, на - оборот, когда на выходе D-триггера : присутствует глиротно-импульсньй сигнал ,, на выходе D-триггера 9 устанав- ливаетс сигнал О.

В режиме сравнени частот (напри5

0

f6

приход подр д двух иммер , f,

пульсов частоты переводит, фазовый дискриминатор 4 из состо ни 16 в состо ние 19. При этом первый импульс частоты fJ переключает в состо ние 1 D-триггер 9 (переход из состо ни 16 в состо ние 17 на фиг.2) на выходе элемента И-НЕ 14 по вл етс сигнал 1, который подаетс на D-вход D-триггера 8. Второй импульс частоты fJ переключает в состо ние 1 D-триггер 8 (переход из состо 14

ии 17 в состо ние 19 на фиг. 2). Приход импульса частоты fg в промежутке времени между двуг-ш импульсами частоты fj приводит к переключению в состо ние 1 D-триггера 10, в ре- зультате чего на выходе элемента И-НЕ 12 по вл етс сигнал О, пере- лючающий D-триггеры 8 и 10 в состо Еше О (переход фазного дискриминатора 4 из состо ни 19 в состо ние 17 на фиг. 2). Следующий за импульсом частоты f импульс частоты f (так как f f) переключает Р триггер 8 в состо ние 1 (переход из состо ни 17 в состо ние 19 на Ьиг. 2).

Таким образом, в режиме сравнени lacTOT при f 6 Ф 13овь Й дискрими- атор 4 вьщает посто нные сигналы i 1 на пр мом выходе D-триггера 9 и i O па пр мом выходе В триггера 11, При fg f- процессы фазового диск- :)иш1натора аналогичны, но .он выдает :1осто нные сигналы 1 на пр мом выводе D-триггера 11 и О на пр мом зыходе D-триггера 9.

В установившемс режиме работы электропривода фазовый дискриминатор работает в режиме сравнени фаз

f Г- -

f, fj

g/ и при посто нном моменте нагрузки (участок а на фиг. 3) на вы- |ходе интегратора 7 присутствует посто- jtiHHoe напр жение, которое усиливает- р силовым преобразователем 5 по Мощности и подаетс на электродвига™ Ьель 1. Величина напр жени , подаваемого с выхода силового преобразовате- |1 5 на электродвигатель 1, определ етс уровнем угловой скорости и моментом сопротивлени на его валу:

5 m.x

(

JL

.

м

.)

MK

;

(1)

где Uj - напр жение

го преобразовател 5, Поскольку силовой преобразователь усиливает выходное напр жение интегратора , то в замкнутой системе с учеимеем

том того, что Up

и

s

и, K,j(u; -и,) dt

и,(„,-ь KT/U, - U,).t ,

где и 7

К

что, возможно, согласно алгоритма работы фазового дискриминатора, при , 0j т.е. при нулевом на выходе силово- g фазовом рассогласовании частот f, и

f на входах фазового дискриминатора. Посто нное напр жение на вько- де интегратора в замкнутой системе электропривода устанавливаетс авто50 матически в момент выхода привода в установившийс режим.

В реальных услови х величина,фазового рассогласовани импульсов частот fg и fg не равна нулю и определ 55 етс величиной тока утечки интегратора , котора у современных усилителей достаточно мала и составл ет d.

10 микроампер.

Ur-Krs,

(2)

- напр же1ше на выходе

интегратора 7 J и К - коэффициенты передачи

интегратора 7 и силово

5

И и;

0

и

в

го преобразовател 5 соответственно/ напр жегше на инвертирующем и неинвертирующем входах интегратора 7 соответственно/ посто нна интегрировани - напр жение на выходе интегратора, определ емое начальными услови ми интегрировани ; t - врем . В свою очередь, напр жени U и

7(0)

на входах интегратора 7 св заны с величиной относительной длительности импульсов на выходах D-триггеров 9 и t1 фазового дискриминатора 4 соотношени ми

и

и;.

1Uи,

,(3) (4)

5

0

5

0

где у,

и и

и и;.

- относительна длительность импульсов и уровень напр жени логической единицы на выходе D-триггера 9j

- относительна длительность импульсов и уровень напр жени логической единицы на выходе D- rpHrrepa 11 . С учетом (3) и (4) выражение (2) принимает вид

UT V .Uи)t. (5) Из выражени (5) следует, что напр жение на выходе интегратора мoжet быть посто нным при условии

j,u; - „ui, 0

(6)

Таким образом, при посто нном моменте нагрузки требуемое, согласно (1), напр жение на двигателе обеспечиваетс при величине фазового-рассогласовани импульсов частот f и f , близкой к нулю. Уровень выходного напр жени интегратора в этом режиме определ етс уровнем угловой скорости двигател и моментом сопротивлени на его валу.

При изменении момента сопротивлени по линейному закону (участок б на фиг.З),

MC MCO +

М t.

(7)

где М - посто нна составл юща

момента сопротивлени ; М - темп роста момента сопротивлени ,

«

посто нства поддержани угловой скорости необходимо измен ть напр жение на выходе силового преобразовател 5 по закону

+

(8)

Реализаций закона (8) возможна лишь при соответствующем изменении напр жени интегратора

UT - Vl + K,y, и t, (9)

которое получаетс согласно (5) при .

В этом случае фазовый дискрш-О1на- тор работает в режиме сравнени фаз, переключа сь (фиг.2) из состо ни 16 в состо ние 17 и обратно.

Из выражени (9) следует, что при линейном изменении момента сопротив- леьш на валу электродвигател по закону (7) на выходе D-триггера 9 фазового дискриминатора 4 по вл етс широтно-импульсный сигнал с посто нной относительной длительностью импульсов у., пропорциональной темпу роста момента сопротивлени м .

На выходе D-триггера 11 фазового дискриминатора 4 при этом присутству- ет сигнал логического нул .

В то же врем частоты fз и fg задатчика 3 и формировател 6 остаютс посто нными, что свидетельствует о том, что изменение момента сопротивлени по закону (7) не пр.иводит к по влению о1ш-1бки стабилизации уровн угловой скорости электродвигател 1.

Аналогично можно показать работу электропривода при изменении момента сопротивлени на валу двигател по

закону

MC MC,

- М t.

(10)

В этом случае необходимо дл поддержани посто нства угловой скорости изменение напр же да силового преобразовател 5 по закону

и и ( + - и - t СП) иг-и„„„ о TLt - max w - . ч f I /

- max -Q

M.

5

0

5

0

обеспечиваетс соответствующим изменением выходного напр жени интегратора 7, согласно (5), при V О по

закону

и, и

К,;

0

7 -НС) n,,U,t

(12)

5

0

5

Фазовьм .дискрШ Я-гаатор 4 при этом работает в реусиме сравнени фаз, переключа сь (фнг.2) из состо ни 16 в состо ние 18 и обратно.

В этом режиме (участок в на фиг.З) в замкнутой системе электропривода на выходе D-триггера 11 разового дискриминатора 4 автоматически устанавливаетс широтно-импульсный сигнал с посто нной относительной длительностью импульсов У,, S пропорциональной темпу спада момента сопро- тивлешш. Частоты f и f задатчика 3, формировател б в этом режиме также остаютс посто нными, что свидетельствует об отсз тствии ошибки стабилизации скорости электродвигател . Ток кор двигател (Ijj) (фиг.З), несмотр на ступенчатый характер выходного напр жени интегратора, повтор ет форму кривой момента сопротивлени М(.,, так как частота переключений фазового дискриминатора обычно составл ет 1-2 кГц и превышает на, один-два пор дка максимальную частоту полосы пропускани системы, котора определ етс в основном инерционностью двигател .

В переходных режимах пуска и торможени электродвигател фазовьй диск- ри шнатор работает в режиме сравнени частот. При этом он вьщает посто нные лoг iчecкиe сигналы: 1 м О соответственно на неинвертирующий и инвертирующий входы интегратора при пуске электродвигател ; О и 1 - при торможении электродвигател , измен в необходимую сторону напр жение интегратора и силового преобразовзтел . Благодар этому в системе э|пектропривода исключаютс режимы биений и опрокидывани регулировани . : Таким образом, предлагаемый элект- р привод обеспечивает полное устранение установившейс ошибки стабилиза- 1ФИ угловой скорости при линейно из- м|ен ющихс внеш1шх воздействи х. Кро1434532 . °

щихс внешних воздействи х и параметрах электропривода, в него введен интегратор, а фазовый дискриминатор вьтолнен в виде четьфех элементов И-НЕ и четырех В триггеров, счетные входы первого и второго триггеров подключены к выходу частотного задат- чика, счетные входы третьего и четм|е того, в электроприводе обеспечива- д вертого триггеров - к выходу формироеге стабилизаци фазы вращени вала э1ектродвигател относительно заданного положени , I При посто нных внешних воздействател , пр мые выходы первого и третьего триггеров соединены с входами первого элемента И-НЕ, выход которого подключен к R-входам первого и

ВИЯХ (например, момента нагрузки) им- gтретьего триггеров, инверсный выход

пульсы частотного задатчика и обрат-«первого триггера соединен с D-входом

ной св зи синфазны, при линейно из-четвертого триггера и первым входом

мен ющихс внешних воздействи х ве-второго элемента И-НЕ, второй вход

лршна фазового рассогласовани им-которого подключен к инверсному выхоп ьсов частотного задатчика и обрат- jgДУ четвертого триггера а выход - к

н|ой св зи посто нна.D-входу третьего триггера, инверсньгй

Iвыход которого соединен с D-входом

Ф| о р м у л а изобретени второго триггера и первым входом

Iтретьего элемента И-НЕ, выход которо- Электропривод, содержащий электро- 25 fo подключен к Б входу первого тригдбвигатель с установленным на валу частотным датчиком с:корости вращени , ч|астотпый задатчик, фазовый дискрими- HjaTop, силовой преобразователь, выхо- д1ом соединенньй с корной обмоткой э|пектродвигател , и формирователь им- п ульсов, вход которого подключен к частотного датчика скорости в|ращени , отличающийс т|ем, что, с целью увеличени точности с;табилизации частоты и фазы вращени Э|лектродвигател при линейно измен ю30

35

гера, а второй вход - к инверсному выходу второго триггера, R-вход которого соединен с R-вкодом четвертого триггера и выходом четвертого элемента И-НЕ, первьш вход которого соединен с пр мым выходом второго триггера и неинвертирукщим входом интегратора , а второй вход - с пр мьш выходом четвертого триггера и инвертирующим входом интегратора, выход которого подютючен к входу силового преобразовател .

ue.i

вател , пр мые выходы первого и третьего триггеров соединены с входами первого элемента И-НЕ, выход которого подключен к R-входам первого и

г

/а

4

1

15 Л

I I II

11

t

9ti&.}

Claims

Электропривод, содержащий даигатель с установленным на :астотным датчиком скорости вращения, астотпый задатчик, фазовый дискрими, выхоом соединенный с якорной обмоткой д

ч ч

натор, силовой преобразователь

W электродвигателя, и формирователь импульсов в в , вход которого подключен к 1Ыходу частотного датчика скорости вращения, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности стабилизации частоты эдектр^одвигателя при и фазы вращения линейно изменяю щихся внешних воздействиях и параметрах электропривода, в него введен интегратор, а фазовый дискриминатор выполнен в виде четырех элементов ⁵ И-НЕ и четырех D-триггеров, счетные входы первого и второго триггеров подключены к выходу частотного задатчика, счетные входы третьего и чет₁q' вертого триггеров - к выходу формиро, вателя, 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 выхо20 ду четвертого триггера, а выход - к D-входу третьего триггера, инверсный выход которого соединен с D-входом второго триггера и первым входом третьего элемента И-НЕ, выход которо25 го подключен к D-входу первого триггера, а второй вход - к инверсному выходу второго триггера, R-вход которого соединен с R-входом четвертого триггера и выходом четвертого эле30 мента И-НЕ, 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' ³⁵ которого подключен к входу силового преобразователя. '