Устройство для управления электродвигателем постоянного тока

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВАРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихреспубликдо делам лэавретенкй и юткрмтий(53 ) УДК 621,316. .718.5 (088.8) А, П. Зайцев, В. Г. Букреев и Ю. В. Колоколов.Научно-исследовательский институт автоматикии электромеханики при Томском институтеавтоматизированных систем управления и радиоэлектроники(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМПОСТОЯННОГО ТОКА 1Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано цля регулирования тока индуктивных нагрузок. Известно устройство цля регулирова 5 ния тока тяговых электродвигателей, обеспечивающее постоянную частоту переключения импульсного прерывателя путем периодических импульсов на выключение и содержащее генератор зацаюших импул , сов, подключенный через соответствующие дифференцирующие цепи к формирователям эацержанных и блокировочных импульсов, а также к первому вхоцу триггера, соециненного с выхоцом блока сравнения, Выхоц формирователя зацержанных импульсов соецинен с вторым вхоцом трит гера иусилителем импульсов запирания полуировоцникового прерывателя, а выхоц триггера - с усилителем импульсов отпи ракия прерывателя, К входам блока срав нения подключены формирователь блокировочных импульсов и датчик тока якоря цвигателя(. 1. 2Недостатком данного устройства являются значительные пульсации тока якоря вслецствие скачкообразного изменения напряжения на цвигателе от нуля до номинального значения. Кроме того, при малой относительной процолжительносги включения возможно нарушение равномерности вращения, что привоцит к ограничению циапазона регулирования.Наиболее близким к предлагаемому является устройство цля управления электродвигателем постоянного тока, со, держащее блок питания и генератор зацаюших импульсов, поцключенный через фон. мирователи блокировочных и задержанных импульсов к входам блока переключения, другими яхолы которого подключе-, ны к выходам блока изменения структуры, блока сравнения и блока инверсии, соеци, ненного с импульсным преобразователем гока якоря, выходы блока переключения подключены через триггер к блоку изменения структуры, к другому вхоцу которого подключен формирователь зацержан 1001407ных импульсов, выхоц триггера соединен,с усилителем, включенным в цепь управпения импульсным прерывателем 2,К недостаткам известного устройствайотносятся сушественные пульсации регулируемого тока и, слеповательно моментацвигателя на малых скоростях, привоцяшие к нарушению равномерности врашенияи увеличению потерь в двигателе, а также к уменьшению диапазона регулирова 36ния.Цель изобретения - повышение качества регулирования и расширение диапазонарегулирования скорости,Поставленная цель постигается тем,что в устройство дополнительно введены,(1 - 1 ) импульсных прерывагелей и разцелительные циопы, причем выхоцы импульсных прерывателей через разпелигельныепиоцы объединены и поцключены к выво опу якорной обмотки элекгропвигагеля,вывод которой подключен к блоку питания, а также послецовательно соепиненные регистрсцвига, оцновибрвтор,компаратор, интегратор, выхоп которого соецинен с 25выхоцом блока инверсии, регистр спвига поцключен к усилителю, выходы которого соеци иены с управляющими вхоцами импульсныхпрерывателей, выхоп опновибратора поцклочен к пругим вхоцам интегратора иблока изменения структуры,На фиг. 1 представлена схема усгройсгва, на фиг, 2 - циаграммы, поясняюшиеработу устройства,Устройство цля управления элекгро 35цвигателем постоянного тока соцержигблок 1 питания, генератор 2 задающихимпульсов, подключенный через формирователи 3 и 4 задержанных и блокировочных импульсов к вхоцам блока 5 переключения, цругие вхоцы когорого поцключенык выходам блока 6 изменения структуры,блока 7 сравнения и блока 8 инверсии,соединенного с импульсным преобразователем 9 тока якоря, выхоцьг блока 5 пере 45ключения подключены через триггер 10к блоку 6 измерения структуры, к другому входу которого подключен формирователь 3 задержанных импульсов, выходтриггера 10 соепинен с усилителем 11,50включенным в цепь управления импульсными прерывателями 12,1-12,Йпричемвыхопы импульсных прерывателей 12.112, Н через разделительные циоцы13.1-13, М объецинены и подключены квывоцу якорной обмотки электродвигателя5514, вгорой вывоп которой подключен кблоку 1 питания, а также последовательносоединенные регистр сдвига 15, оцновибратор 16, компаратор 17 н интегратор18, вход которого соецииен с выхоцомблока 8 инверсии, регистр сдвига 15поцключен к усилителю "11, вых 6 цы которо.го соединены с управляющими вхоцамйимпульсных прерывателей 12.1 - 12. йвыход оцновибратора 16 поцключен кдругим вхоцам интегратора 18 и блока6 изменения структуры.Блок 7 сравнения соцержит последовательно соециненные формирователь 19пилообразного напряжения и компаратор20, причем вхоц формирователя 19 соеци.нен с импульсным преобразователем 9тока якоря, а выход компарагора 20 -с одним из входов блока 5 переключенияивторым входом триггера 21 блока 8инверсии.Блок 8 инверсии содержит послецовательно соециненные триггер 21 и схему.22 совпадения первые вхопы которыхпоцключены к преобразователю 9 токаякоря, а выход схемы 22 - к оцному извхоцов блока 5 переключения,Якорная цепь элекгроцвигагеля 14шунтирована обратным циоцом 23,Устройство работает слецуюшим образом,Регулирование тока якоря 14 осушествляется с постоянной частотой, опрепеляемой зацаюшим генератором 2. При увеличении относительной прополжигельносгйвключенияцо " м 0,5 блок 6 осушествляет изменение логическим управлением импульсных прерывателей 12,112, Й, Если ранее при у С 0,5 (перваяструктура управления) импульсы постоянной частоты от формирователя 3 поступа.ют на включение импульсных прерывателей 12,1- 12,Йа выключение последних осуществляется при постижениитоком 1 величины тока уставкито при ур 0,5 (вторая структура управления) импульсы постоянной частотыпоступают на выключение прерывателей12.1 - 12.й а на включение - при спадании тока 1по величины 1,Информация о величине 1в импульсной форме с преобразователя 9 поступаетна входы блоков 7 и 8, Формирователь19 преобразует импульсный сигнал в напряжение пилообразной формы, сравниваю.1 цееся компаратором 20 с напряжением03 соотвегствуюшее току )у . Триггер21, на вхоцы которого поступают импуль.сы с выхоца блоков 7 и 9, устанавливается в противоположные устойчивые состояния. Выходное напряжение схемы 22совпадения соответствует "0. При ио5 1001чезновении импульсов с выхода блока 7триггер 21 устанавливается в одно устойчивое состояние.и на выходе блока8 появляются импульсы напряжения.Таким образом, исключается одновремен 5ное появление импульсов напряжения навыходах блоков 7 и 8.При отсутствии .тока 1 преобразователь 9 генерирует импульсы напряженияс начальной частотой, При этом имопульсы 0, (фиг. 2) блока 7 имеют длительность, пропорциональную току ,напряжение О = 0" блока 8 разрешаетО,заряд накопительного конденсатора интеграгора 18, Напряжеиие О на выходе 15послепнего превышает эталонное напряжение 0 компаратора 17 и при 0= 0"с его выхода запрещается генерация импульсов 0 опновибратором 16. Все выходные напряжения регистра 15 равны 20"1 а напряжения на управляющих вхопах прерывателей 12.1 - 12. М имеютнулевой потенциал. На первой структуреуправления (Я 0,5) импульсы постоянной частоты ог формирователя 3 поступаюг через блок 5 на первый вход триггера 10 (напряжение 0 ), устанавливаяего в одно устойчивое состояние, Напряжение 07= "1" с прямого выхода тригъ.гера 10 поступает через усилигель 11 ЗОна управляющий вход первого прерывателя12,1, Ток 1 й и частота импульсов, гене. рируемых преобразователем 9, увеличиваются. При постижении током 1 величины )= Цблок 7 прекращает формиро- З 5ванне импульсов Ц, На выходе блока8 появляется импульс Цкоторый черезблок 5 поступает на второй вход триггера 10 (напряжение Ц 6), устанавливая егов противоположное устойчивое состояние,Управляющее напряжение прерывагеля12,1 в соответствии с сигналом (,.уменьшается по нуля, ток 1 и частотапреобразователя 9 уменьшаются до появления на первом входе триггера 10 импульсов постоянной частоты (,), Данныйтриггер 10 устанавливается в первоначаль.ное состояние и при Ог="1" .прерыватель.12.1 открывается, Далее описанный процессповторяется,При увеличении ф по Я Ф 0,5 блокр- после прохождения импульса 0 осуществляет. коммутацию логических элементовблока 5, В этом случае происхопиг переключение импульсов Ц с первого на второй вход триггера 10, запрещение импуль 55сов 0 ог блока 8 и разрешение на прохождение импульсов 0 на первый входтриггера 10. Следовательно, при изме 407, 6нении структуры управления прерывателем 12,1 (от СО 5 к ) 0,5) ток якоря .1) переходит значение тока уставки и увеличивается до момента поступления на вгорой вхоп триггера 10 импульса(/ от формирователи 3, Триггер 10 устанав ливается в противоположное устойчивое состояние и напряжением (,) = 0 через усилитель 11 закрывается прерыватель 12.1. Ток 1 и частота преобразователя 9 уменьшаются и при спадании первого до величины 1 блок 8 прекращает фор мирование импульсов Ц . На выходе блока 7 появляется импульс Ц., который через блок 5 поступает на первый вход триггера 10 (напряжение Ц), устанавливая его в первоначальное состояние, На пряжение 0 = "1" через усилитель 11открывает прерыватель 12.1. Ток 1 и частота преобразователя 9 увеличиваются по момента поступления на вгорой вход триггера 10 (напряжение 06) импульсов О, Далее описанный процесс ре- лирования тока при дъ 0,5 повторяется. Таким образом, постоянная частота регулирования тока при изменении обес печивается путем принупительного включения прерывагеля 12,1 при ( 0,5 ивыключения. при Д 7 05При появлении импульсов Ц с выхода блока 8 ранее заряженный накопительный конденсатор интегратора 18 разряжаегся и напряжение Ц с его выхода становится меньше напряжения О компаратора9 л17, Напряжение / принимает значение равное "1 " опнако напряжение 0, на выходе опновибрагора 16 сохраняет эна чение равное "О", так как он срабатывает по спадающему фронту импульса Ц,При увеличениипо г,с, импульсы Ц с выхода блока 7 запрещаются зоной действия блокировочных импульсов 04 . На входы триггера 10 поступают импульс сы Ц и Ц 4 соответственно, открывающие прерыватель 12,1. Рогулируемый с О ток 1не поддерживается на уровне гока уставки и при 11 блок 8 прекращает формирование импульсов 02, Напряжение )на выходе ингеграгора 18 увеличиваегся и при О = 0 напряжение 09 = 0". Одновибратор 16 формирует импульс Ц,), который разряжает накопительный конпен сагор интегратора 18 и переключает триггерную схему блока 6. Опновремен но на первом выхопе регистра 15 формируегся "0, разрешающий постоянное включение прерывагеля 12.1 и прохожпе ние импульсов О. через усилигель 11на управляющий вход второго прерывате ля 12.2, Так как величина номинально го питающего напряжения двигателя 14 разбита на М интервалов, то напряжение 0 на нем при О"1 (прерыватель 12,2 включен) увеличиваемся в два раза, Ток возрастает идри= 1 на выхо пе блока 8 формируются импульсы И поступающие на второй вход триггерной схемы блока 6, выходные сигналы котоюрого, коммутируя логические элементы блока 5, устанавливают первую структу" ру управления ( р С 0,5), Далее осуществляется аналогичный описанному процесс регулирования токана уровне величины уПри пальнейшем увеличении скорости двигателя 14 выходными сигналами регистра 15 осуществляется поэтапное включение 12,3, 12.4 и т.д. прерывателей, а прерыватель 12, М обеспечивает поддержание тока 1 на заданном уровне.Таким образом, как видно из работы устройства в результате поэтапного включения (и) прерывателей в функцйи и периодической коммутации Я пре рывагеля с частотой задающего генератора напряжение Ц+ на двигателе описывается следующим выражением:О+ О Ф", О, 01 - "Т),фц +,"ОТс Ь:(- .)Т,где (3, О", Ь 4 - выхопные напряжения прэрывателей 12,1, 12.2, ,12 й,г" т - относительная продолжительность включения и период кЬммутациипрерывателя,И .Следовательно, мгновенное значениенапряжения на нагрузке приближается каналоговой форме, что обеспечивает повьппение качественных показателей регулируемого тока в частности уменьшениепульсаций тока. Кроме того, предлагаемое устройство обеспечивает расширениедиапазона регулирования скорости путемуменьшения в И раз минимально возможного среднего значения напряжения,формула изобретенияУстройство для управления электродвигателем постоянного тока, содержащееблок питания и генератор задающих импульсов, попключенный через формирователйблокировочных и задержанных импульсовк входам блока переключения, другиевходы : которого подключены к выходам 10 блока изменения структуры, блока сравнения и блока инверсии, соединенного симпульсным преобразователем тока якоря,выходы блока переключения подключенычерез триггер к бпоку изменения структу ры, к другому входу которого подключенформирователь задержанных импульсов,выход .триггера соединен с усилителем,включенным в цепь управления импульснымпрерывателем,о т л и ч а ю щ е е с я 20 тем, что, с целью повышения качестрарегулирования и расширения диапазонарегулировании скорости, в него дополнительно введены ( и - 1 ) указанныхимпульсных прерывателей и распрепели тельные диоды причем выходы импульсныхпрерывателей через разделительные диодыобъединены и подключены . к выводуякорной обмотки электродвигателя, второйвывод которой подключен к блоку питания,последовательно соединенные регистрсдвига, одновибратор, компаратор и интегратор, вход которого соединен с выходом блока инверсии, регистр сдвига подключен к усилителю, выходы когорогосоединены с управляющими входами импульсных прерывателей, выход опновибратора подключен к другим входам интегратора и блока изменения структуры.40 Источники информации 1 принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР395296, кл, В 60 Ь 15/04,Н 02 Р 5/16, 1972.452. Авторское свидетельство СССР481476, кл. В 60 Ь 15/04,Н 02 Р 5/16, 1976..3035 ква, Ж Р ая наб д. филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Тираж 1 ИИГ 1 И Госуца пс делам изнного ком ений и от тета СССР тий