SU809459A1

SU809459A1 - Method of pulse control of dc electric motor rotational speed

Info

Publication number: SU809459A1
Application number: SU752139766A
Authority: SU
Inventors: Валерий Геннадьевич Каган; Алексей Павлович Усачев
Original assignee: Новосибирский электротехнический институт
Priority date: 1975-06-02
Filing date: 1975-06-02
Publication date: 1981-02-28

Description

Изобретение относится к электроприводу постоянного тока и может быть использовано в электроприводах системы автоматики.The invention relates to a direct current electric drive and can be used in electric drives of an automation system.

Известно несколько способов импульсного управления электроприводами постоянного тока. Один из них заключается в том, что длительность подключенного состояния якоря двигателя постоянного тока к источнику постоянного напряжения (скважность) меняют, пропорционально входному управляющему сигналу, а частоту оставляют постоянной [1J.Several methods are known for pulsed control of direct current electric drives. One of them is that the duration of the connected state of the DC motor armature to the constant voltage source (duty cycle) is changed proportionally to the input control signal, and the frequency is left constant [1J.

Однако при таком способе управле- 1 ния отсутствует возможность регулирования частоты. В этом случае для ограничения пульсаций тока и дополнительных потерь в цепи нагрузки преобразователя на допустимом уровне 2 частоту коммутации выбирают высокой и поддерживают ее во всем диапазоне изменения входного сигнала, что обусловливает низкие энергетические показатели привода в целом.However, with this control method 1, it is not possible to control the frequency. In this case, to limit current ripples and additional losses in the converter load circuit to an acceptable level of 2, the switching frequency is selected high and maintained throughout the entire range of the input signal, which causes low energy performance of the drive as a whole.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ, заключающийся в том, что частоту подключения якоря двигателя к источнику постоянного напряжения изменяют в J функции входного управляющего сигнала (по заранее заданной функциональной зависимости) таким образом, что . пульсации тока якоря остаются постоян* ными при всех значениях входного управляющего сигнала, а скважность меняют пропорционально управляющему сигналу [2].Closest to the invention, the technical solution is a method in which the frequency of connecting the motor armature to a constant voltage source is changed in J by the function of the input control signal (according to a predetermined functional dependence) in such a way that. ripple current of the armature remains constant at all values of the input control signal, and the duty cycle is changed proportionally to the control signal [2].

Недостаток данного способа состоI* ит в том, что при управлении электроприводами постоянного тока не обеспечивается постоянство амплитуды пульсаций тока (а значит и пульсаций других параметров привода, например,· 5 скорости, пути) при изменении параметров нагрузки, а также в режимах, отличных от статических режимов, т.е. постоянство амплитуды пульсаций тока этот способ обеспечивает только при 0 постоянстве входного управляющего сигнала и при постоянстве параметров нагрузки. Это связано с тем, что изменение частоты коммутации от сигнала управления заранее задается со5 ответствующей расчетной функциональной зависимостью для конкретных параметров нагрузки в установившемся режиме.The disadvantage of this method consists in the fact that when controlling DC electric drives, the ripple amplitude of the current (and therefore the ripple of other drive parameters, for example, · 5 speeds, paths) is not constant when the load parameters change, as well as in modes other than static modes, i.e. the constancy of the amplitude of the ripples of the current this method provides only with 0 constant input control signal and with a constant load parameters. This is due to the fact that the change in the switching frequency from the control signal is predefined by the corresponding calculated functional dependence for specific load parameters in the steady state.

Цель изобретения — повышение КПД электропривода путем обеспечения пос0 тоянства пульсаций тока якоря неза висимо от параметров нагрузки режимов работы и всех значений входного сигнала.The purpose of the invention is to increase the efficiency of the electric drive by ensuring a constant ripple current of the armature regardless of the load parameters of the operating modes and all values of the input signal.

Поставленная цель достигается тем, что якорь электродвигателя постоянного тока периодически подключают к источнику постоянного напряжения U и контролируют величину пульсации якорного тока, измеряя при каждом подключении время за которое ток якоря увеличивается на величину заданной пульсации, и устанавливают время t₂ каждого последующего отключенного состояния электродвигателя согласно зависимости напряжение управляющего си гн ал а;This goal is achieved by the fact that the armature of the DC motor is periodically connected to a constant voltage source U and the value of the ripple of the armature current is monitored, measuring the time during which the armature current increases by the value of the specified ripple, and set the time t _{2 of} each subsequent disconnected state of the motor according to dependences of the voltage of the control si al al a;

коэффициент пропорциональности, в общем случае непостоянный .proportionality coefficient, in general, inconstant.

На фиг. 1 приведено одно из возможных устройств, реализирующих пред-, латаемый способ; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие способ.In FIG. 1 shows one of the possible devices that implement the pre- patched method; in FIG. 2 is a diagram explaining a method.

Устройство состоит из силовой части электропривода и системы управления. Силовая часть включает в себя якорь 1 двигателя постоянного тока,-подключенный через вентильный управляемый элемент 2 к источнику 3 питания постоянного тока, и диод 4, включенный параллельно якорю дни·» гателя встречно относительно источника питания.The device consists of a power part of the electric drive and a control system. The power part includes the armature 1 of the DC motor, connected through a valve controlled element 2 to the DC power supply 3, and a diode 4 connected in parallel with the armature of the helium for days opposite to the power source.

Система управления включает в себя датчик 5 тока якоря, подключенный к входу схемы 6 формирования импульсов выключения вентильного элемента, триггер 7 с раздельным запуском, выход которого через интегратор 8 подключен к одному из входов компаратора 9, другой вход которого через интегратор 10 соединен с источником 11 входного управляющего сигнала.Выход упомянутого компаратора подключен к входным цепям сброса интегратора 8 и 10. При этом элементы 8, 9 и 10 образуют схему 12 формирования импульсов включения вентильного элемента. Выходы схем 6 и 12 (выход компаратора 9) подключены к входам вентильного элемента 2 и к входам триггера 7, а подключен схемы 6.The control system includes an armature current sensor 5 connected to the input of the gate element switching pulse generating circuit 6, a trigger 7 with a separate start, the output of which through the integrator 8 is connected to one of the inputs of the comparator 9, the other input of which is connected to the source 11 through the integrator 10 input control signal. The output of the aforementioned comparator is connected to the input reset circuits of the integrator 8 and 10. In this case, the elements 8, 9 and 10 form a pulse generating circuit of the valve element 12. The outputs of circuits 6 and 12 (the output of comparator 9) are connected to the inputs of the valve element 2 and to the inputs of the trigger 7, and circuits 6 are connected.

Способ выход схема 12, кроме того, еще и к одному из входов иллюстрируется на примере работы электропривода, показанного на фиг. 1.The output method is circuit 12, in addition, also to one of the inputs is illustrated by the example of the operation of the electric drive shown in FIG. 1.

Работа электропривода начинается с момента выработки схемой 12 импуль- 6С са включения вентильного элемента ~ ^тЪкл (Фиг. 2д) . Этим импульсом открывается вентильный элемент 2, подключая тем самым якорь 1 двигателя к источнику 3 питания, и опроки- 65 дывается триггер 7 в положение, соответствующее подключенному состоянию якоря 1 к источнику 3 (фиг. 2а,е). При этом ток якоря двигателя под действием разности (сумки) напряжения источника 3 и ЭДС якоря 1 двигателя (и_ип — Iа) начинает нарастать (фиг. 2б) . Кроме того, импульс Т акл поступает в схему 6 формирователя импульсов Т_8МКА (фиг. 1), которая с этого момента начинает измерение нарастания тока якоря, сигнал которого поступает с датчика 5 тока (фиг. 2б).The operation of the electric drive begins from the moment the circuit 12 generates a pulse of 6 ° C to turn on the valve element ~ ^t bk (Fig. 2e). This pulse opens the valve element 2, thereby connecting the motor armature 1 to the power source 3, and the trigger 7 is given trigger 7 in the position corresponding to the connected state of the armature 1 to the source 3 (Fig. 2a, e). In this case, the current of the motor armature under the influence of the difference (bag) of the voltage of the source 3 and the EMF of the motor armature 1 (and _un - Ia) begins to increase (Fig. 2b). In addition, the pulse T acl enters the circuit 6 of the pulse _shaper T _8MKA (Fig. 1), which from this moment begins to measure the increase in the armature current, the signal of which comes from the current sensor 5 (Fig. 2b).

При увеличении тока якоря на заранее заданную величину δϊ схема 6 вырабатывает импульс выключения вентильного элемента Т_8ЫКА (фиг. 2б,в) . Этим импульсом запирается вентильный элемент 2, отключая якорь двигателя от источника питания (ток якоря при этом замыкается в шунтирующий диод 4 фиг. 2б,е) и в соответствующее состояние опрокидывается триггер 7 (фиг. 2а). Моментом формирования импульса Т вьжл определяется длительность импульса напряжения на якоре двигателя tu. (что соответствует длительности импульса выхода триггера 7 - фиг. 2а, е). На этом работа схемы формирования импульса Т _ВЫКА в данном такте заканчивается.When the armature current is increased by a predetermined value δϊ, circuit 6 generates an off pulse for the gate element T _8YKA (Fig. 2b, c). This pulse locks the valve element 2, disconnecting the motor armature from the power source (the armature current closes in the shunt diode 4 of Fig. 2b, e) and trigger 7 is tipped to the corresponding state (Fig. 2a). The moment of formation of the pulse T vzhl determines the duration of the voltage pulse at the motor armature tu. (which corresponds to the duration of the output pulse of the trigger 7 - Fig. 2A, e). This completes the operation of the pulse formation circuit T _OFF in this clock cycle.

Длительность паузы напряжения на двигателе (фиг. 2е) определяется моментом формирования схемой 12 импульса Т_ВМА (фиг. 2д) . Соотношение длительностей импульса и паузы напряжения на двигателе определяет величину среднего значения напряжения на нем, которая₍в свою очередь,тем или иным образом задается входным управляющим сигналом. В устройстве, приведенном на фиг. 1, реализуется пропорциональная зависимость между средним за период напряжением на якоре двигателя и средним за период напряжением управляющего сигнала. В этом случае момент формирования импульса включения вентильного элемента Т_8КЛ определяется следующей функциональной зависимостью:The duration of the pause voltage on the motor (Fig. 2E) is determined by the moment the circuit 12 generates a pulse T _VMA (Fig. 2e). The ratio of the duration of the pulse and the pause voltage on the motor determines the average value of the voltage on it, which ₍ in turn, is one way or another set by the input control signal. The device shown in Fig. 1 implements a proportional relationship between the average over the period of the voltage at the armature the motor and the average voltage of the control signal over the period, in this case, the moment of formation of the switching pulse of the valve element T _8KL is determined by the following functional dependence:

tu + tntu + tn

- f Kuweit “ о tu tu ί U_udt = K J Uu.nQt, n * 0 где К — коэффициент пропорциональности .- f Kuweit “о tu tu ί U _u dt = KJ Uu.nQt, n * 0 where К is the coefficient of proportionality.

Уравнение отражает, что момент формирования импульса Т_8КА (или длительность паузы) определяется моментом равенства левой и правой частей уравнения. Формирование импуль5 сов Т _вкА в приведенном на фиг. 1 устройстве осуществляется схемой 12. С помощью интегратора 8 реализуется правая часть уравнения, а интегратором 10 — левая часть уравнения. Компаратор 9 осуществляет сравнение сигналов выходов упомянутых интеграторов и в момент их равенства — формирование импульса Т вка . На фиг. 2г, д приведены эпюры напряжений схемы формирования импульсов Т_ВкЛ ^ПР^И постоянном уровне входного управляющего сигнала.The equation reflects that the moment of formation of the pulse T _8KA (or the duration of the pause) is determined by the moment of equality of the left and right sides of the equation. Pulse generation 5 ow T _bKA in FIG. 1, the device is implemented by circuit 12. Using the integrator 8, the right-hand side of the equation is implemented, and the integrator 10 implements the left-hand side of the equation. The comparator 9 compares the output signals of the above-mentioned integrators and, at the moment of their equality, the formation of the pulse Tvka. In FIG. 2d, e shows the voltage diagrams of the pulse formation circuit T _Vkl ^P R ^{And a} constant level of the input control signal.

Моментом выработки схемой 12 импульса Т _ВКА заканчивается данный такт (окончание паузы напряжения на двигатель — фиг. 2е) и начинается следующий. Этот импульс опять поступает на вентильный элемент, подключая якорь двигателя к источнику питания, поступает в схему 6 формирования импульсов Τ_βΜΚΛ , которая начинает контролировать нарастание тока, и поступает на соответствующий вход триггера 7, опрокидывая его в_ положение, соответствующее подключенному состоянию двигателя к источнику питания. Кроме того, он поступает на вход цепей сброса интеграторов, осуществляя их подготовку к следующему такту. Далее все.повторяется .The moment the circuit T 12 generates the pulse _VKA ends this cycle (the end of the voltage pause on the motor - Fig. 2e) and the next begins. This pulse again enters the valve element, connecting the motor armature to the power source, enters the pulse generation circuit 6 Τ _βΜΚΛ , which begins to control the current rise, and enters the corresponding trigger input 7, overturning it to the _ position corresponding to the connected state of the motor to the power source . In addition, it arrives at the input of the integrator reset circuits, preparing them for the next beat. Then everything is repeated.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает импульсное управление двигателем с постоянным уровнем пульсаций тока якоря независимо от параметров нагрузки, режимов работы и всех значений входного сигнала, что в итоге обеспечивает повышение КПД электропривода.Thus, the proposed method provides pulse control of the motor with a constant level of ripple current of the armature, regardless of the load parameters, operating modes and all values of the input signal, which ultimately provides an increase in the efficiency of the electric drive.

Claims

depending on the parameters of the load operating modes and all values of the input a. The goal is to achieve that the measles of the DC motor are periodically connected to the DC voltage source U and monitor the ripple value of the crust current, measure at each connection the time t for which the root current increases by the value of the given pulsation, and set the Next tense the disconnected state of the electric motor according to the dependence of V - to V and - the tension of the upstream motor; - proportionality coefficient in the general case is not constant. Fig. „1 shows one of the possible devices that implement the proposed method; in fig. 2 - diagrams explaining the method. The device consists of the power section of the electric drive and the control system. The power part includes a bark 1 of a DC motor, connected through a valve control element 2 to a source of DC power supply 3, and a diode 4 connected in parallel with the transmitter DVI counter with respect to the power supply. The control system includes a current corr sensor 5 connected to the input of the circuit 6 for generating pulses of the switching off valve element trigger 7 with separate start, the output of which through the integrator 8 is connected to one of the inputs of the comparator 9, the other input of which through the integrator 10 is connected to the source 11 of the input control signal. The output of the comparator is connected to the input circuits of the reset of the integrator 8 and 10. The elements 8, 9 and 10 form the circuit 12 for generating the impulses of the valve element. The outputs of circuits 6 and 12 (output of a coupler 9) are connected to the inputs of the valve element 2 and to the inputs of the trigger 7, and the output of the circuit 12 is also connected to one of the inputs of the circuit 6. The method is illustrated by the example of the electric drive shown in FIG. . 1. The electric drive starts from the moment when diagram 12 turns on switching on valve element 2 b (.1 (Fig. 2d). This pulse opens valve element 2, connecting caivMM motor pin 1 to power source 3, and trigger 7 is tilted corresponding to the connected state of the core 1 to the source 3 (Fig. 2a, e). At the same time, under the action of the difference (sum раз), the current of the gate shaft of the source 3 and the EMF of the core 1 of the motor {U ,, f, -) begins to increase ( Fig. 2b). In addition, the impulse T akA enters the circuit 6 of the pulse generator Tdcd (Fig. 1), which from this moment begins the measurement of the current increase in the core, the signal of which comes from the current sensor 5 (Fig. 2b). When the core current increases by a predetermined value d1, circuit 6 generates a pulse for switching off the valve element Tdukl (Fig. 2b, c). This impulse closes the valve element 2, disconnecting the engine measles from the power source (the cortex current then closes into the shunt diode 4 of Fig. 26, e) and trigger 7 is tilted to the appropriate state (Fig. 2a}. The pulse formation time Tvinl is determined by the duration the voltage pulse on the engine crust tu (which corresponds to the pulse duration of the output of the trigger 7 is shown in Fig. 2a, e). At this, the operation of the pulse shaping circuit T REMOVAL to this cycle ends. The duration of the pause tn voltage on the motor (Fig. 2e) is determined By forming a circuit TxAA (Fig. 2d) by circuit 12. The ratio of the pulse duration and the voltage pause on the motor determines the value of the average value of the voltage across it, which in turn is determined in one way or another by the control input signal. in Fig. 1, the relationship between the average for the period of voltage on the engine cortex and the average for the period of the control signal voltage is proportional. In this case, the moment of formation of the impulse of switching on the valve element is determined by the following functional dependence: .if V rtliru bii l - - € l-tu P o J j Uu.ndt, de K - proportionality coefficient The equation reflects that the pulse wrenching time (or the length of the pause) is determined by the momentum of the equality of the left and right sides of the equation. The formation of pulses in, (l in the device shown in Fig. 1 is carried out by the circuit 12. With the help of the integrator 8, the right part of the equation is realized, and the integrator 10 is the left part of the equation. The comparator 9 compares the output signals of the above-mentioned integrators and at the time Equality - T pulse formation. In Fig. 2d, d the voltage plots of the pulse shaping circuit T On P are given a constant level of the input control signal. The output time of the Tc pulse circuit 12, this cycle ends (the end of the pause voltage Fig. 2e) and the next one begins. This impulse is again supplied to the valve element, connecting the engine to the power source, enters the pulse shaping circuit 6 (g, which starts to control the buildup of current, and goes to the corresponding trigger input 7, tilting it to the position corresponding to the engine closest to the power source.In addition, it arrives at the input of integrator reset circuits, preparing them for the next cycle. Then everything is repeated. Thus, the proposed method provides a pulse control of the motor with a constant level of core current ripple regardless of the load parameters, operating modes and all values of the input signal, which ultimately increases the efficiency of the electric drive. The invention The method of pulsed control of the frequency of rotation of a direct current motor, according to which the electric motor is periodically connected to a source of direct voltage and and the value of a pulsating current is monitored, characterized in that, for the purpose of efficiency, the time t is measured with each connection for which the current of the core increases by the value of the given pulsation, and the time tj of each subsequent disconnected state of the electric motor is established according to the dependence of and KUu. B, i. 1- I where Uy is the control signal voltage; K is the proportionality coefficient, generally non-fixed. Sources of information taken into account in the examination., 1. Golts ME et al. Automated DC Drives with Ishrotal-Pulsed Converters. M., Energie, 1972.

2. TA Glazenko, A.N. Piskarev, V.A. Sinitsyn and V.S.Tomasov. Thyristor pulse-width converters in modern electric drives of direct current. On Sat Brief abstracts of reports to the All-Union Scientific and Technical Conference. Automatic control of electric drives and electromechanical systems, 1974 (prototype).

Out 7

t