SU1661951A1 - Электропривод посто нного тока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в автоматизированных системах регулировани  скорости вращени  электродвигателей. Целью изобретени   вл етс  повышение точности регулировани . Устройство содержит последовательно соединенные управл емый генератор 15 пилообразного напр жени , устройство 16 выборки и хранени  напр жени , повторитель 19 напр жени . Выход повторител  19 напр жени  через резистор 20 соединен с неинвертирующим входом операционного усилител  7. Выход устройства 16 выборки и хранени  через компараторы 17, 18 соединен с блоком 13 уставок и с блоком 10 управлени . В данном устройстве повышаетс  эффективность фазовой автоподстройки и обеспечиваетс  взаимодействие двух корректирующих контуров в синхронном режиме по предотвращению выхода электродвигател  из синхронизма. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в автоматизированных системах регулировани  скорости вращени  электродвигателей.

Цель изобретени  - повышение точности управлени  частотой вращени  электродвигател .

На фиг, 1 представлена схема электропривода; на фиг. 2 - структурна  схема блока управлени  реверсивным счетчиком.

Электропривод содержит электродвигатель 1,  корна  обмотка которого через усилитель 2 мощности подключена к источнику 3 питани , датчик 4 частоты вращени  электродвигател  1, выход которого соединен с входом частотного дискриминатора 5. Выход частотного дискриминатора 5 через первый резистор 6 соединен с инвертирующим входом операционного усилител  7, выход которого подключен к управл ющему входу усилител  2 мощности, цифроаналого- вый преобразователь 8, реверсивный счетчик 9 и блок 10 управлени  реверсивным счетчиком 9, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика 9, выход которого соединен с входом цифроа- налогового преобразовател  8, выход которого через второй резистор 11 соединен с неинвертирующим входом операционного усилител  7, задающий генератор 12, выход которого соединен с первым входом блока 10 управлени  реверсивным счетчиком 9, второй вход которого соединен с выходом датчика 4 частоты вращени , блок 13 уставок , вход которого соединен с выходом источника 3 питани .

Кроме того, электропривод содержит двухсторонний ограничитель 14 кода, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 9, выход двухстороннего ограничител  14 кода соединен с третьим входом блока 10 управлени  реверсивным счетчиком 9, выход задающего генератора 12 соединен с входом управл емого генератора 15 пилообразного напр жени , выход которого соединен с информационным входом устройства 16 выборки и хранени  напр жени , управл ющий вход которого соединен с выходом датчика 4 частоты вращени , выход устройства 16 выборки и хранени  напр жени  соединен с первыми входами первого и второго компараторов 17 и 18, и входом повторител  19 напр жени , выход которого через третий резистор 20 соединен с неинвертирующим входом операционного усилител  7, первый и второй выходы блока 13 уставок соединены с вто- пыми входами первого и второго компараторов 17 и 18 соответственно, выходы

которых соединены соответственно с четвертым и п тым входами блока 10 управлени  реверсивным счетчиком 9.

Кроме того, блок 10 управлени  (фиг. 2)

реверсивным счетчиком 9 содержит первый и второй формирователи 21 и 22 импульс- импульс, первые входы которых  вл ютс  соответственно первым и вторым входами блока 10, распределитель импульсов 23, два

0 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 формировател  35 и 36 короткого импульса,

5 выход генератора 27 импульсов соединен с входом делител  28 импульсов и входом распределител  23 импульсов, первый и второй выходы которого соединены с вторыми входами соответственно первого и вто0 рого формирователей 21 и 22 импульс-импульс, выходы которых соединены с С-входами первого и второго D-тригге- ров 24 и 25 соответственно и первыми входами первого и второго элементов

5 ИЛИ-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-тригге0 ра 26 и первым входом элемента ИЛИ 34, выход второго элемента ИЛИ-НЕ 30 соединен с R-входом RS-триггера и вторым входом элемента ИЛИ 34, выход которого соединен с входом первого формировател 

5 35 короткого импульса, выход которого  вл етс  вторым выходом блока 10, инверсный выход RS-триггера 26 соединен с первым входом элемента ИЛИ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ 33, второй вход которого  вл етс 

0 третьим входом блока 10, выход элемента ИЛИ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ 33  вл етс  первым выходом блока, D-входы первого и второго 0,-триггеров 24 и 25 подключены к шине с единичным логическим уровнем,

5 первые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ 31 и 32  вл ютс  четвертым и п тым входами блока 10 соответственно, вторые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ 31 и 32 соединены между со0 бой с выходом второго формировател  36 короткого импульса, вход которого соединен с выходом делител  28 импульсов, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ 31 и 32 соединены с R-входами

5 первого и второго D-триггеров 24 и 25 соответственно .

Электропривод работает следующим образом.

При включении питани  на выходе операционного усилител  7 устанавливаетс 

максимальное напр жение и начинаетс  разгон электродвигател  1, так как на неинвертирующий вход операционного усилите- л  7 через резистор 11 подаетс  максимальное посто нное напр жение с выхода цифроаналогового преобразовател  8, в то врем  как на инвертирующий вход операционного усилител  7 через резистор 6 поступают редкие на стадии разгона импульсы с экспоненциально растущим и убывающим фронтами с выхода частотного дискриминатора 5, которые формируютс  от каждого пр моугольного импульса датчика 4 частоты вращени , В результате сравнени  этих импульсов напр жени  с напр жением, поступающим от цифроаналогового преобразовател  8 на неинвертирующий вход операционного усилител  7, последний вырабатывает напр жение дл  управлени  электродвигателем 1, в котором имеет место фаза разгона (когда электродвигатель 1, подключен к источнику 3 питани ) и фаза динамического торможени  (когда электродвигатель 1 отключен от источника 3 питани )

Максимальное напр жение на выходе цифроаналогового преобразовател  8 устанавливаетс  потому, что в первом корректирующем контуре блок 10 управлени  реверсивным счетчиком 9 сравнивает частоту следовани  импульсов датчика 4 с частотой следовани  импульсов задающего генератора 12, так как последние преобладают , то содержимое реверсивного счетчика 9 растет. Соответственно растет и напр жение на выходе цифроаналогового преобразовател  8. При достижении на выходе реверсивного счетчика 9 некоторого кода, близкого к максимальному, срабатывает двухсторонний ограничитель 14 кода и в блоке 10 управлени  реверсивным счетчи- ком 9 блокирует дальнейший счет в пр мом направлении, Счет импульсов в реверсивном счетчике 9 останавливаетс , и на выходе цифроаналогового преобразовател  8 сохран етс  напр жение, близкое к максимальному .

Импульсы задающего генератора 12 увеличивают содержимое реверсивного счетчика 9, а импульсы датчика 4 уменьшают . Сравнива  эти две последовательности импульсов, блок 10 управлени  реверсивным счетчиком 9 вырабатывает счетные импульсы дл  реверсивного счетчика 9 и сигнал направлени  счета,

По цепи второго корректирующего контура (фазовой автоподстройки) каждым им- пульсом задающего генератора 12 запускаетс  управл емый генератор 15 пилообразного напр жени  Период формируемого пилообразного напр жени  равен периоду следовани  импульсов от задающего генератора 12. Каждым импульсом (передним фронтом) датчика 4 производитс  вы- 5 борка и запоминание мгновенного значени  пилообразного напр жени  в устройстве 16 выборки и хранени  напр жени . Рассматриваемое напр жение на стадии разгона электродвигател  1 будет 10 также измен етс  по пилообразному (ступеньками ) закону, период которого по мере разгона увеличиваетс , и при входе в синхронизм это напр жение превратитс  уже в посто нное напр жение.

15Выходное напр жение устройства 16

выборки и хранени  напр жени  через по- . вторитель 19 напр жени  и резистор 20 поступает на неинвертирующий вход операционного усилител  7, где складыва- 0 етс  с напр жением цифроаналогового преобразовател  8 и также способствует разгону электродвигател .

При достижении синхронной скорости вращени  и превышении ее частота импуль- 5 сов датчика 4 становитс  больше частоты импульсов задающего генератора 12. В результате блок 10 управлени  реверсивным счетчиком 9 формирует импульсы в направлении вычитани  дл  реверсивного счетчика 0 9. При этом содержимое последнего уменьшаетс  и соответственно уменьшаетс  напр жение на выходе цифроаналогового преобразовател  8. С уменьшением напр жени  на неинвертирующем входе операци- 5 онного усилител  7 в выходном сигнале последнего уменьшаетс  фаза разгона и увеличиваетс  фаза динамического торможени  электродвигател  1. Следовательно, при перерегулировании начинает возра- 0 стать тормоз щее воздействие на электродвигатель 1.

При сильном перерегулировании содержимое реверсивного счетчика 9 быстро уменьшаетс  и соответственно, падает на- 5 пр жение на выходе цифроаналогового преобразовател  8. При достижении на выходе реверсивного счетчика 9 некоторого кода, близкого к минимальному, срабатывает двухсторонний ограничитель 14 кода и в 0 блоке 10 управлени  реверсивным счетчиком 9 блокирует дальнейший счет в обратном направлении Таким образом, выходное напр жение цифроаналогового преобразовател  8 ограничиваетс  на неко- 5 тором минимальном уровне напр жени , Такое двухстороннее ограничение работы цифроаналогового преобразовател  8 вместе с реверсивным счетчиком 9 позвол ет исключить возможное переполнение реверсивного счетчика 9 как в пр мом, так и в

обратном направлении, а следовательно, и возможность формировани  резкого скачка корректирующего напр жени , что повело бы к ухудшению переходного процесса. В результате усиливаетс  затухание переходного процесса и сокращаетс  его длительность .

Во втором корректирующем контуре при перерегулировании на выходе устройства 16 выборки и хранени  напр жени  также формируетс  пилообразное напр жение с переменным периодом, но так как коэффициент усилени  (передачи) по второму корректирующему контуру на пор док меньше, чем по первому корректирующему контуру, то указанное изменение напр жени  на выходе устройства 16 выборки и хранени  напр жени  не мешает активному торможению электродвигател  1.

При установлении синхронной скорости вращени  электродвигател  1, частота следовани  импульсов датчика 4 равна частоте импульсов задающего генератора 12, содержимое реверсивного счетчика 9 колеблетс  на единицу младшего разр да и тем самым на выходе цифроаналогового преобразовател  8 поддерживаетс  практически посто нное напр жение, соответствующее синхронной скорости.

На выходе устройства 16 выборки и хранени  напр жени  в синхронном режиме также устанавливаетс  некоторое значение напр жени .

При изменении момента нагрузки на валу электродвигател  1 указанное напр жение соответственно измен етс , компенсиру  фазовые отставани  или обгон. В результате отклонени  фазы между импульсными последовательност ми момент выборки tM.B. может сдвигатьс  влево или вправо по периоду пилообразного напр жени . Если указанный момент выборки выйдет за пределы периода пилообразного напр жени , то произойдет выход электродвигател  из синхронизма. Если контур фазовой автоподстройки (второй корректирующий контур) не справл етс  с ликвидацией фазового рассогласовани , то дл  упреждени  выхода электродвигател  1 из синхронизма-подключаетс  первый корректирующий контур. Дл  этого выходное напр жение устройства 16 выборки и хранени  напр жени  сравниваетс  с верхним и нижним уровн ми компарировани  на компараторах 17 и 18 соответственно, выходные сигналы которых через блок 10 управлени  измен ют содержимое реверсивного счетчика 9, в результате чего измен етс  напр жение на выходе цифроаналогового преобразовател  8, что способствуетуменыиению фазовых рассогласований в синхронном режиме. При смещений момента выборки в зону начали пилообразного напр жени  напр жение на выходе устройства 16 выборки- и хранени  напр жени  становитс  меньше нижнего уровн  компарировани , задаваемого блоком уставок 13, срабатывает компаратор 18 и блокирует направление отрицательного счета в ревер0 сивном счетчике 9. В результате содержимое реверсивного счетчика 9 изменитс  в положительном направлении, а выходное напр жение цифроаналогового преобразовател  8 увеличитс , соответственно немно5 го увеличитс  воздействие на разгон электродвигател  1, сдвиг по фазе между импульсами увеличитс  и момент выборки iM.e. передвинетс  в среднюю зону пилообразного напр жени . Все это происходит

0 без выхода электродвигател  из синхронизма и он продолжает работать при новом сочетании напр жений на выходах цифроаналогового преобразовател  8 и устройства 16 выборки и хранени  напр жени .

5 При смещении момента выборки гм.в. в зону окончани  пилообразного напр жени , напр жение на выходе устройства 16 выборки и хранени  напр жени  становитс  больше верхнего уровн  компарирова0 ни , задаваемого блоком 13 уставок, срабатывает компаратор 17 и блокирует направление положительного счета в реверсивном счетчике 9. В результате содержимое реверсивного счетчика 9 изме5 нитс  в отрицательном направлении, а выходное напр жение цифроаналогового преобразовател  8 уменьшитс , соответственно уменьшитс  разгон ющее воздействие на электродвигатель 1, сдвиг по фазе

0 между импульсами задающего генератора 12 и датчика 4 уменьшитс , и момент выборки гм.в передвинетс  в среднюю зону пилообразного напр жени . Описанный процесс протекает без выхода электродви5 гател  из синхронизма.

Блок управлени  10 реверсивным счетчиком 9 работает следующим образом.

Распределитель 23 импульсов, использу  тактовую частоту генератора 27 импуль0 сов, вырабатывает две последовательности несовпадающих импульсов, кажда  из которых подаетс  на вторые входы формирователей 21 и 22 импульс-импульс, на первые входы которых подаютс  импульсы соответ- 5 ственно с выхода задающего генератора 12 через первый вход блока, и с выхода датчика 4 через второй вход блока 10. Таким образом , импульсы посто нной частоты задающего генератора 12 после их прохождени  через формирователь 21 никогда не совпадают по времени с импульсами измен ющейс  при разгоне электродвигател  1 частоты датчика 4 после их прохождени  через формирователь 22, чем исключаетс  неопределенность состо ни RS-триггера 26 при возможном совпадении во времени сравниваемых импульсов. D-триггер 24 и элемент ИЛИ-НЕ 29 образуют первую, а D-триггер 25 и элемент ИЛИ-НЕ 30 образуют вторую схемы исключени  одиночного импульса из серии импульсов, которые управл ютс  компараторами 17 и 18 соответственно через четвертые и п тые входы блока 10 соответственно .

Пусть в исходном состо нии момент выборки в блоке 15 выборки и хранени  напр жени  находитс  в пределах средней зоны пилообразного напр жени , тогда на выходах компараторов 17и 18 действуют единичные логические уровни. При этом на выходах элементов ИЛИ-НЕ 31 и 32 получаем нулевые логические уровни, а значит, D-триггеры 24 и 25 по R-входам не сброшены , а установлены в единичное состо ние оба и, следовательно, импульсы с выходов формирователей 21 и 22 импульс-импульс проход т 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 фронту формирователь 35 короткого импульса , который и формирует счетные импульсы дл  реверсивного счетчика 9. При этом состо ние триггера 26, складыва сь по модулю два на элементе ИЛИ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ 33 с выходным сигналом двухстороннего ограничител  14 кода, определ ет направление счета в реверсивном счетчике 9. Если выходной код реверсивного счетчика 9 находитс  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 единичны и логический сигнал, который независимо от состо ни  RS-триггера 26 измен ет направление счета на противоположное

j При синхронной скорости вращени  электродвигател  1 импульсы задающего генератора 12 и датчика 4 чередуютс . Пусть в результате дрейфов элементов или возмущени  на валу электродвигател  момент выборки tMв в устройстве 16 выборки и хранени  напр жени  переместилс  в начальную зону периода пилообразного напр жени , при этом сработает компаратор 18 и по п тому 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 5 формирует короткие отрицательные импульсы и через элемент ИЛИ-НЕ 32 сбросит в нулевое состо ние D-триггер 25. Очередной импульс с выхода формировател  22 не сможет пройти через элемент ИЛИ-НЕ 30,

0 он задним фронтом переключит D-триггер 25 в единичное состо ние и тем самым подготовит схему дл  пропускани  следующего импульса. Таким образом, один импульс из вычитающей серии исключаетс  и кодовое

5 состо ние реверсивного счетчика увеличитс  на единицу. Если момент выборки tM B не войдет при этом в среднюю зону пилообразного напр жени , то процесс повторитс . Аналогичным образом работает блок 10

0 управлени  реверсивным счетчиком 9 и в случае, когда момент выборки tM B переместитс  в зону окончани  периода пилообразного напр жени . При этом сработает компаратор 17, он разблокирует элемент

5 ИЛИ-НЕ 31, через который импульс с выхода формировател  36 короткого импульса сбросит в нулевое состо ние D-триггер 24. В этом счлучае будет исключен один импульс из суммирующей серии, и кодовое со0 сто ние реверсивного счетчика 9 уменьшитс  на единицу

Таким образом, блок 10 управлени  автоматически формирует такое кодовое со- сто ние реверсивного счетчика 9 и,

5 соответственно, выходное напр жение цифроаналогового преобразовател  8, чтобы в блоке 15 выборки и хранени  напр жени  соблюдалось условие нахождени  tM о в средней зоне пилообразного напр жени .

0 Такое взаимодействие первого и второго корректирующих контуров позвол ет предотвратить выход электродвигател  1 из синхронизма

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   51. Электропривод посто нного тока содержащий электродвигатель,  корна  обмотка которого через усилитель мощности подключена к источнику питани , датчик частоты вращени  этектродвигател , выход

   0 которого соединен с входом частотного дискриминатора , выход частотного дискриминатора через первый резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилител , выход которого подключен к уп5 равл ющему входу усилител  мощности. цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик и блок управлени  реверсивным счетчиком, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика , выход которого соединен с входом циф- роаналогового преобразовател , выход которого через второй резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилител , задающий генератор выход которого соединен с первым входом блока управлени  реверсивным счетчиком, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости вращени , блок уставок, вход которого соединен с выходом источника питани , а выходы -- с входами компараторов, второй и третий резисторы, отличающий- с   тем, что, с целью уменьшени  погрешностей управлени , в него введены управл емый генератор пилообразного напр жени , устройство выборки и хранени  напр жени , повторитель напр жени , двухсторонний ограничитель кода, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, выход двухстороннего ограничител  кода соединен с третьим входом блока управлени  реверсивным счетчиком, выход задающего генератора соединен с входом управл емого генератора пилообразного напр жени , выход которого соединен с информационным входом устройства выборки и хранени  напр жени , управл ющий вход которого соединен с выходом датчика скорости вращени , выход устройства выборки и хранени  напр жени  соединен с вторыми входами первого и второго компараторов и входом повторител  напр жени , неинвертирующий вход операционного усилител  через второй резистор соединен с выходом цифроэналогового преобразовател , а через третий резистор - с выходом повторител  напр жени , выходы компараторов соединены соответственно с четвертыми и п тым входами блока управлени  реверсивным счетчиком.

   2. Электропривод поп. 1, о т л и ч а ю- щ и и с   тем,что блок управлени  реверсивным счетчиком содержит первый и второй формирователи импульс-импульс, первые входы которых  вл ютс  соответственно
2. первым и вторым входами блока, распределитель импульсов, два D-триггера, RS-триг- гер, генератор импульсов, делитель импульсов, четыре элемента ИЛИ-НЕ, элемент ИЛИ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ, элемент ИЛИ, два формировател  короткого импульса , и шина с единичным логическим уровнем , выход генератора импульсов соединен с входом делител  импульсов и входом распределител  импульсов, первый и второй выходы которого соединены с вторыми входами соответственно первого и второго формирователей импульс-импульс, выходы которых соединены с С-входами первого и

   второго D-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 RS- триггера и вторым входом элемента ИЛИ,

   выход которого соединен с входом первого формировател  короткого импульса, выход которого  вл етс  вторым выходом блока, инверсный выход RS-триггера соединен с первым входом элемента ИЛИ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ , второй вход которого  вл етс  третьим входом блока, выход элемента ИЛИ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ  вл етс  первым выходом блока, D-входы первого и второго D- триггеров подключены к шине с единичным

   логическим уровнем, первые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ  вл ютс  четвертым и п тым входами блока соответственно , вторые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ соединены между

   собой и с выходами второго формировател  короткого импульса, вход которого соединен с выходом делител  импульсов, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ соединены с R-входами первого и второго

   D-триггеров соответственно.