Устройство для регулирования скорости вращения электродвигателя

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик щ 955471(22) Заявлено 05. 01. 81 (21) 3232513/24-07 РЦ М. Кп. с присоединением заявки МоН 02 Р 5/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий.3:ь 3.кс с Ивановский энергетический институт им. В,И(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в текстильной, бумагоделательной и других отраслях проьишленности, там, где требуется высокая плавность регулирования и высокая точность поддержания скорости вращения.Известно устройство стабилизации и регулирования скорости вращения двигателя, содержащее последовательно соединенные частотный датчик скорости, формирователь импульсов, делитель частоты импульсов датчика, корректирующее устройство, включающее выявитель отклонения, расширитель и формирователь заднего фронта, устройство разделения двух последователю ностей импульсов, устройство сравнения, силовой преобразователь и двигатель, а также задающий генератор и делитель эталонной частоты, выход которого подключен к второму входу устройства разделения 11 .Данное устройство имеет высокие статические и динамические характеристики, но недостатком его является ,низкие плавность и точность устав,ки .регулирования скорости вращения двигателя, так как изменение установок скорости может осуществляться только изменением коэффициента деления делителя импульсов частотногодатчика. 5Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для регулирования скоростивращения электродвигателя, содержащеегенератор импульсов, вход которогочерез последовательно соединенныепервый делитель частоты,.блок распре-деления импульсов, компаратор и силовой ключ подключен к электродвигателю, датчик частоты вращения которого через последовательно соединенные первый формирователь, второй делитель частоты и элемент задержкисоединен с первым входом первоготриггера, к второму входу которогоподключены последовательно соединенные третий делитель частож, входомподключенный к выходу генератора импульсов, и. элемент ИЛИ, а выходпервого триггера через расширительимпульсов и второй формировательподключен к блоку разделения импульсов, вторые входы третьего делители частоты и элемента ИЛИ объединены и подключены к выходу второго 30 делителя частоты 121 .Данное устройство позволяет регулиронать скорость вращения вала исполнительного двигателя изменением коэффициентов деления первого и третьего делителей, При этом первым делителем производится плавное регули ронание скорости, третьим делителем грубое.Недостатком известного устройства является недостаточные плавность и точность установки регулируемой О скорости вращения исполнительного двигателя. Частота игнала, поступающего на силовой ключ, должна находиться н пределах 500-2000 Гц. Ниж-, няя граница обусловлена недопустимы- д ми пульсациями тока н двигателе, что вызывает его нагрев, и малой добротностью контура регулирования, ухудшающей динамику регулятора скорости. Верхняя граница обусловлена потерями в силовых ключах и уменьшЕнием устойчивости устройства из.за увеличения добротности контура регулирования. При повышенных требованиях к помехоустойчивости применяются микросхеьи с относительно малым быстродействием, что ограничивает частоту кварцевого генератора на уровне 0,5-1 МГц.Учитывая, что К при устойчивой работе устройства и хороших динами- ЗО ческих показателях находится в диапазоне К = 15-20, п = 2 К= 30-40 и при указанных выше ограниченияхизменением коэффициента деления первого делителя можно получить не бо лее 65 ступеней скорости. Полученное значение ступеней при плавном регулировании недостаточно для использования устройства в автоматизированных установках, работающих соВ О местно с вычислительными устройствами а1Цель изобретения - повышение точности регулирования скорости. , 45Укаэанная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены три буферных блока,. дешифратор блок элементов ИЛИ, схема И, второй триггер, дна одновибратора и переключатель, одни выходы которого через первый буферный блок подключены к входам первого делителя частоты, другие через второй буферный блок подключены к входам третьего делителя частоты, причем одни непосредственно, а другие через блок элементов ИЛИ, другие входы которого .через третий буферный блок и дешифратор подключены к выходам переключателя, вход первого одновибратора подключен 60 к выходу первого. делителя частоты, а выход - к управляющему входу первого буферного блока, вход другого одновибратора подключен к выходу второго делителя частоты, а выход - 65 к второму буферному блоку и через последовательно соединенные нторой триггер и схему И к входу третьего буферного блока, причем вход схемы И соединен с третьим делителем частоты, а выход с вторым входом второго триггера.На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.Устройство для регулирования скорости вращения электродвигателя содержит генератор 1 импульсов, выход которого через последовательно соединенные первый делитель 2 частоты, блок 3 распределения импульсов, компаратор 4 и силовой ключ 5 подключен к исполнительному электродвигателю 6, датчик 7 частоты вращения которого через последовательно соединенные первый формирователь 8, второй делитель 9 частоты и элемент 10 задержки соединен с первым входом первого триггера 11, к второму входу которого подключены последовательно соединенные третий делитель 12 частоты, входом подключенный,к выходу генератора 1 импульсов, и элемент ИЛИ 13, а выход первого триггера 11 через расширитель 14 импульсов и нторой форйирователь 15 подключен к блоку 3 разделения импульсов, вторые входы третьего делителя 12 частоты и элемента ИЛИ 13 объединены и подключены к выходу второго делителя 9 частоты, переключатель 16, одни выходы которого через первый буферный блок 17 подключены к входам первого делителя 2 частоты, другие через второй буферный блок 18 подключены к входам третьего делителя 12 частоты, причем одни непосредственно, а другие через блок 19 элементов ИЛИ, другие входы которого через третий буферный блок 20 и дешифратор 21 подключены к выходам переключателя 16, вход первого одновибратора 22 подключен к выходу первого делителя 2 частоты, а выход - к управляющему входу первого буфер- . ного блока 17, вход другого одновибратора 23 подключен к выходу второго делителя 9 частоты, а выход к второму буферному блоку 18 и через последовательно соединенные второй триггер 24 и схему И 25 к входу третьего буферного блока 20, причем вход схемы И 25 соединен с третьим делителем 12 частоты, а выход с вторым входом второго триггера 24.Устройство работает следующим образом.Импульсы эталонной частоты Еэ, получаемой делением на делителе 2 в К раз частоты Е генератора 1, сравниВаются по фазе со скорректированными импульсами частоты Г. Частота Г н среднем равна измеренной частоте и имеет фазовый сдвиг, пропорциональ(Тн - Те)К =игнац+ный корректирующему сигналу. ЧастотаЕн получается путем деления делителем 9 частотного сигнала, вырабатываемого частотным датчиком 7, соединенным с валом исполнительного электродвигателя 6. При этом сигнал с частотного датчика предварительно формируется формирователем В. С приходом каждого импульса частоты Ез компаратор подключает через силовой . ключ 5 исполнительный двигатель 6 ксети, а с приходом каждого импульсачастоты Ен, выдает сигнал на торможение исполнительного электродвигателя, т,е. среднее напряжение получается пропорциональным разности фаз 15сравниваемых частот Еэ и Е .Коррекция, необходимая для обеспечения устойчивости работы регулятора скорости и работающая только при небольших рассогласованиях час тот Ез и Еи, осуществляется изменением фазы сигнала частоты Ен на величину, пропорциональную отклонению скорости вращения вала исполнительного двигателя. 25Установившийся режим работы устройства возможен только при Ез = Е или Тз = Т . Поэтому отклонение скорости от установившегося значения .можно выявить, сравнивая период Тн измеренной частоты с периодом Тз эталонной частоты.Для упрощения введения опережающего по фазе частоту Ен сигнала при отрицательной разности сравниваемых периодов, возникающей при отклонении35 скорости вращения двигателя вверх от установившегося значения; в устройство вводится начальный сдвиг по фазе в установившемся режиме (Ед = Еэ ) между измеренной Ен и скорректиро ванной Ен частотами такой величины, чтобы расширенная в К раз разность между периодом Тн и вычитаемым временным интервалом То была равна половине периода Тз эталонной частоты 45 с точностью до допустимо малой величины(Тн - То)К 9 - у- + б (1) где К - коэффициент расширения от-клонения, выбираемый из 50условия обеспечения устойчивой работы и качественнойдинамики регулятора .скоросб - абсолютная ошибка расширенного отклонения от середины периода эталонной частоты в установившемся режиме работы устройства.При отклонении измеренной часто- Я) ты Ен от эталонной сдвиг по фазе час-тоты Енотносительно частоты Ен определяется выражением 1где Т - период частота Е , соответствующий скорости вращенияисполнительного двигателя(д при ии ,.л 2 ноноц (2)Изменение коэффициента деления делителя 2 эталонного канала для регулирования Еэ, осуществляется начальной записью в делитель числа А, которое определяется переключателем 16. Обозначая через Р максимальное число, которое можно "записать в делитель, или полный объем, получаем коэффициент деления К эталонного делителя 2 частоты Эапись числа А в делитель 2 происходит после его переполнения, когда все его триггеры находятся в состоянии "0". По заднему фронту импульса, возникающего на выходе делителя в момент переполнения, запускается и формирует короткий импульс одно- вибратор 22, подключающий кратковременно шины задающего переключателя к установочным входам триггеров делителя, что и производит запись числа А через буферный блок 17.При изменении эталонной частоты Е в соответствии с выражением (1) меняется значение временного интервала То.Коэффициент деления В делителя 12, формирующего временной интервал Т, определяется записью в делитель двух чисел А и Х. После сброса делителя 12 импульсом измеренной частоты по заднему фронту последнего ,возбуждается одновибратор 23, в результате чего кратковременно подключаются шины задающего переключателя 16 к установочным входам триггеров делителя 12 одними входами непосредственно, а другими через блок 19 элементов ИЛИ, что приводит к записи в делитель числа А. В процессе счета импульсов, непре. рывно поступающих на вход делителя от генератора 1, в момент обнуления триггеров, связанных установочными входами с дешифратором 21 через буферный блок 20 и блок 19 элементов ИЛИ, на выходе схемы И 25 появляется сигнал, разрешающий открытие буферного блока 20 и запись в этитриггеры числа Х. Состояние Х дешифрируется по старшим разрядам задающего переключателя 16. Однотактность записи числа Х за цикл вычисления Т обеспечивает триггер 24, который устанавливается в состояние "1" задним фронтом одновибратора 23, а сбрасывается в момент появления импульса на выходе(4) В = Р - (А + Х) Формула изобретения сс = (макс мин )С схемы И 25, запрещая до конца циклаФоржрование сигналов этой схемой.Коэффициент деления В делителя 12определяется выражением 5Учитывая, что в установившемся режиме т = ТН , тр = т,. К , т =тв и выражения (3),(4) , получимТн -то = Тз =Т, К -Т, В =Т(. Х= Ь Т)(5) 10 т.е. начальный сдвиг Фаз определяется при постоянных старших разрядах задающего переключателя в установившемся режиме постоянным временным интервалом ЬТ= Тг Х 15Значение величины Х определяется из условия равной относительной ошибки расширенного отклонения от середины периода эталонной частотыРазность Ти - То в схеме выявляется триггером 11. Триггер 11 устанавливается в состояние "1" через элемент ИЛИ 23 по истечении времени Тс, и сбрасывается с задержкой, определяемой элементом 10 на время с после прихода импульса частоты.Задержка, величина которой выбирается значительно меньшей, чем разность Тн - То (в установившемся режиме ТН - Т й с ), вводится для защиты от пропадания импульсов частоты при отклонении скорости исполнительного двигателя вверх от установившегося значения. Если ТаТак то триггер 11 через элемент ИЛИ 13 устанавливается в состояние "1" в мо мент прихода импульса частотй 1 н, а сбрасывается через времяВремя нахождения триггера 11 в состоянии "1" расширяется в К раз расширителем 14, Сформированнйй по 40 заднему Фронту расширенного сигнала формирователем 15 импульс частоты подается на второй вход блока 3 распределения импульсов. Блок 3 распределения импульсов исключает возможность прихода импульсов частот Хнк и йз на вход компаратора 4 с интервалом, меньшим, чем разрешающая спо- собность входных элементов компаратора 4.50 Изменение уставок скорости исполнительного электродвигателя можно про" изводить не только изменением коэффициента деления эталонного делителя 2, но и изменением коэфФициента деле ния делителя 9 в канале измеренной частоты, причем делителем 2 производится плавное регулирование скорости, а делителем 11 грубое.Общее число ступеней Ы изменения щ 0 скорбсти двигателя при изменении коэффициентов деления делителей частоты 2 и 9 где С - коэффициент деленияделителя 9Ки Кмнн - максимальное и минимальное значение эталонной частоты ЕзГ,моксаманнаминмексгде Е и Г - максимальное и минимакс минмальное значениеэталонной частоты,Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает большую точность регулирования за счет того,что имеет большее количество ступеней изменения скорости вращения исполнительного двигателя по сравнению с известными устройствами. Устройство для регулирования скорости вращения электродвигателя, содержащее генератор импульсов, выход которого через последовательно соединенные первый делитель частоты, блок распределения импульсов, компаратор и, силовой ключ подключен к электродвигателю, датчик частоты вращения которого через последовательно соединенные первый формирователь, второй делитель частоты и элемент задержки соединен с первым входом первого триггера, к второму входу которого подключены последовательно соединенные третий делитель частоты, входом подключенный к выходу генератора импульсов, и элемент ИЛИ, а выход первого триггера через расширитель импульсов и второй формирователь подключен к блоку распределения импульсов, вторые входы третьего делителя частоты и элемента ИЛИ объединены и подключены к выходу второго делителя частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования, в него дополнительно введены три буферных блока, дешифратор, блок элементов ИЛИ, схема И, второй триггер, два одновибратора и переключатель, одни выходы которого через первый буферный блок подключены к входам первого делителя частоты, другие через второй буферный блок. подключены к входам третьего делителя частоты, причем одни непосредственно, а другие через блок элементов ИЛИ, другие входы которого через третий буфернйй блок и дешифратор подключены к выходам переключателя, вход одного одновибратора подключен к выходу первого делителя частоты, а выход в ,к управляющему входу первого буферного блока, вход другого одновибратора подключен к выходу второго делителя частоты, а.Па ПодписноеСССР 470/74 Тираж 721ВНИИПИ Государственного комитепо делам изобретений и откры 13035, Москва, Ж, Раушская н ака аб., д,4 ал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 выкод к второму дуферному блоку нчерез последовательно соединенныевторой ниггер и схему И к входутретьего буферного блока, вход схемы И соединен с третьим делителемчастоты, а выход с вторым входомвторого триггера. Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1Трахтенберг Р.М. Астатическийдискретный регулятор скорости,"Электричество", 1972, В 4.2. Авторское свидетельство СССРВ 559226, кл.С 05 Р 13/00, 1977