Устройство для управления вентильнымэлектродвигателем

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВ ВТЕЛЬСТВУ Сей Советских Сфцналнстнчасних Республик(22) Заявлено 17.08,79 (21) 2813017/24-07 РОМ, кл,з с присоединением заявки Йо(23) Приоритет Н 02 К 29/02Н 02 Р 7/14 Государственный комитет СССР яо дедам изобретений н открытнйОпубликовано 309631. Бюллетень Йе 24 Дата опубликования описания 30,06.81(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕИ(импульскоторогоходу часра. ынато В указанных электроприводах бесконтактный двигатель работает как коллекторная машина постоянного тока, в которой функции коллекторного узла выполняют полупроводниковый коммутатор и датчик положения ротора. Задача повышения точности стабилизации скорости решается реализацией . дискретно-фазового способа, основанного на сравнении фаз напряжений задающего генератора и датчика частоты вращения (тахогенератора) в частотнофаэовом дискриминаторе, причем приход импульса генератора включает питание двигателя с помощью реле и коммутатора, а импульсы датчика частоты вращения обесточивают двигатель доприхода очередного импульса задающего генератора, При этом ширина импульса включения питания двигателя пропорциональна углу рассогласования импульсов управления с генератора и импульсов с датчика частоты ,вращения, т.е. величине нагрузки на валу двигателя Г 11Изобретение относится к электротехнике, а именно к прецизионному автоматизированному электроприводу с вентильными электродвигателями (ВД) и может быть использовано в системах автоматики и вычислительной техники, а также в станкостроении, в системах с программным управлением.В настоящее время преимущественно распространение получают дискретные системы стабилизации и регулирования частоты вращения бесконтактных двигателей постоянного тока, которые по сравнению с системами аналогового типа обеспечивают точность 1 на один-два порядка выше (до 0,01).Известны дискретные системы стабилизации и регулирования частоты вращения бесконтактных двигателей постоянного тока, содержащие пос ледовательно соединенные задающий генератор, дискретно-фазовый регулятор (частотно-фаэовый дискриминатор), полупроводниковое реле и полупроводниковый коммутатор, соединенный с источником питания и обмотками двигателя, на валу которого установлены датчик положения ротора, связанный со вторым входом полупроводникового реле, и датчик частоты вращения 30 2й тахогенератор), выодключен ко второмутно-фазового дискрими35 Однако в случае необходимости иэ. менения частоты вращения при работе известного устройства пусковые свойства двигателя при скачкообразном увеличении частоты управления задающего генератора хуже, чем в режиме самокоммутации, так как включение питания обмоток двигателя происходитне по сигналу датчика положения ротора, а при появлении очередного импульса с задающего генератора, что приводит к увеличению времени переходных процессов. При скачкообразном уменьшении частоты управления или момента нагрузки импульсы датчика частоты вращения опережают импульсы управления, обмотки двигателя 15 обесточены, и тем самым осуществляется пассивное торможение двигателя свободным выбегом ротора.При действии на валу двигателя момента нагрузки, сохраняющего .20 свое направление при изменении направления вращения (активный момент типа "шкив с грузом" ) ротор в паузах между включениями статорных обмоток под действием момента нагрузки начинает ускоряться, при этом сигналы датчика частоты вращения опережают сиГналы задающего генератора, обмотки статора обесточены и, следовательно, регулирование частоты вращения двигателя не происходитКроме того, наличие дополнительного таходатчика частоты вращения увеличивает габариты и вес устройства и усложняет его наладку.Этот недостаток отсутствует в следующем известном устройстве для управления ВД.Наиболее близкое к предлагаемому устройство содержит генератор опорной частоты (цифровой задатчик час тоты вращения), многоканальный кольцевой коммутатор, датчики положения ротора, формирователи, силовые ключи электронного коммутатора, элементы И, образующие узел запрета, эле менты И-НЕ и триггеры по числу каналов устройства. В каждом канале выход датчика положения ротора соединен со входом формирователя, входом элемента И-НЕ и входом элемента И, выход которого соединен со входом силового ключа, подключенного выходом к обмотке двигателя, и другим входом элемента И-НЕ, подключенного выходом к запрещающим входам триггер(р других каналов. триггер каждо го канала соединен разрешающим входом с соответствующим выходом кольцевого коммутатора, запрещающим входом - с выходом формирователя, а выходом - с другим входом элемента И соответствующего канала.Введение в каждый канал устройства триггера и элемента И-НЕ, а также организация соответствующих схемных связей позволили значительно умень шить длительность переходных процессов. Изменяя частоту управления, поступающую с генератора опорной частоты, можно осуществлять регулирование частоты вращения 23 .Недостатками известного устрой" ства являются узкая область примене.ния из-за низкой точности стабилизации за счет свободного выбега ротора при торможении и при наличии активного момента на валу, а также невозможности регулирования частоты вращения двигателя при нагрузке такого типа.Цель изобретения - устранение указанных недостатков, т.е. расширение области применения за счет.повышения точности стабилизации и обеспечения возможности регулирования частоты вращения двигателя при нагрузке любого типа.Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для управления ВД, содержащее цифровой задатчик частоты вращения, многоканальный кольцевой коммутатор, датчик положения ротора, соединенные выходами со входами формирователей, электронный коммутатор, к силовым ключам которого подключены выходы элементов И узла запрета, введены элемент памяти, частотно-Фазовый дискриминатор и узел сравнения, содержащий элементы И по числу каналов устройства и многовходовой элемент ИЛИ-НЕ, при этом вход элемента памяти соединен с выходом цифрового задатчика частоты вращения, а выход - с прямым входом частотно- фазового дискриминатора, соединенного выходом с другим входом элемента памяти и входом кольцевого коммутатора, одни входы элементов И узла сравнения соединены с выходами кольцевого коммутатора, другие входы - с выходами формирователей, а выходы со входами элемента ИЛИ-НЕ,соединенного выходом с запрещающим входом частотно-Фазового дискриминатора и одними входами. элементов И узла запрета, другие входы которых соединены с выходами кольцевого коммутатора.Это позволяет достичь поставленную цель путем осуществления постоянного сравнения действительного поло-. жения ротора двигателя, информацию о котором дает датчик положения ротора во время нахождения ротора в зоне действия определенного чувствительного элемента датчика, и заданного кольцевым коммутатором положения. При этом обмотка двигателя, заданнаякольцевым коммутатором, запитывается всегда, когда заданное и действительное положение ротора не совпадают, и обесточивается сразу, как только ротор займет заданное кольцевым коммутатором положение.Причем до тех пор, пока ротор двига-теля не займет заданное ему положение, состояние кольцевого коммутатора не изменяется, однако импульс частоты управления при этом не исчезает, а запоминается с тем, чтобыс приходом ротора в заданное положе"ние изменить состояние кольцевогокоммутатора, т.е. обеспечить работудвигателя при разгоне от датчика положения ротора, а следовательно,обеспечить разгон делителя по егоестественной характеристике.Сущность изобретения поясняется,чертежом, на котором приведена функциональная схема устройства.Устройство содержит чувствительные элементы 1-3 датчика положенияротора, формирователи 4-6, электронный коммутатор 7 с силовыми ключами 8-10, узел 11 запрета, содержащийэлементы И 12-14, узел 15 сравнения, 20состоящий нз многовходового элементаИЛИ-НЕ 16 и элементов И 17-19, многоканальный кольцевой коммутатор 20,частотно-фазовый дискриминатор 21,элемент 22 памяти и цифровой задатчик 2523 частоты вращения двигателя.Выходы чувствительных элементов1-3 соединены со входами формирователей 4-6 соответствующих каналов устройстваВыходы силовых ключей 8-10электронного коммутатора 7 подключенык статорным обмоткам 24-26 двигателя,а входы - к выходам элементов И 1214 узла 11 запрета. Одни входы эле.ментов И 12-14 соединены с выходом,элемента ИЛИ-НЕ 16, а другие - свыходами кольцевого коммутатора 20,с которыми также соединены одни входыэлементов.И 17-19 узла 15 сравнения. Другие входы элементов И 17"19соединены с выходами Формирователей 404-6Выходы элементов И 17-19 соединены со входами элемента ИЛИ-НЕ 16.Вход кольцевого коммутатора 20 соединен с выходом частотно-.фазового дискриминатора 21, соединенного прямым 45входом с выходом элемента 22 памяти,а инверсным (запрещающим) входомс выходом элемента ИЛИ-НЕ 16.Одинвход элемента 22 памяти соединен свыходом цифрового задатчнка 23 частоты вращения, а другой - с выходомчастотно-.Фазового дискриминатора 21.Устройство работает следующимобразом.В момент подачи напряжения питанияна устройство ротор двигателя находится в каком-то произвольном положении, информацию о котором выдаетодин из чувствительных элементовдатчика положения ротора. Кольцевойкоммутатор 20 также находится в каком-то произвольном состоянии. Приэтом, если заданное кольцевым коммутатором 20 случайное состояние несоответствует действительному состоянию ротора, то все элементы И 17-1965 узла 15 сравнения выдают сигналы,логический "0",так как в этом случаехотя бы на одном входе каждого изэтих элементов присутствует сигналлогический "Оф, поступающий либо скольцевого коммутатора 20, либо через формирователи 4-6 с соответствующего чувствительного элемента 1-3датчика положения ротора. В этомслучае элемент ИЛИ-НЕ 16 дает разрешение на открытие элементов И 1214 узла 11 запрета и одновременно запрещает прохождение импульса черездискриминатор 21. Открытые элементы И 12-14 разрешают прохождениесигнала с какого-то (случайно установившегося по включению) выходакольцевого коммутатора 20, которыйоткрывает один из силовых ключей8-10 коммутатора 7 и запитываетсоответствующую обмотку двигателя.Ротор двигателя разворачивается наугол мд и принимает заданное кольцевым коммутатором 20 положение,что фиксирует соответствующий чувствительный элемент 1-3 датчика положения ротора, информация с которого через формирователи 4-6 поступает на один из элементов И 17-19.При этом элемент И фиксирует совпадение действительного и заданногокольцевым коммутатором 20 положенияротора, т.е. на выходе этого элемента И возникает сигнал логическая"1". По этому сигналу элемент ИЛИ-НЕ16 выдает запрещающий сигнал наэлементы И 12-14, запрещая прохождение сигналов кольцевого коммутатора20 через эти элементы. Все силовыеключи 8-10 оказываются закрытыми,и с обмоток 24-26 двигателя будетснято питание. Таким образом, двигатель подготавливается к дальнейшей обработке частоты управления Г .Импульс частоты У, поступая наэлемент 22 памяти с выхода задатчика 23, переписывается в дискриминатор 21 при наличии на его инверсномвходе логического "О" и, проходя через дискриминатор, поступает накольцевой коммутатор 20, изменяя.его состояние на следующее. При этомтот же импульс, поступая с выходадискриминатора 20 на другой входэлемента 22 памяти, списывает содержащуюся в нем информацию, подготавливая элемент памяти к приему следующего импульса с выхода задатчика 23,Если к моменту прихода импульсана элемент 22 памяти на инверсномвходе дискриминатора 21 присутствуетсигнал логическая "1" (обмотка двигателя запитана), то пришедший импульс запоминается элементом 22, ночерез дискриминатор 21 на кольцевойкоммутатор 20 не проходит. Однакос приходом сигнала логический "0"на дискриминатор 21, т.е. в момент,когда ротор двигателя занимает заданное ему кольцевым коммутатором20 полбжение, запомненный элементом22 памяти импульс проходит черездискриминатор 21 на кольцевой коммутатор 20, состояние которого изменяется. Элементы И 17-19 вновьвыдают сигналы логический "0", обмотка двигателя, заданная кольцевымкоммутатором 20, запитывается и ротор.двигателя доворачивается из исходного положения до заданного. Такимобразом, за счет сохранения в элементе 22 памяти импульса Г двигатель разгоняется по своей естественной характеристике, т.е. во время разгона двиГатель работает в режиме самокоммутации,Аналогично .устройство работаети в случае необходимости повышениячастоты вращения двигателя.По достижении двигателем скорости,заданной задатчиком 23, ротор двигателя устанавливается в заданное емукольцевым коммутатором 20 положениераньше, чем приходит следующий импульс частоты Г . При этом, как былоописано выше, с обмоток двигателяснимается питание и двигатель продолжает вращение в зоне действиячувствительных элементов датчика положения ротора незапитанным до прихода импульса управления, чем организуется широтно-импульсная модуляция (ШИМ),Если происходит сброс нагрузки,ротор двигателя может выйти из зоныдействия чувствительных элементов1-3 датчика положения ротора, соответствующего заданному коммутатором20 состоянию, и попасть в зону действия следующего датчика. При этомэлементы И 17-19 выдают сигнал рассогласования логический "0" и (вотличие от известного), обмоткадвигателя, заданная кольцевым коммутатором, запитывается, осуществляяактивное торможение двигателя. Роторвозвращается в зону действия чувствительных элементов датчика, соответствующего заданному кольцевым коммутатором 20 положению. Если во времязапитки обмотки с задатчика 23 приходит импульс частоты Г,то он запоминается в элементе 22 памяти ис возвращением ротора в зону действия, датчика проходит сквозь дискриминатор 21 на кольцевойкоммутатор 0, вынуждая двигатель продолжатьЭотработку заданной частоты вращения.Подобным же образом устройствоработает в случае необходимостиуменьшения частоты вращения.При наличии на валу двигателянагрузки типа активный момент т.е.,если момент нагрузки уводит роторв зону действия чувствительных элементов 1-3 датчика положения ротора, мати и входом кольцевого коммутатора, одни входы элементов И узла сравнения соединены с выходами кольцевого коммутатора, другие входы - с выходами формирователей, а выходы со входами элемента ИЛИ-НЕ, соединенного выходом с запрещающим входом частотно-фазового дискриминатора и одними входами элементов Изла запрета,другие входы которых соединены с выходами кольцевого коммутатора.Источники информации,50 55 бО принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Франции М 2201808,кл. Н 02 Р 7/00, 1971. 2. Авторское свидетельство СССР Р 496639, кл. Н 02 К 29/02, 1973.не соответствующего заданному положению,то обмотка двигателя запитывается, ротор возвращается в заданное ему кольцевым коммутатором 20,положение, и обмотка вновь обесто 5 чивается на то время, в течение которого ротор будет находиться в зонедействия датчика, соответствующегозаданному коммутатором 20 положению. Это время, в свою очередь, будет зависеть от величины активногомомента.. При этом, уводящий активныймомент будет компенсироваться периодической запиткой обмотки двигателя, заданной кольцевым комму татором 20, на время, пропорциональное величине приложенного активного момента.Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности стабилизации и возможностьрегулирования частоты вращения ВДпри нагрузке любого типа, причемуказанные преимущества достигаютсяпри небольшом энергопотреблении,так как обмотки двигателя запитываются лишь в определенные моментывремени.Формула ИзобретенияУстройство для управления,вентильным электродвигателем, содержа щее цифровой задатчик частоты вращения, выход которого связан с входом многоканального кольцевого коммутатора, датчик положения ротора,чувствительные элементы которого 35 соединены со входами формирователей,электронный коммутатор, к силовымключам которого подключены выходыэлементов И узла запрета, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью 40 расширения области применения,введены элемент памяти, частотнофазовый дискриминатор и узел сравнения, содержащий элементы И по числуканалов устройства и многовходовойэлемент ИЛИ-НЕ, при этом вход эле мента памяти соединен с выходом цифрового задатчика частоты вращения,а выход - с прямым входом частотнофазового дискриминатора, соединенноговыходом с другим входом элемента па, Коррект и енк оро лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 Редактор М.Заказ 5153/7 ВНИИП по 3035, Тираж 730Государственного комит елам изобретений и отк сква, Ж, Раушская н одписноа СССРтийк д. 4