Устройство для управления вентильным электродвигателем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 51) 802 Г ИЙ НИЕ БРЕТЕН И СТВ АВТО 1 т"покл ера коГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН(56 ) 1. Пожидаев В.М ., Омельченко В,В. Бесконтактные электродвигатели постоянного тока, ВИКИим, А.Ф. Можайского, 1977, с. 95-962. Авторское свидетельство СССР215295, кл. Н 02 К 29/02, 1968.3. Авторское свидетельство СССРзаявке й 2828352/24-07,И 02 К 29/02, 1979(54)(571 УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯВЕНТИЛЬНЦИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содержащее преобразователь частоты, цепиуправления ключей которого связаныс выходом многоканального датчикаположения ротора через управляемыйблок формирования сигналов правого и левого направлений вращения, первый управляющий вход которого подключен к выходу логической схемы"Исключающее ИЛИ", два входа которой связаны с выходом задатчика направления вращения и выходом триг"гера команд "Пуск." и "Стоп" соответственно, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения надежности, точности останова и уменьшениявремени торможения, оно снабженоблоком выявления ЭДС, пороговым элементом, входом, подключенным к выходу преобразователя частоты черезблок выявления ЭДС, и блоком памяти,выход которого подключен к второмууправляющему входу блока формирова"ния сигналов правого и левого направлений вращения, к информационному изадающему входам блока памяти подключены соответственно выход порогового элемента и выход триггманд "Пуск" и "Стоп",Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано в системах. и устройствах, где требуетсяэкстренное торможение, например .впозиционном приводе, в приводах робототехники и т.д.Известны вентильные электродвигатели с устройствами, обеспечивающимидинамическое и генераторное торможе"ние 1.Недостатком этих устройств тормо,жения вентильных электродвигателейявляется то, цто требуется дополни- .тельная установка силовых выпрями"тельных мостов в реле, коммутирующихсиловые цепи.Известен также вентильный электродвигатель, содержащий преобразователь частоты, управляемый от транс"форматорного датчика положения ротора с первицной обмоткой, подключенный через реверсивный элемент. Тормо"жение электродвигателя осуществляется противовключением 2.Однако данный электродвигательне обеспечивает автоматической блоки"ровки при нулевой частоте вращения,а поэтому не исключает вращения ротора в противоположном направлениипри торможении.Наиболее близким к изобретениюявляется устройство для управлениявентильным электродвигателем, содер"жащее преобразователь частоты, цепиуправления ключей которого связаныс выходом многоканального датчикаположения ротора через управляемыйблок формирования сигналов правогои левого направлений вращения, пер"вый управляющий вход которого подклю.чен к выходу логической схемы "Исключающее ИЛИ", два входа которойсвязаны с входом задатчика направле"ния вращения и выходом триггера ко"манд фПуск" и "Стоп" 31,Недостатками известного техничес"кого решения являются низкие надежность и точность, значительное время останова электродвигателя, вызван"ные наличием в устройстве интегрирующего каскада, связанного с Формирователем импульсов частоты, крат"ной частоте вращения, С помощью ин"тегрирующего каскада Фиксируется"нулевая" частота вращения ротораэлектродвигателя, после чего вентильный электродвигатель отключается,Однако точность Фиксации "нулевой" частоты вращения интегрирующим каскадом невысока и существенно зависитот величины момента инерции и момента нагрузки на валу вентильногоэлектродвигателя в момент торможения.При малых моментах инерции и большихмоментах нагрузки скорость изменениячастоты импульсов, кратной частотевращения, в районе "нулевой" часто ты вращения существенно выше, чемпри больших моментах инерции и малыхмоментах нагрузки. Учитывая, что визвестном техническом решении непредусмотрены средства для коррек" 15 ции параметров времязадающей цепи ин.тегрирующего каскада, моменты фиксации "нулевой" частоты вращения существенно различаются при различныхсочетаниях момента инерции и момен" 20 та нагрузки вентильного электродвигателя, Для обеспечения надежногофункционирования устройства оно должно быть настроено по самому быстро"текущему процессу, тогда при медлен"нотекущем процессе интегрирующий каскад Фиксирует "нулевую" частоту супреждением и отключает вентильныйэлектродвигатель от источника пита,ния в тот момент, когда он еще вра- ЗО щается, При этом время свободноговыбега может быть соизмеримо с временем торможения противовключением,цто увеличивает общее время остано"ва. Поскольку в зависимости от сочетания момента инерции и моментанагрузки на валу электродвигателявремя свободного выбега различно, тоневозможно точно остановить электродвигатель. При настройке устройствапо медленнотекущему процессу дляобеспечения меньшего времени выбегаоно не обеспечивает надежного останова при быстротекущем процессе торможения,.45Фиксирование "нулевой" частотывращения в известном устройстве про"исходит по уровню напряжения на вы"ходе интегрирующего каскада. На входинтегрирующего каскада поступают импульсы, частота которых поопооциональна частоте вращения и.кратначислу чувствительных элементов датчика положения ротора. Напряжение навыходе интегрирующего каскада пропор.ционально временному интервалу между 55 импульсами и обратно пропорциональносредней скорости вращения ротора наэтом интервале. При быстротекущемпроцессе торможения временной интер102937 О 15 20 25 вал между импульсами меньше по сравнению с интервалом между импульсамипри медленнотекущем процессе торможения в момент достижения "нулевой"частоты вращения, Это приводит к тому, что напряжение на .выходе интегрирующего каскада не достигает поро"га срабатывания при быстротекущемпроцессе и двигатель разгоняется впротивоположную сторону. Этим и объясняется ненадежная работа устройства.Цель изобретения - повышение на" дежности и точнОсти останова, уменьшение времени торможения. Поставленная цель достигается тем,что устройство для управления вентильным электродвигателем, содержащее преобразователь частоты, цепиуправления ключей которого связаныс выходом многоканального .датчикаположения. ротора через управляемыйблок формирования сигналов правогои левого направлений вращения, первый управляющий вход которого подключен к выходу логической схемы ".Исключающее ИЛИ", два входа которой связаны с выходом эадатчика направлениявращения и выходом триггера команд"Пуск" и "Стоп" соответственно дополнительно снабжено блоком выявле 0.ния, первый управляющий вход 6 кото рого подключен к выходу логической схемы "Исключающее ИЛИ" 7. К двум входам указанной логической .схемы подключены выход задатчика 8 направ" ленив вращения и выход триггера 9 команд впуск" и "Стоп". Устройство содержит также блок выявления ЭДС 10, вход которого подключен к выходу преобразователя частоты 1, а выход к пороговому элементу 11, блок памя" ти 12, выход которого подключен к второму управляющему входу 13 блока .5 формирования сигналов правого и ле. вого направлений вращения, к иифор" мационному 1 ч и задающему 15 входам блока памяти 12 подключены соответственно выход порогового элемента 11 и выход триггера 9 команд "Пуск" и "Стоп", и муфту торможения 16, уста" новленную в вентильном электродвигателе, цепь управления которой подключена к выходу блока памяти 12, Блок выявления ЭДС 10 для однополупериод" ного преобразователя частоты 1 может включать в себя ключи 17.1, 17.2, 17.3 (Фиг, 2), первые выводы которых являются входами, а вторые выводы объединены и представляют собой выход блока выявления ЭДС 10.Пороговый элемент включает в себяключей 3 подключены к выходу многоканального датчика М положения рота"ра синхронной машины 2 через управ" ляемый блок 5 формирования сигналов правого и левого направлений враще 55 ния ЭДС, пороговым элементом, входом,подключенным.к выходу преобразователя частоты через блок выявления ЭДС, и блоком памяти, выход которого подключен к второму управляющему входу блока формирования сигналов правого и левого направлений вращения, к информационному и задающему входам блока памяти подключены соответственно выход порогового элемента и выход триггера команд "Пуск" и "Стоп".На фиг,изображена блок-схема устройства для управления вентиль- ным электродвигателем; на фиг. 2- пример конкретного выполнения блока 45 выявления ЭДС для однополупериодного дреобраэователя частоты и порогового элемента; на фиг. 3 " диаграммы напряжений в узлах схемы.Устройство содержит преобразова тель частоты 1 (Фиг, 1), подключенный к синхронной машине 2 и включающий в себя ключи ,3. Цепи управления компаратор 18 и источник порогового напряжения. 19. Выход компаратора 18 представляет собой выход порогового элемента 11.Преобразователь частоты 1 осуществляет периодическое подклюцение секций якорной обмотки синхронной машины 2 к источнику питания. Управ" ляемый блок 5 формирования сигналов правого и левого направлений вращения. Формирует из сигналов многоканального датчика ч положения ротора сигналы управления для преобразователя частоты. Если уровень управляющего сигнала по первому управляюще" му входу 6 равен логической "1", то указанный блок 5 формирует сигналы управления, соответствующие направлению вращения вправо. Измене- . ние уровня управляющего сигнала по входу 6 приведено к формированию сиг. налов управления, соответствующих направлению вращения влево.Блок 5 формирования сигналов правого и левого направлений вращения Формирует сигналы управления только при наличии по второму управляющему входу 13 уровня логического "0", Приизменении уровня на втором управляющем входе 13 укаэанный блок 5 перестает Формировать сигналы управления дпя преобразователя частоты 1,Блок памяти 12 обеспечивает про" хождение и запоминание сигнала со входа 14 при наличии по входу 15 уровня логического "0". При наличии по входу 15 уровня логической "1 н соответствующего команде "Пуск", сиг нал со входа 14 не передается а на выходе принудительно устанавливает" ся уровень логического "0". Блок выявления ЭДС 10 обеспечивает подключение порогового элемента 11 к соот ветствующему выходу (или выходам) преобразователя частоты 1, когда секция (или секции) обмотки якоря синхронной машины 2, связанная с этим выходом (или выходами), не подключе О на к источнику питания.Устройство работает следующим образом. 50 При подаче сигнала "Пуск" на выхо 25 де триггера 9 команд "Пуск" и "Стоп" уст а на вливается уровен ь логи чес кой" 1" (с Фиг, 3). Этот же уровень присутствует на задающем входе 15 блока памяти 12 и на одном иэ входов логи 30 ческой схемы "Исключающее ИЛИ 7, При этом логическая схема "Исключающее .ИЛИ" 7 передает информацию с выхода задатчика 8 направления вращения без изменения, а на выходе блока памяти 12 устанавливается уровень логическо" 35 го "0". Сигналы с выхода многоканального датчика 4 положения ротора (се П,Ц,1 ) поступают на входы блока 5 Формирования сигнала правого и левого направлений вращения, где при наличии уровня логического "0" по второму управляющему входу 13 формируются сигналы управления задан ного направления вращения (1 с , ц "), Направление вращения задается сссзадатчиком 8 направления вращения, уровень логической "1" (Ц 7) на выходе логического элемента сИсключающее ИЛИ" 7 (Ц ) через логический элемент "Исключающее ИЛИ" 7 соответствует направлению вращения ротора вен тильного электродвигателя вправо, .Изменение логического уровня (11 т) на входе логической схемы "Исключающее ИЛИ" 7 и, следовательно, на уп равляющем входе 6 блока 5 Формирования сигнала правого и левого направлений вращения (сс,) обеспечивает формирование сигналов управления противоположного направления, Сигналы управления с указанного блока 5 поступают на управляющие цепи ключей 3 преобразователя частоты 1, Под действием этих сигналов преобразователь частоты "1 посредством ключей 3 периодически подключает секции якорной обмотки синхронной машины 2 к источнику питания.Ротор вентильного электродвигателя вращается в заданном направлении. При изменении .сигнала управления нареверс (Ь , момент времени 1 ) напервом управляющем входе 6 блока 5формирования сигналов правого и левого направлений вращения появляется уровень логического "О" (1 с), Блок 5 изменяет последовательность подачи управляющих сигналов на преобразователь частоты 1, который формирует последовательную комбинацию открытых состояний ключей 3, при которой ротор вентильного электродвигателя на интервале времени 1; -с. тормоэит 2 ся противовключением, а затем на интервале времени- разгоняется в противоположную сторону. В момент реверсаблок 5 формирования сигналов правого и левого направлений вращения не прекращает вырабатывать управляющие сигналы, так как на управляющем входе 13 не.изменяется сигнал (цс ) поступающий -с выхода блока памяти 12 (У ), Блок памяти 12 не изменяет своего состояния до тех пор, пока на выходе триггера 9 команд "Пуск" и "Стоп", а следовательно и на задающем входе 15 не установится уровень логического "0", соответствующий команде ссСтопсс и не поступит сигнал (У). с порогового элемента 11, свидетельствующий о наличии "нулевой" частоты вращения.При подаче команд "Стоп" (момент времени С ) на выходе триггера 9 команд "Пуск". и Стоп" устанавливается уровень логического "0" логическая схема "Исключающее ИЛИ" 7 начинает:работать в режиме инвертора и сигнал на ее выходе изменяет свойуровень. При изменении сигнала на управляющем входе 6 блок 5 формирования сигналов правого и левого направлений вращения формирует из сигна-лов датчика 4 положения ротора управляющие сигналы, под действием которых преобразователь частоты 1 Формирует последовательную комбинацию открытых состояний ключей 3, при которой вентильный электродвигатель переходит в режим торможения противо- включением. Этот режим позволяет наиболее быстро достичь "нулевой " час" тоты вращения (14.), При "нулевой" частоте вращения в секциях якорной обмотки синхронной. машины 2 не наводится электродвижущая сила. Напряжение между входом компаратора 18, подключенным через ключи 17,1, 17,2 и 17.3 к секциям якорной обмотки синхронной машины, и входом, подключенным к источнику порогового напряжения 19, изменяет свой знак и,на вы ходе порогового элемента 11 появля-. ется уровень логической "1". Этот сигнал запоминается блоком памяти 12 и под действием блок 5 формирования сигналов правого и левого направлений вращения прекращает вырабатывать управляющие сигналы, Электродвигатель останавливается.блок памяти 12 запоминает свое состояние до момента прихода команды "Пуск". Это необходимо для исключения произвольного запуска вентильного электродвигателя, Произвольный запуск возможен при наличии моментов на валу электродвигателя, которые вызывают качание или произвольное вращение ротора. При качании ротора в секциях якорной обмотки синхронной машины 2 наводится электродвижущая сила, величина которой может быть достаточна для переключения по- З 5 рогового элемента 11. Однако при таком переключении порогового элемен, та .11 его сигнал не изменяет состояния блока памяти 12, так как в режиме останова на его задаоцем входе 1 40 имеет место сигнал логического "0";Регулируя порог переключения поро" гового элемента 11, изменяя величину порогового напряжения 11 , можно изменять момент, отключения вентиль- ного электродвигателя в зависимости от величины частоты вращения. Для режима торможения с последующим остановом пороговый элемент 11 должен вырабатывать сигнал .при величине электро- движущей силы, равной. нулю, .что соот" ветствует "нулевой" частоте вращения ротора вентильного электродвига" теля.Для исключения свободных колебаний ротора вентильного электродвигателя в режиме останова в момент переключения блока памяти 12 после прохождения команды "Стоп," срабаты" вает муфта 16, которая обеспечивает механическую или электрическую фик" сацию ротора,При подаче команды Яуск" блок памяти 12 переключается, а муфта 1 б отключается, освободив ротор вентиль" ного электродвигателя, при этом работа устройства происходит по вышеописанному алгоритму.Изобретение повышает точность и уменьшает время останова вентильного электродвигателя за счет существенного уменьшения времени .свободного выбега после отключения вентильного электродвигателя от источника питания. Отключение вентильного электродвигателя от источника питания осуществляется в момент фиксации пороговым элементом 11 электродвижущей си" лы вентильного электродвигателя нулевой величины, т,е. когда ротор вентильного электродвигателя не вращается. Это позволяет практически свести к нулю время свободного выбега после отключения вентильного электродвигателя от источника питания и повысить точность останова за счет исключения непрогнозируемой величины времени свободного выбега. Использование изобретения также повышает надежность останова, исключив зависимость работы устройства от момента инерции и момента нагрузки на валу вентильного электродвигателя./5 Тираж 7 Подписное ВНИИПИ Госудэрственнрго комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва ЯРаушская наб. д, 4/5 илиал ППП Я ат ент", г, Ужгород, ул. Проектная,