Устройство для определения направления вращения вентильного электродвигателя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 2 Р 6/ НИ ЕТЕЛЬСТВ ВТОРСНОМУ ци со ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБ(53) 621.313.29283(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР В 692013, кл, Н 02 К 29/02, 1975.Разработка системы электропривода для органов управления подвижного объекта, Отчет МЭИ, Р гос. регистрации 13966, ч. 1, 1981, с, 98-100. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может найти применение для получения информации о направлении вращения вентильного электродвигателя и защиты его от неправильного направления вращения. Целью изобретения является повышение точности путем устранения неоднозначности выкодной характеристики, При вращении вентильного электродвигателя, имеющего число пар полюсов р, с ш-канальногодатчика 1 положения индуктора, обеспечивающего п тактов коммутации наугле 2"/р, сигналы поступают на входы функционального преобразователя 3с 2-выходными каналами, где 13,выполненного с возможностью формирования в каждом выходном канале сигналов длительностью 2/рп на периодеповторяемости 2 7/рп с фазовым сдвигом 21/рп. Устройство содержит 1 двухвходовых элементов 6 памяти, Первый и второй входы х-го элемента памяти подключены к -му и (.+1)-мувыходным каналам функциональногопреобразователя 3 соответственно,образуя по укаэанным подключениямкольцевую схему. Выходы элементов памяти 6 связаны с входами логическогосумматора 2. Датчик 1 положения индуктора выполнен с возможностью формирования выходных сигналов, коэффиент заполнения которык подчиняетсяотношению К/2 ш, где 3Кшнечетное число. 9 ил,1252901 Составитель В.Ката Техред Л.Сердюкова Корр р Л.Пилипен Редактор П.Кос Заказ 5151 Тираж 631 НИИПИ Государственного комитета ССС по делам изсбретений и открьггий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., Подписно 4/5 роектная, 4 Роизводствен играфическое предприятие, г.ужгоро1 12Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам, и может быть использовано для получения информации о направлении вращения вентильного электродвигателя, например, в устройствах экстренного останова и т.д а гакже для защиты электродвигателей от неправильного направления вращения,Целью изобретения является повышение точности путем устранения неоднозначности выходной характеристики.На Фиг, 1 изображена блок-схема устройства для определения направления вращения вентильного электродвигателя; на фиг, 2 - функциональная схема устройства для определения направления вращения вентильного электродвигателя с трехканальным датчиком положения индуктора; на Фиг, 3 Функциональная схема устройства для определения направления вращения вентильного электродвигателя с шести- канальным датчиком положения индуктора; на Фиг. 4 - функциональный преобразователь при трехканальном датчике положения индуктора; на Фиг, 5 - элемент памяти; на фиг. 6 - диаграммы напряжений в узлах функциональной схемы на фиг. 2; на фиг. 7 диаграммы напряжений в узлах функциональной схемы на фиг. 3; на фиг 8- и 9 - диаграммы выходных сигналов пятиканальных датчиков положения индуктора, формирующих сигналы с коэфФициентами заполнения соответственно 0,3 и 0,4.Устройство для определения направления вращения вентильного электродвигателя (Фиг1) с числом пар полюсов р и ш-канальным датчиком 1 положения индуктора, обеспечивающим п тактов коммутации на угле 2/р, содержит логический сумматор 2, группу из 1 двухвходовых элементов памяти, выходы которых подключены к входам логического сумматора 2, функциональный преобразователь 3 с 2 выходными каналами, где 13, выполнен. ный с возможностью Формирования в каждом выходном канале сигналов длительностью 2 и/рп, на периоде повторяемости 2 и 2/рп, с фазовым сдвигом 2 и/рп. Функ иональный преобразователь 3 подключен входами к выходу ш-канального датчика 1 положения индуктора, первый 4 и второй 5 входы-му 7 и (+1)-му 8 выходам функционального преобразователя 3 соответственно, образуя по указанным подключениям кольцевую схему.На фиг. 2 показано устройство для определения направления вращения вентильного электродвигателя с числом пар полюсов р = 1 и трехканальным датчиком положения индуктора, формирующим сигналы, с коэффициентом заполнения 0,5 (К/2 ш = 3/23 = 0,5), где 3К с ш - нечетное число.В данном конкретном случае функциональный преобразователь 3 выпол-. нен с тремя выходными каналами (Х =3), формирует в каждом выходноми канале сигналы длительностью - х32 и 27х ( - = в -), на периоде повторяеРп 162 1 2 и3мости и ( = в в ), с фазовым сдвирп 16и 2 Я 2гом - ( - = ). Преобразователь 33 рп 16состоит из дешифратора 9 двоичного трехразрядного кода в позиционный восьмиразрядный код, три входа 10- 12 которого служат входами функционального преобразователя 3 и трех двухвходовых логических схем 13-15 ИЛИ-НЕ, выходы 16-18 которых, соответственно являются выходами преобраУзователя, первые входы 19-21 логических схем 13-15,ИЛИ-НЕ подключены соответственно к выходам 22-24 дешифратора 9, а вторые входы 25-27 - соответственно к выходам 28-30 дешифратора 9, на которых формируются сигналы, следующие по направлению вращения за сигналами с выходов 22-24 дешифратора 9 со сдвигом относительно последних на угол и .Элемент 6 памяти содержит дифференцирующую цечь 31, вход которойявляется первым (информационным)входом 4 элемента 6 памяти, логическую схему 32 И с прямым и инвертирующим входами, выход которой соединен с входом установка единицынКЯ-триггера 33, выход которого является выходом 34 элемента памяти 6,а вход "Установка нуля", объединен,ный с инвертирующим входом логической схемы 32 И, служит вторым (разрешающим) входом 5 элемента 6 памяти.Прямой вход логической схемы 32 Исоединен с выходом дифференцирующейцепи 31,12529лей 3, использующих данный принциппостроения, показаны на фиг. 2 и 3.Для трехканального датчика 1 положения индуктора Функциональньп".преобразователь 3 с теми же параметрами, что и преобразователь 3(фиг, 2), может быть реализован вболее простом виде, например, на базе трех двухвходовых логических схем77-79 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (фиг. 4), пер 10вые входы 80-82 и выходы 83-85 которых служат первыми входами преобразователя 3 и его выходами, соответственно, а вторые входы 86-88 логи"ческих схем 77-79 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИявляются вторьки входами преобразователя 3,Отношение и/2 для преобразователя3 желательно выбирать максимальновозможным, так как в этом случае 20количество 2 элементов б памяти будетминимальным. Так, например, если датчик 1 положения индуктора обеспечивает12 тактов коммутации на угле Ю,желательно иметь коэффициент умножения равный четырем, а не трем.Каждый х-й элемент 6 памяти на.основании информации, поступающейна его первый (информационный) 4 ивторой (разрешающий) 5 входы, в начале соответствующего такта. коммутации Фиксирует истинное направление вращения вентильного электродвигателя и сохраняет полученную информацию на своем володе на протяжениивсего межкоммутационного интервала.Элемент 6 памяти может быть выполненв различных вариантах, например,его можно выполнить на основе Этриггера 89 (Фиг. 5), выход которого щослужит выходом элемента памяти 6,а "тактируемый" вход соединен сэлементом 90 временной задержки,выход которого является первым входом 4 элемента 6 памяти, вторым входом " которого служит вход "Установка нуля" КБ-триггера 89, на информационный вход которого подается постоянный сигнал логической единицы,Элемент 90 временной задержки можетсостоять, например, из двух последовательно соединенных логических схемНЕ или одной схемы "Повторитель".Элементы 6 памяти могут Фиксировать направление вращения в конце очередного такта коммутации, а затем сохраняя информацию на своем выходе до окончания последующего такта. 01 ЬПри этом элемент 6 памяти в случае,если на выходе преобразователя 3Формированы сигналы, коэффициентзаполнения которых не более 0,5, может бьгть выполнен аналогично представленному на фиг. 2, с той лищьразницей, что дифференцирующая цепь31 заменена Формирователем короткихимпульсов по заднему фронту, например, одновибратором,Логический сумматор 2 формируетна своем выходе с точностью, определяемой разрешающей способностью датчика 1 положения индуктора, непрерывную информацию о направлении вращения вентильного электродвигателяна основе логического суммированиясигналов с выходов У элементов паю"ти 6, поступающих на его 2-входы.Логический сумматор 2 может бытьвыполнен в различных вариантах, например, он может содержать У-входовую логическую схему ИЛИ, входы ивыход которой служат соответственновходами и выходами логического сумматора 2,1Работу устройства для определениянаправления вращения вентильногоэлектродвигателя с числом пар полюсов р = 1 и трехканальным датчикомположения индуктора, формирующимсигналы с коэффициентом заполненияК= 0,5, поясняют диаграммы напряжейий (фиг. 5), позиции которых соответствуют позициям узлов устройства (Фиг. 2).Предположим, что вентильный электродвигатель вращается влево, Датчикположения индуктора в этом случаевырабатывает на своих выходах временные последовательности импульсовлительностьюсмещенные по кольцевой схеме друг относительно друга на угол 27/3 по направлению вращения. В соответствиис комбинацией сигналов Пю, Би, Пина выходе датчика 1 положения индуктора преобразователь 3 информируетна выходе 16-18 временные последовательности импульсов отрицательнойполярности П ,. П , 08 длительностью Т(/3 на периоде повторяемости Тс фазовым сдвигом /3. Так, например,в моменты времени с, с появлениесигнала логической "1" соответственно на выходах 22 н 28 дещифратора9 приводит к появлению сигнала логический "0" на выходе 16 логической252901 8сумматора 2 высокого выходного потенциала соответствует направлениювращения вентильного электродвигателя вправо (интервал времени с - С ),При очередном изменении направления вращения (момент времени С )импульсы потенциала логическая "1-снова исчезнут на выходах 36-38 элементов 6 памяти при первой смене инО Формации в каналах 10-12 датчика 1положения индуктора (момент времени г., ).Изменение выходного сигнала устройства для определения направления5 враЩения вентильного электродвигателя происходит с угловыми погрешностями 3, и 3 относительно истинногоположения индуктора при смене направления вращения, Однако каждая из20 них не будет превышать погрешностиц,ц определяемой разрешающей способностью датчика 1 положения индуктора, выполненного в данном. случаеб,: 7(3,25 Устройство для определения направления вращения вентильного электродвигателя с числомпар полюсов р = 1и шестиканальным датчиком положения,индуктора, формирующим сигналы сЗ 0 коэффициентом заполнения К= 0,25,работает аналогично, На выходе преобразователя 3 с отношением пЛ = 4на основании анализа комбинаций сигналов с выходов шестиканального датчика 1 положения индуктора формируются временые последовательности сигналов Нуове Нр, 13 (фиг7) дли 27тельностью .2 о = 2 2 Фп = - смемин 340 щенные по кольцевой схеме друг относхемы 13 ИЛИ-НЕ. Аналогично переключаются и остальные логические схемы 14 и 15 ИЛИ-НЕ (моменты времени с С, С и С). Таким образом, на выходах преобразователя формируется временная последовательность импульсов Нш7 и Б порядок следования которых однозначно определяет направление вращения вентильного электродвигателя в начале такта коммутации, При данном порядке следования сигналов Б 6, Б и, Б 8 (интервал времени с, - с 7) на выходе элементов 6 памя" ти сигнал логическая "1" не формируется. Вследствие того, что в момент появления сигнала логической "1", например Б,6, на первом (информационном) входе 4 элемента 6 памяти (моменты времени с 2 и с) на втором (разрешающем) входе 5, а следовательно, и на доминирующем входе Установка нуля" КБ-триггера 33 присутствует сигнал Пп логическая "1", запрещающий прохождение сигнала, сформированного дифференцирующей цепью 31, на вход "Установка единицы" КБ-триггера 33. Поэтому данному направлению вращения соответствует низкий выходной потенциал Н сумматора 2.При изменении направления вращения вентильного электродвигателя на противоположное (момент времени С) изменяется порядок следования импульсов в каналах датчика 1 положения индуктора, а следовательно, и на выходах 22-30 дешифратора 9, и на выходах 16-18 логических схем 13-15 ИЛИНЕ. В момент времени Св происходит первая после изменения направления вращения смена информации в каналах датчика 1 положения индуктора. При этом появление сигнала логическая "1" на первом (информационном) входе 4 одного из элемечтов памяти, в данном случае сигнала Бг на выходе. 45 17, происходит при наличии сигнала логический "0" на втором (разрешающем) входе 5 (сигнал Цв ), поэтому единичный импульс, сформированный на выходе дифференцирующей цепи 31 и приводит к появлению логической "1" на выходе КЯ-триггера, а следовательно, и на выходе 39 логического сумматора 2. Аналогично переключаются и остальные элементы 6 памяти. Появление сигналов логическая "1" П, 0 и Н на выходах 36-38 элементов 6 памяти, а на выходе 39 логического сительно друга на угол 27/прли2 Ч/12 1 = - с периодом повторяе 21 2 Р 3 Ямостипр 1 12 2При этом порядок следования импульсов с выходов 50-52 преобразователя 3 однозначно определяет направление вращения вентильного электродвигателя.Изобретение не претерпевает каких-либо изменений при выполнении датчика 1 положения индуктора с любым количеством каналов, Для нормального Функционирования устройства необходимо только соблюдение сформулированного условия, касающегося Формирования выходных сигналов, коэффици1252901 10 формула изобретения ент заполнения которых подчиняется соотношению КК/2 ш, где 3 й Кс ш - нечетное число (фиг. 8, где ш=5, К=З, Кд =03).В случае, когда коэффициент заполнения выходных сигналов датчика 1 положения индуктора не подчиняется, предлагаемому соотношению, например К= 0,4 при ш = 5, К = 4 (фиг. 9), .информация на выходе датчика 1 изме няется через угол 2 Я/шр, т.е. аналогично случаю, когда коэффициент заполнения выбирается из условия нормального Функционирования ключей преобразователя частоты. При этом 5 невозможно сформировать на выходе преобразователя 3 последовательность сигналов на периоде повторяемости, равном половине периода следования выходных сигналов пятиканального датчика 1 2027 5 положения индуктора 271/пр10 1и , преобразователь 3 функционирует в этом случае как повторитель,Повышение точности определения 25 направления вращения вентильного электродвигателя достигается путем устранения неоднозначности выходной характеристики и позволяет довести указанную. точность до разрешающей ЗО способности используемого датчика положения индуктора. При этом, в сравнении с известными техническими решениями, решающими ту же техническую значу, изобретение проще, требу-З ет меньших схемо-технических. затрат, что следует иэ сравнения их принципиальных схем. Устройство для определения направления вращения вентильного электродвигателя с числом пар полюсов р и ш-канальным датчиком положения индуктора, обеспечивающем и тактов коммутации на угле 2 н/р, содержащее логический сумматор и группу из Х двухвходовых элементов памяти, выходы которых подключены к входам логического сумматора, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности путем устранения неоднозначности выходной характеристики, оно дополнительно снабжено функциональным преобразователем с 2-выходными каналами, где У3, выполненным с возможностью Формирования в каждом выходном канале сигналов длительностью 27 2 Ина периоде повторяемости -- с рп рп2фазовым сдвигом в , указанный функрпциональный преобразователь подключен входами к выходу щ-канального датчика положения индуктора, первый и второй входы -го элемента памяти подключены к -му и (. + 1)-му выходным каналам Функционального преобразователя соответственно, образуя по указанным подключениям кольцевую схему, а датчик положения индуктора выполнен с возможностью формирования выходных сигналов, коэффициент заполнения которых подчиняется соотношению К/2 щ, где 3 ( К с щ - нечетное число.