Устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя постоянного тока

Союз Советских Соцнапнстнческм Республикс присоединением заявки Ио Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий(53) УДК 6 21. 316 . . 718,5 (088,8) Дата опубликования описания 300580 М(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ СКОРОСТИВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГОТОКА 1.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в иэделиях точной механики машиностротельной, радио- и электротехнической промышленности для стабилизации скорости- вращения электродвигателя постоянного тока.Известны устройства для стабилизации скорости вращения, содержащие генератор опорной частоты, датчик сигнала с частотой, пропорциональной скорости вращения, частотно-фазовый дискриминатор, работа которых основана на синхронизации числа оборотов двигателя путем сравнения частот сиг налов опорного генератора и датчика скорости и питания двигателя в зави" симости от фазорассогласования указан-. ных сигналов 1), Однако указанные устройства имеют сложную схему и об ладают пониженной устойчивостью, вызванной возможностью срывов синхронного режима работы в условиях изменяющейся нагрузки двигателя,Кроме того, укаэанные устройства 25 обладают неудовлетворительной точностью регулирования мгновенной скорости,:,понижающейся с уменьшением регулируемых скоростей, вследствие чего они не могут быть использованы 30 во мйогих изделиях "точной механикис высокими требованиями, предъявляемыми к точности работы системы стабилизации скорости двигателя,Известно такжеустройство для стабилизации скорости электродвигателя постоянного тока, содержащееимпульсный тахогенератор, элементсравнения, триггер, преобразовательпериода импульса в аналоговое напряжение, источник опорного напряжения,элементы И, НЕ 2,Работа указанного устройства основана на синхронизации числа оборо-,тов двигателя путем сравнения величины периода сигнала импульсноготахогенератора, преобразованного ваналоговое напряжение, с опорнымнапряжением,Данное устройство обладает. пониженной точностью из-за ошибок в преобразбвании"сйгнала"ъ=айалоговое йапря-"жение,Введение в данное устройство канала управления по фазе. 3), содержащего элемент И, два триггера, элемент задержки, электромагнитное реле,генератор опорной частоты, фазовыйдетектор, элемент суммирования аналогового сигнала, делает указанное738081 40 50 65 3УСтройство громоздкими ограничивает область его применения.Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для стабилизации скорости вра- щения электродвигателя постоянноготока, содержащее генератор, подключенный к счетному входу счетчйка импульсов, датчик скорости, механически связанный с электродвигателем, подключенный к источнику питайия через ключвой элемент. Выход датчика ско"рости через формирователь подключен кб входу сброса счетчика, выход которого подключен к органу сравнения, выполненному на двух элементах И и двух триггерах, у которых 15 первый вход первого триггера соединен с датчиком скорости, второй вход - с выходом счетчика, первый выход - с вторым входом первого элемента И, а второй выход - с первым входом вто рого элемента И и с запускающим входом генератора. Первый вход первогоэлемента И и второй вход второгоэлемента И подключены к датчику скорости, выходы элементов И подкюйочены 2 ко входам .второго триггера, подключенного совместно с первым выходом первого триггера к элементу ИЛИ, вы. ход которого подключен к ключевому элементу в цепи управления двигателем 43 .30Устройство обеспечивает подключение двигателя к источнику питания в том случае, если период Т следования сигналов датчика числа оборотов больше эталонного интервала времени Те , и отключение питания в том случае, когда период следования сигналов датчика меньше эталонного интервала времени, Эталонный ийтервал времени задается частотой колебаний задающего генератора и числом, наб ранным на двоичном счетчике переключателем или иный устройством, позволяющим формировать эталонный ин" тервал времени, а отсчет интервала начинается каждый раз с приходом сигнала датчика числа оборотов, Такимобразом, устройство ббладает пониженной точностью стабилизации скорости в условиях изменения механического момента нагрузки, напряжение питания, двигателя и температуры окружающей среды. Точность работы такОго устройства понижается с уменьшением величины стабилиэируемой скорости, ограничивая тем самым диапазон Регулирования скоростей .лЦелью данного изобретения является повышение точности стабилизации скорости вращения и расширение диапазона регулирования скорости.Укаэанная цель обеспечивается тем,что в блок сравнения введены датчикколичественного соотношения двух сйгйалов, генератор импульса фиксированной длительности и широтно-импульсный модулятор, причем выходпервого элемента И подключен к запускающему входу генератора импульсафиксированной длительности и к первому входу датчика количественногосоотношения двух сигналов, второйвход которого соединен с выходомвторого элемента И, а выход указанного датчика - к управляющему входуширотно-импульсного модулятора, выходкоторого и выход генератора импульсафиксированной длительности подключены к входам элемента ИЛИ. Кроме того, в устройство можетбыть введен дополнительный генератор импульса фиксированной длительности, запускающий вход которогоподключен к выходу второго элементаИ, а выход к дополнительному входуключевого элемента.Сущность изобретения поясняетсячертежом,на кбтором представленаблок-схема устройства для стабилизации скорости вращения электродвигателя постоянного тока, Устройствосодержит задающий генератор 1, выходкбторого соединен со счетным входомразрядного двоичного счетчика 2, датчик скорости 3, подключенный ковходу формирователя 4, выход которого подключен к первому входу триггера 5, к первым входам элементов И6,7 и ко входу сброса счетчика 2. Выходы счетчика соединены с переключателем 8, общая цепь которого подключена ко второму входу триггера 5.Первый выход триггера 5 подключенко второму входу элемента И б и к первому входу элемента ИЛИ 9, а второйвыход - ко второму входу, элементаИ 7 и к запускающему входу генератора 1,Выход элемента И б соединен с запускающим входом генератора 10 импульса фиксированной длительности и спервым входом датчика 11 количественного соотношения двух сигналов второй вход которого подключен к выходу.элемента И 7, а выход - к управляющему входу широтно-импульсного модулятора 12, подключенного совместнос выходом генератора 10 импульса фиксированной длительности ко второмуи третьему входам соответственно элемента ИЛИ, Выход элемента ИЛИ 9 соединен со вторым входом ключевогоэлемента 13, первый вход которого подключен к источнику 14 питания двигателя 15, а выход соединен с обмоткамидвигателя 15, Вал двигателя связан сдатчиком скорости 3,В устройство дополнительно можетбйть введен второй генератор 16импульса фикеированной длительности,запускающий вход которого подключаютк выходу второго элемента И 7, а выход - к дополнительному входу ключевого элемента 13.Устройство работает следующим образом.При включении питания устройства триггер 5 устанавливается в случайное положение, что обуславливает двавозможных варианта пуска двигателя;,первый вариант соответствует, установке триггера 5 в состояние, при котором с его первого выхода на. элемент ИЛИ 9 подается сигнал, Этот сигналчерез элемент ИЛИ поступает на ключевой элемент 13, открывает его и подает питание на двигатель 15; второй вариант соответствует установке триггЕра 5 в положение, при котором на его первом выходе сигнал отсутствует. В этом случае на втором, инверсном выходе триггера есть сигнал, который включает задающий генератор 1, Задающий генератор вырабатывает импульсы, которые накапливаются счетчиком 2, После накопления счетчиком числа, заданногопереключателем 8, с переключателя подается сигнал натриггер 5 и переключает его в состояние, при котором с него подаетсясигнал на схему ИЛИ 9, открывающуюключевой элемент 13, которЫй подаетпитание на двигатель.В дальнейшем регулирование скорости двигателя происходит следующим образом. Сигнал с датчика 3 скорости, должным образом отработанный формирователем 4, подается на элементы И б и 7 и открывает тот из них,на который подается сигнал с триггера 5. Положение триггера 5 определяетая соотношением величины периода датчика 3 скорости и эталонного интервала времени, выработанного задающим генератором 1 и счетчиком 2, то есть определяется тем, что подан на него сигнал со счетчика 2 через переключатель 8 (заданное число на счетчик набралось раньше прихода сигнала с Формирователя) или триггер остался в положении, приведенном предыдущим импульсом (период импульса с формирователя меньше времени набора числа на счетчике), В первом случае импульс появляется на выходе элемента И б, во втором случае - на выходе второго элемента И 7.С приходом сигнала с Формирователя одновременно с описанным сбрасывается в нулевое положение счетчик2 для подготовки его к счету в следующем периоде, после чего триггер 5 переключается в положение, при котором выдается сигнал на задающий генератор, импульсы которого накапливаются счетчиком. С приходом следующего импульса датчика скорости описанный процесс повторяется,7:аким образом, на выходах элементов И при работе устройства выделяются сигналы, количественное соотношение которых, измеренное за промежутоквремени д 1, характеризует величину среднего периода сигнала датчикаскорости в этом промежутке времени.С элементов И б и 7 импульсы поступают на входы датчика 11 количественного соотношения двух сигналов.Так как выходные сигналы элементов И Формируются дискретно с периодом, близким к эталонному интервалувремени Т , то для более точногоизмерения их соотношения необходимо,чтобы выполнялось условие д ФТто есть датчик количественного соотношения должен быть, инерционным устройством, В качестве такого датчикамогут быть использованы интегратор,реверсивный счетчик, последовательносоединенные триггер с раздельнымзапускоми фильтр нижних частот,или любые другие инерционные устройства, позволяющие отслеживать количественное сдотношение двух сигна 2 О лов,Выходной сигнал датчика количественного соотношения двух сигналовуправляет работой широтно-импульсно-"го модулятора 12, формирующего мор 5 дулированные по длительности импуль- сы, которые поступают через элемент ИЛИ 9 на ключевой элемент 13,вырабатывающий соответствующие импульсы тока в обмотках двигателя 15,Частота следования импульсов токадвигателя независима от скорости вращения и может быть выбрана достаточно высокой для получения необходи,мой точности регулирования скорости.,Сигнал синхронизации широтно-импульсного модулятора необходимой частотыможет быть получен введением в его,состав специального генератора илиот задающего генератора 1, исполь.)зуемого для получения эталонного ин 4 О тервала времени,В случае, .если датчик количественндго соотношения двух сигналов вы;полнен в виде интегрирующего звенас запоминанием результата интегрирования между импульсами, его выходнойсигнал управляет широтно-импульсным,модулятором, который, в свою очередь,- двигателем таким образом, что количественное соотношение сигналов сэлементов И остается неизменным при. всех условиях работы, В этом случаесистема стабилизации скорости является астатической,ошибки регулирования в такой системе минимальны,55 В случае выполнения датчика количественного соотношения двух сигналов на последовательно соединенныхтриггере и фильтре нижних частот счастотой сРеза 1(/Т, его выход",ной сигнал будет пропорционаленколичественному соотношению сигналовна входах датчика. Любое воздействие внешних возмущающих факторов (нагрузки, напряжения питания двигателя, температуры окружающей среды)65 система стабилизации также отрабатывает, но количественное соотношениесигналов на входе датчика непостоянно; то есть при работе такой системы присутствует погрешность, вели чина которой зависит от диапазонаизменения внешних факторов и коэффициентов передачи отдельных звеньев,Выбором соответствующих значений коэффициентов передачи датчика количественного соотношения двух сигналов иширотно-импульсного модулятора можноограничить величину погрешности заданным значением во всем диапазонеизменений внешних возмущающих факто"ров,В тех случаях, когда период сигнала датчика скорости больше эталонного 15интервала времени, в момент окончания эталонного интервала переключается триггер 5 и с его первого выходана элемент ИЛИ 9 поступает сигнал.Этот сигнал проходит на ключевой 2 Оэлемент 13, открывает его и тем самым определяет начало дополнительного импульса тока питания двигателя, В момент поступления сигнала сдатчика скорости на выходе первогоэлемента И формируется импульс, запускающий генерато 1 10 импульса фиксированной длительности, сигнал свыхода которого поступая через элемент ИЛИ 9 на. ключевом элементе 13,продолжает держать его в открытом-состоянии до окончания импульса. Допблнительный импульс тока питаниядвигателя необходим для исключения возбуждения системы стабилизациискорости, имеющего место в системахавтоматического регулирования, содержащих инерционные звенья, а такжедля сохранения быстродействия. Минимальная длительность импульса определяется из соображений получения необходимого запаса устойчивости сис-темы стабилизации скорости, а мак симальная длительность ограниченавеличиной допустимых ошибок регулирования скорости.Введение дополнительного генератора импульса Фиксированной длительности необходимо для улучшения дийамичес-,ких характеристик устройства прирезких спадах нагрузки двигателя.Дляэтого во время между импульсами свыхода дополнительного генератора 16импульса Фиксированной длительностина ключевой элемент 13 подается разрешающий потенциал. Состояние ключевого элемента определяется в этомслучаф сигналом на его втором входе,В тех случаях, когда период сигналадатчика скорости меньше эталонногоинтервала времени, с выхода второгоэлемента И 7 на вход дополнительного 60генератора 16 подается сигнал, генератор 16 запускается и Формирует импульс заданной длительности, которыйзакрывает ключевой элемент 13 и обесточивает двигатель, Длительность генерируемого импульса выбирается изусловия исключения случаев увеличения скорости двигателя в момент резкого умейьшения его нагрузки.Генератор импульса фиксированнойдлительности может быть выполнен ввиде любого устройства, поэволяющего формировать импульс заданнойдлительности,Использование изобретения позволит значительно повысить точностьстабилизации скорости вращения вшироком диапазоне изменений температуры окружающей среды, механическогомомента нагрузки и напряжения питания двигателя, В несколько раз уменьшается нижняя граница диапазонарегулирования скоростей, что расширяет область применения устройства,Формула изобретения1. Устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя постоянного тока, подключенного к источнику питания через ключевой элемент, содержащее задающий генератор, выход которого подключен к счетному входу счетчика, датчик скорости, механически связанный с электродвигателем, выходом соединенный через Формирователь с первыми входами двух элементов И и триггера, образующих блок сравнения, и ко входу сброса счетчика, выход которого через переключатель подключен ко второму входу триггера, первый выход триггера подключен ко второму входу первого элемента И и череэ элемент ИЛИ - к ключевому элементу, второй выход триггера подключен ко второму входу второго элемента И и к запускающему входу генератора, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью поведения точности стабилизации скорости вращения и расширения диапазона регулирования, в блок сравнения введеныдатчик количественного соотношения двух сигнаЛов, генератор импульса Фиксированной длительности и широтно- импульсныймодулятор, причем выход первого элемента И подключен к запускающему входу генератора импульса фиксированной длительности и к первому входу датчика количественного соотношения двух сигналов, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход указанного датчика соединен с управляющим входом широтно-импульсного модулятора, выход которого и выход генератора импульса фиксированной длительности подключен к входам элемента ИЛИ.2, Атройство по п.1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что в орган сравнения введен дополнительный генератор импульса фиксированной длительности; запускающий вход которого подключен к выходу второго элемента10 оставитель А.Головченкоехред М,Кузьма ректор М.Юароши Лев ят Редакто одписноеЗаказ 2825/34 Тираж 783 ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж, Раушскаянаб д, 4жгород, ул. Проектна Пате ал П И, а выход - к дополнительному входуключевого элемента,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР9399989, кл. Н 02 Р 5/16, 19742Авторское свидетельство СССР 9379029, кл . Н 02 Р 5/Об, 1973,3. Авторское свидетельство СССР Р 521643, кл. Н 02 Р 5/Об, 1976,4Авторское свидетельство СССР Р 363185, кл. Н 02 Р 5/Об, 1974