Устройство для управления вентильным электродвигателем

. 1981.НИЯ ВЕН ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕТИЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится к электротехнике,а именно к регулируемымвентнльным электродвигателям и можетнайти применение в системах и устройствах,где требуется экстренное торможение, например в позиционном приводе,в приводах робототехники и т.д.Цельюизобретения является повышение точности и уменьшение времени останова.При вращении синхронной машины 1 иналичии команды "Стоп" на входе триггера команд 18 снимается блокировка с блока памяти 19, управляемый блок 9 формирования сигналов правого и левого направлений вращения формирует сигнал на перевод электродвигателя в режим противовключения и последний эффективно тормозится. В момент изменения направления вращения при первой смене информации в каналах датчика 2 положения ротора после реверса происходит совпадение информации на входах цифрового компаратора, входящего в формирователь 24 сигнала изменения направления вращения. При этом на выйоде последнего появляется импульсный сигнал, длительностью, равной длительности такта коммутации который поступает на информационный вход 34 блока памяти. При этом управляемый блок 9 формирования сигналов правого и левого направлений вращения запрещает прохождение сигналов с датчика 2 положения ротора на управление преобразователем 6 частоты и вентильный электродвигатель останавливается.4 ил.Изобретение относится к электротехнике, а именно к регулируемым вентильным электродвигателям, и может найти применение в, системах и устройствах, где требуется экстренное торможение, например в позиционном приводе, в приводах робототехники и т,д,Цель изобретения - повышение точности и уменьшение времени останова.На фиг. 1 представлена Функциональная схема устройства для управления вентильным электродвигателем; на фиг. 2 - принципиальная схема формирователя сигнала изменения направления вращения; на фиг. 3 - принципиальная схема Формирователя импульсов частоты, кратной частоте вра. щения; на фиг. 4 - диаграммы напряжений в узлах функциональной схемы по фиг. 1 (где П - напряжения в одноименных. узлах схемы,- время),Устройство для управления вентильным электродвигателем, выполненным в виде синхронной машины 1 (Фиг. 1), на валу которой установлен ш-канальный датчик 2 положения ротора (например, с тремя выходными каналами 3 - 5), содержит преобразователь 6 частоты, к выходам 7 которого подклю чена трехфазная якорная обмотка синхронной машины 1, а цепи 8 управления ключей преобразователя 6 частоты связаны с каналами 3 - 5 датчика 2 положения ротора через управляемый блок 9 формирования сигналов правого и левого направления враще ния, первый управляющий вход 10 которого подключен к выходу 11 логической схемы 12 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (уп" равляемый реверсор), к первому входу 13 и второму входу 14 которой подключены соответственно выход 15 задатчика 16 направления вращения и выход 17 триггера 18 команд "Пуск" и "Стоп", кроме .того устройство также содержит блок 19 памяти, подготавливающий вход 20 которого подключен к выходу 17 триггера 18 команд "Пуск" и "Стоп" а выход 21 соединен с вторым управляющим входом 22 управляемого блока 9 Формирования сигналов правого и . левого направлений вращения, формирователь 23 импульсов частоты, кратной частоте вращения, подключенный входами к выходам ш-канального датчика 2 положения ротора, Формирова,етль 24 сигнала изменения направле О выходами 3 - 5 ш-канального датчика2 положения ротора, его выходы 40 -20 25 45 50 55 ется выходом формирователя 23 импуль 30 35 40 ния вращения (Фиг. 2), содержащийш-канальный и-разрядный регистр 25сдвига и блок 6 сравнения с 2 швходами .27 - 32, выход 33 которогосоединен с информационным входом34 блока памяти (Фиг, 1). Тактирующий вход 35 ш-канального и-разрядного регистра сдвига связан с выходом 36 Формирователя импульсов частоты, кратной частоте вращения, егош информационных входов 37 - 39 - с 42 - с первыми 27 - 29 входамиблока 26 сравнения, вторые входы 3032 которого подключены к выходам3 - .5 ш-канального датчика 2 положения ротора. Причем ш-канальный иразрядный регистр 25 сдвига (фиг. 2) может быть выполнен на ш группах изи последовательно соединенных В-триг.геров, при этом информационный входкаждого П-триггера в каждой группе,кроме первого, подключен к выходупредыдущего Э-триггера. Блок 26 сравнения может быть реализован, например, как цифровой компаратор с 2 ш входами или как ш логических схем совпадений, выходы которых подключены к входам ш-входового логического сумматора.Датчик 2 положения ротора может быть любого типа, например индуктивный с подмагничиванием. В его каналах 3 - 5 формируются сигналы о положении ротора синхронной машины 1, смещенные, в данном случае, друг относительно друга на 2 Г )3. Длительность каждого сигнала соответствует угловому повороту ротора на 9формирователь 23 импульсов частоты, кратной частоте вращения, может содержать логический мажоритарныйэлемент 43, подключенный тремя входами к выходам 3 - 5 каналов датчика 2 положения ротора. Прямой и инверсный выходы элемента 43 связаныс входами логической схемы И 44через одновибраторы 45 и 46 короткихотрицательных импульсов, вырабатываемых либо по передним, либо по задним фронтам выходных сигналом логического мажоритарного элемента 43.Выход 36 логической схемы И 44 являсов частоты, кратной частоте враще" ;ния. При вращении ротора электродвигателя в моменты смены информации3 12594в каналах 3 - 5 датчика 2 положения ротора происходит появление коротких отрицательных импульсов на выходе 36 формирователя 23, и длительность их выбирается несколько больше длительности смены информации в каналах 3 - 5 датчика 2 положенияротора,Преобразователь 6 частоты осуществляет периодическое подключение секций якорной обмотки сихронной машины 1 к источнику питания.Управляемый блок 9 формированиясигналов правого и левого направления формирует из сигналов трехканаль ного датчика 2 положения ротора сигналы управления преобразователем 6частоты. Если уровень управляющегосигнала по первому управляющему входу 10 равен логической "1", то блок 209 формирует сигналы управления, соответствующие направлению вращениявправо. Изменение уровня управляющегосигнала по входу 10 приводит к формированию сигналов управления, соответствующих вращению влево,Блок 9 Формирует сигналы управления только при наличии по второму. управляющему входу 22 уровня логического "0", При изменении логического З 0уровня на втором управляющем входе22 прекращается формирование блоком9 сигналов управления преобразователем 6 частоты.Блок 19 памяти обеспечивает про хождение и запоминание сигнала с входа 34 при наличии на входе 20 уровня логического "0". При наличии на входе 20 уровня логической "1" соответствующей команде "Пуск", сиг нал . с входа 34 не передается, а на выходе принудительно устанавливается .уровень логического "0",Устройство функционирует следующим образом. При нали 1 чии сигнала "Пуск" П, (фиг. 4) на выходе блока 19 памяти принудительно присутствует уровень логического "0", а при наличии уров ня логического "0" на первом управляющем входе 10 (Пю ) управляемый блок 9 формирования сигналов правого и левого направлений вращения формирует сигналы управляющие преобразователем 6 частоты для вращения влево. При этом внутренняя обратная связь по частоте вращения разорвана и не 62влияет на работу вентильного электродвигателя.Предположим, что в момент времени(фиг, 4) подается команда "Стоп".При этом снимается блокировка с блока 19 памяти и управляемый блок 9формирования сигналов правого и левого направлений вращения начинает формировать сигналы для вращения вправо,поскольку на его первом управляющемвходе 10 появляется соответствующийединичный потенциал П,о, а на второмуправляющем входе 22 сигнал 0 неизменяется, Вентильный электродвигатель переходит в режим противовключе.ния и, продолжая вращаться влево,эффективно тормозится на интервалевремени Г 1 - Г . При этом на соответствующих информационных входах37 - 39 ш-канального и-разрядногорегистра 25 сдвига присутствует информация о текущем положении ротора,а на соответствующих выходах 40 - 42старших разрядоЬ - информация, отстающая от текущей на два такта коммутации в каналах 3 - 5 датчика 2 положения ротора, Запись информации в регистр 25 сдвига осуществляется позадним Фронтам коротких отрицательных импульсов П(П ) Формирователя23 частоты, кратной частоте вращения,поступающих на тактирующий вход 35 .регистра 25 сдвига сразу же за сме-.ной информации в каналах датчика 2положения ротора. При вращении ротора синхронной машины 1 в любом направлении информация на соответствующих информационных входах Пи выходах П , регистра 25 сдвигане совпадает, поэтому при ее поступлении на входы блока 26 сравнения(цифрового компаратора) на его выходе 33 "Совпадение" отсутствует единичный логический ровень П э,В момент времени Г (фиг. 4) вентильный электродвигатель останавливается и начинает вращение в противоположную сторону (вправо),а в момент времени Г при первой сменеинформации в каналах датчика 2 положения ротора после реверса происходит совпадение информации на входах А(Г 1 о - П) и ВЯ 2 - Угу)блока 26 сравнения (цифрового компаратора), так ка.". относительно момента реверса происходит зеркальноеповторение в обратном порядке текущей информации в каналах датчика 235 5 12594 положения ротора (Б- 1, а зеркальное повторение в обратном порядке информации на выходах 40 42 ш-канального п-разрядного ре, гистра 25 сдвига Ш - Б) начинаетпроисходить в обратном порядке с запаздыванием в пределах от одного до двух тактов коммутации отно.сительно истинного момента реверса в момент времени 1. Это приводит. к 1 О появлению на выходе 33 блока 26 сравнения положительного сигнального импульса Б. смены направления вращения длительностью, равной длительности такта коммутации. Указан ный импульс поступает на информационный вход 34 блока 19 памяти и переводит его выход в единичное состояние (Б, ). Управляемый блок 9 формирования сигналов правого и ле вого направлений вращения запрещает прохождение сигналов с датчика 2 положения ротора на цепи 8 управления ключей преобразователя 6 частоты, и отключенный вентильный 25 электродвигатель останавливается. При останове вентильного электродвигателя, вращающегося вправо, процессы в устройстве протекают аналогично. 30При наличии в вентильном электродвигателе муфты торможения она может использоваться для фиксации вала синхронной машины 1. Цепи управления муфтой подключаются к выходу 21 блока 19 памяти и включают муфту на фрикционное трение в момент появления единичного логического уровня Б, на выходе блока 19 памяти.Такое управление муфтой торможе ния резко уменьшает ее износ, поскольку фрикционные колодки муфты , торможения накладываются в момент времени, когда скорость вращения вентильного электродвигателя практи чески равна нулю.Точность фиксации изменения направления вращения определяется только конструкцией датчика 2 положения ротора и не зависит от величины момента инерции и момента нагрузки, В частности, в электродвигателе с числом пар полюсов р = 2 с двухполуаериодным преобразователем частоты точность фиксации изменения направ- .55 ления вращения в любом направлении не превышает угловой длительности одного такта коммутации, что состав 62 Ьляет Т /3 (и/6 геом,рад.), Это позволяет практически свести к нулю время свободного выбега после отключения вентильного электродвигателя от источника питания, так как за один такт коммутации вентильный электродвигатель не развивает значительной частоты вращения, повысить точность останова за счет исключения непрогнозируемой величины времени свободного выбега.1Таким образом, изобретение позволяет значительно повысить точность и уменьшить время останова вентильного электродвигателя по сравнениюс известными устройствами за счетдоведения точности определения нулевой частоты вращения до разрешающей способности используемого датчика положения ротора. Формула изобретения Устройство для управления вентильным электродвигателем, содержащее преобразователь частоты, цепи управления ключей которого связаны с выходом ш-канального датчика положения ротора через управляемый блок формирования сигналов правого и левого направлений вращения, первый управляющий вход которого связан через управляемый реверсор с выходом задатчика направления вращения и триггера команд нПуск" и "Стоп", блок памяти, подготавливающий вход которого подключен к выходу триггера команд иПуск" и "Стоп, а выход связан с вторым управляющим входом управляемого блока формирования сигналов правого и левого направлений вращения, формирователь импульсов частоты, кратной частоте вращения, входом подключенный к выходу ш-ка-нального датчика положения ротора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и уменьшения времени останова, управляемый реверсор выполнен в виде логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которой связан с первым управляющим входом управляемого блока формирования сигналов правого и левого направлений вращения, а первый и второй входы - с выходом эадатчика направления вращения и выходом триггера команд "Пуск" и "Стоп" соответственно, дополнительно введен формирователь сиг1259462 Фиг,2 нала изменения направления вращения, содержащий ш-канальный и-разрядный регистр сдвига и блок сравнения с 2 ш входами, выход которого соединен с информационным входом блока памяти, при этом тактирующий вход ш-канального и-разрядного регистра сдвига связан с выходом формирователя импульсов частоты, кратной часто-.те вращения, его ш информационныхвходов - с выходами ш-канального датчика положения ротора, его выходы - 5 с первыми ш входами блока сравнения, вторые ш входов которого подключены к выходам ш-канального датчика положения ротора.1259462 27 г 2 э ЬъЪ оставитель А.Бабакехред Л.Сердюкова КорректорМ.Максимишинец,Редактор О.Бу 56 аказ наб д,Проектная, 4 риятие, г. Ужгоро роизводственно-полигра ическое 92 2 У цл з Тираж 631НИИПИ Государственнопо делам изобрете 113035, Москва, ЖПодписноекомитета СССи открытийРаушская