Устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя

ОПИСАЗОБ РЕТ АВТОРСКОМУ СВИД оюз СоветскоцкалмсткческРеспублик) Донолннтель 1)М. Кл. Н 02 Р 5/06) Заявлено 07.04.77(21 соединением заявки Гасударственный рноритетпубликовано 25.05.8 а делам наебретен.7 18. 5 (088,8) ткрытн ата опубликован 2) Авторы кзобретени А. А Шароглазов В. П. Лянз(71) Заявитель ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ СКОРОСТИНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ВР Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу с широким диапазоном изменения скорости вращения двигателя, например, по управляющему сигналу.Известны аналогичные устройства,5 относящиеся по принципу действия к астатическим системам регулирования скорости электродвигателя с фазовым управлением 111. Недоствтки их обуслов1 О лены дискретностью фазового регулятора. В области номинальных скоростей эта дискретность мало сказывается на работе электропривода, твк квк электромагнитная и электромеханическая постоянные времени значительно больше интервала дискретности. Однако в области низких скоростей (0,1-1) об/мин ввл двигателя поворачивается скачкообразно и наблюдаются сбои в работе фазорегуляторв Наиболее близким к изобретению поехнической сущности яьпяется устройсто для стабилизации скорости вращения электродвигателя, содержащее блок управления скоростью, входы которого подключены к источнику управляющего сигналаи датчику положения ротора, и блок регулирования напряжения,двигателя 21,Недостатком этого устройства заяпочается в ограниченности диапазона регулирования скорости,Ыедь изобретения - расширение диапазона регудирования скорости двигателя.Это достигается тем, что в блрк управления скоростью известного устройст-,ва введены входной преобразователь,демодулятор, две пары дифференцирующихцепочек, две схемы задержки, цва триггера, две пары схем, совпадения. двасумматора и схема вычитания, входы которой соединены с выходами сумматоров,а выход - со ьходом блока регулированиянапряжения двигателя, причем выходывходного преобразователя и демодулятсра соединены со входами первой парысхем совпедения через первую пару дифференцирующих цепочек, со ьходами пер Рассмотрим вначале работу двух узлов: входного преобрезоветьпя 4 и линейного датчика 2 положения роторе с демодулятором 5. Первый узел представляет собой преобразоветвпь непря 50 жения в частоту, основанный не игттегрггровании ВхОднОГО сигнале не егО Вьгх=- де формируется напряжение пилообразной формье Т.т 1 тпеестоте импульсов этог; напряжения пропорциональна величине " а текушее значение напряжения Сгт св;. - зано с 0 через интегред Ц:111Линейный датчик 2 положения ротора представляет собой редуктосие;" рабттеТС 8ший в фазовом режиме,. т,. е, фазе еговь:хоНогэ цегеряжееп.я переменного токеЦЕТОНЕЛЕ ЕТО УГДТГ ПОот:Д -Та РОГОРЕНа,.;ТЕ -ЕДУктосиее включен Демо ттттдя . р,:ж.От,т,т ПрЕОтЕ.Зг."т СДВИГ фаЗЬТ ,ТЬЕХО,.,1:.СЕС - ЕПРЯтжэцтт." ОТНОСИТЕПЬНОТПОТ, РОГа В ЕВПР 5 гжЕЦТТЕ ПОСТОЯННОГО ТОКЕ.:.я ВЬГ:."., Е ДЕ;ттедудЯТОра 5 При ПОВОРЕТТ 3 РОТОРЕ РЕДУКТОСБНа фоРМИРУЕТСЯцат:; ", Т,ЕТЕЕ ПОСТОЯННОГО ТОКЕ О ос зи.Сект которого прог;.Орционадьна углуг.овороте и скачкообразно умееьт:еаетсгтДтт НУДЯ ПР:. ПЕРЕХОДЕ ЧЕРЕЗ НУЛЕВОЕ ПГпожегтеее т т оре оедукт ,ситеаТаким сбга Ом еее выходах преобреТов тт Едя 4 ЕГ Д ЕМ Одуцятвра 5 фсрПГртЮГСЯ Гти ПОООРЕЗНЬТЕ НатЕ 1 ЭЯжЕНИЯ ЧЕСТОТЬЕЕтоЕ 1 От Х СОТВГТ ТВУ 1ТРЕ" 11 й тт тТ-йСТВЕЕТТТПЬКОЙ С.СОРОСТЯЕЕ ДВИГЕТЮЕЯ Е Напряжение на Выходе модуляторе 5 углово еу положению его роторе,При ске;.,кооразное е 1 езменении напри=жееи:;,. О,от максимального значениядо егудя не Выходе диуф ренпируюшейВепочкее 6 формируется короткий сиюгроимпудьс О, ЗТПЕТ; жЕ ПЕРЕПаДОМ Наг.:рттжеегия О запускается схема 8,котОраЯ в.з,.1 эебсзтьеваеГ гзк 1:Ег иььеудьстЕЕЕт, ;.;жтъТЕИ; 1 Т ттфТтстсъЧТ 1 ЕРУЮттцегь 10 формирует по зсгенему фронтуТЕТЕЕГЕ.:.ЬС;В 1-1 т ттгцуЛЬСЕЕ О ЗЕДЕр-"жЕК.Т,.Е СТПОСИТЕПЬНО гТКЕГГуПЬС-.В 13. НаъозовЛееа 1 еогвчно фор:еирук гся имп,:тьс:,ес 1, г: 1,1, не выходе дифферекдце"утодихт;ЕПГТЧЕК " 1 Т: ПО г ЕрЕТЕЕД 1 ПряцГЕНЕЕя11 О, Импульсы Ог с ВЫходе дифДеереециреое;ей цеТеочки 1: ;ест"ггеают:е Сход Е С ВЫХОДЕ ДттйбЕРЕЕГ; ИрутОШЕЙ ИЕПОЧКИ т, ПЕ ВХОД ТрИГГЕ",:, - , ",:,О; ВОЗДЕТЬГВИЕМ ЭТ 6;: ИМПУЛЬсов;.риггер 12 перегдючас.;.,и., формгОЯ НЕ ВЬттГ Ода, НаПРЯжЕЯ;: - . - Т,Т И О ,11фт)ОЕЧЬЕ КО;:-,РЬ.Х СМЕЩЕНЬ, Ца ВРЕМЯ Г.тОТ ЕЕОС;,Етт;.,Но фрОНТОЕ НаттВЯГГЕцнйЕ И1,;-ЗаМвптЕЦЕГЯ . 1 ВРЕ ГЕН;т. Г-УГЕЬС,ВЬГГ д., СТЕ ЕЕЕ-Е ;. ИЕГГЕГ ТСЬ. ОсГ:тЕтсцЕИЕ На. ВХОД СХЕМЬГ Е Сов=т,адттт-,т. Поу;От,Гу На ВЬтХтдп СХЕМЫ 14тЕМЕГ:.,ТЕЬСОВ Н - :,. Н На ВХОт Р ТГТИГЕ ЕРВТ; утчег, . Не пгфступее 1,,т т ЕДОГИтЕЕтО К ЫПУДЬС ЬЕ Ц, С ВЫХодасхемь: 7 не совпадают во времени симп.:;саьтгт 0поэтому це вход Бтриггре 5 импульсы не подеются ипсаео 1 ее;ве "-тото трие гере зависит стПрЕДЫт ТОрт.,Г ЭабОТЬГ трОйСтВа. ДЛЯ Са ь 7363 крашения чертеж (см. фиг. 2) импульсы Оизображены вверх, а импульсы/О вниз относительно оси времени. Аналогично изображены напряжения 01 г и От е О и О э .4 и г5гПусть, например, в момент времени =0 было включено напряжение питания и триггер 16 занимал неблагоприятное с точки зрения длительности переходного процесса пс/ложение, при котором выдается напряжение О, с инверсного выхода (см, фиг. 2), Так как на входы Н и э импудьсы не поступают, то триггер сохраняет свое состояние. Напряжение О., подготавливает схему 15 совпадения 16 к открыванию. При поступлении с триггера 12 импульсов напряже/ния Она выходе схемы совпадения 16 формируются импульсы напряжения О переменной длительности с нормированной 20 амплитудой, равной максимальному значению Онапряжений О и О,/Напряжения О и Оос суммируются сумматором 18, с выхода которого снимается напряжение О г25 Так как Ог =О, то схема 17 закрыта и напряжение 0=0. Поэтому Выходное напряжение сумматора 19О=О,+ О=О, что и доказано на фиг,2.ЗОИз-за уменьшения фазового сдвига напряжений О и Оо относительная длиостельность импульсов О постепенноуменинается, Вследствие этого среднеезначение напряжения О уменьшается,а среднее значение напряжения 04 остается постоянным. Вычитатель 20 выделяетразность А О =. О 1- О г напряжений Ои Ог Из фиг, 2 видно, что напряжения40О, Ог имеют зубчатую, а напряжение д О гладкую форму. В рассматриваемом режиме ОгО 4, поэтому дОимеет отрицательную полярность. Выходное напряжение Ор блока 3 пропор 45ционально величине дО, а моментдвигателя М, в свою очередь, пропорционален напряжениюО . Знак Величин Ор и М совпадает со знаком ЬО.Так как ВО сО, то и М(0, т.е. дви 50гатель развивает тормозной момент. Поддействием этого момента скорость двигателя снижается от первоначальногозначения -Й. , Списанный режим продолжается до тех пор, пока не возникнет55ситуация, при которой в промежутке между двумя скачками напряжения Оос появпяется два скачка напряжения О.п (по.казано пунктиром на фиг. 2) в третьем периоде напряжеш 1 я ОосПри этом1между двумя им 1 Гпьс,ми О /. с Выходасхемы 11 проходят два импульса с вы.хода схемы 6 и соответствуюшие им дваимпульса дифференцируюшей цепочки 10/О с Вь:хода. Первый из этих импульсов устанавливает триггер 12 по входуВ, но не совпадает с импульсом О. 1,а второй импульс О совпадает с импульсом О / в момент времени(пока 2.зано на фиг. 2 вертикальным пунктиром),При этом на выходе схемы 14 возникаетимпульс, устанаы/иваюший триггер 15 повходу Я, т.е, В момент Времени 1;риггер 15 переключается, и на прямомвыходе его появляется напряжение О, г,/а От становится равным нупоСхема 16 закрывается, а схема 17подготавливастся к открыванию и припоступлении очередного импульса О .на ее выходе формируется импульс напряжения О. С выхода сумматора 19снимается сумма напряжений О О и+ О 1На Выходе сумматора 18 напряжение равно Ог О Ос, Разность напРЯжений=О-О г имеет положительный знак и нарастает вследствие увеличения разностифаз Лмежду напряжениями Ос/и иОос, Напряжение Ор и мсмент Миме.от положит;.льный знак вследствиечего скорость .;В-.гатепя возрастает.В ь.смент Времени 1.разность фазАЧ =- 180и напряжение дО скачкомуменьы/бьется, а .:;.,Тем вновь нарастает,Таким образом. ,скорость двигатечя плавно подходит к своему установившемусязначению с/., В момент времени 14На этом закйкчивается переходный процесс. Ес-:и начальное положение триггера 15 будет про."и-:.Опы ожным рассмстренномуэ то скорость ср "зу начнет Возрастать от значения .й, и достигнетзаданной веди" ины Л за бопее корот-"с/кий промежуток Времени,С момента времени , начинается режим стабидиза/цц/. скорости, при котсрок. частоты напряжений О и ь 1 О равны между собсй. Напряжение дО пропорциональю сдвигу фаз д Ч напряжений О цр и О р который зависит от нагрузки двигатспя. Например, с возрастанием нагрузки угол В М увеличивается, вследствие чего увеличиваются Ь О О Р и Мр который компенсирует нарастание нагрузки двигателя. Следовательно предложенное устройство обеспечивает астатическую стабилизацию скорости относительно напряжения О7 73831а погрешность стабилизации скоростиотносительно сигнала О равна погрешности преобразователя напряжениеас афДопустим, что по каким пибо причинам в момент времени 1 скоростьдвигателя возросла выше значения й.т.При этом вследствие уменьшения разности фаз 6 Ч напряжение ь Ч начнетуменьшаться. Если равновесие не восста- Оновится, то наступит ситуация, при которой два скачка напряжения О, последуют в промежутке между двумя скачками напряжения 0 . При этом схемасовпедения 13 зафиксирует в момент 15времени 1 6 совпадение импульса Осс выходе схемы 13 и подает импульс навход 5 триггера 15, который переключится. Вследствие этого на выходе схемы 16 формируются импульсы напряжения О, длительность которых постепенно возрастает из-за изменения Ь МСумматор 18 формирует напряжение ОО+ Оос, е сумматор 19 вырабатываетнапряжение О= О. Так как ООто ьЧ=О-О(Ои двигатель тормозится,причем величины д О и тормозного момента нарастают. Продолжение режимапосле момента времени 1 7 показано нафиг, 3. Постепенно скорость й. становится ниже стабилизируемого значения,а частота напряжения Оос меньше частоты напряжения О и неизбежно возникает ситуация (см. фиг. 3 в четвергомпериоде О о ), при которой между дву- З 5мя скачками напряжения Оо проходитдва скачка напряжения О . При этомсхема 14 фиксирует совпадение импульсов Ос и 0 и переключает триггер15 в момент времени с, . Посде эго- )Ого возникнет вышеописанный режим разгона двигателя с последующим режимомстабилизации,45Рассмотрим режим первоначального пуска двигателя, когда частоте 1 напряжения О, намного меньше частотыоснапряжения О (см. фиг. 4).В течение первого периода напряжения56 Оо размещается несколько периодов напряжения О. Триггер 12 устанавливается по входу й в положение выдачи напряжения О, . Поэтому в конце первого периода напряжения О55 триггер 15 устанавливается в положение выдачи напряжения О, в результате чего на выходе схемы 17 формируются импульсы напряжения О . С выхода 8 8сумматора 19 снимается напряжение О=ООГ 1+Ое с выходе сумматора 18 - напряжения О,: О . Разность этих напряжений д О = О - Ов отличие от фиг. 2 имеет не гладкую, а зубчатую форму, поэтому двигатвпь разгоняется с переменной скоростью до момента времени 1, после которого плавно достигает установившегося значения.Из сказанного видно, что во всех случаях скорость двигателя установившегося значения, точно пропорционального частоте 1импульсов выходного напряжения интегрирующего преобразоватедя. Скорость двигателя синхронизируется так же, как в известных устройствах частотой 1, . В отличие от известных в предложенном устройстве имеется синхронизация угдового положения роторе с помощью линейного датчика 2 и блока аналого-дискретной синхронизации. Это расширяет диапазон регулирования скс рости и повышает равномерность вращения веда двигателя.Формула изобретенияУстройство ддя стабилизации скоростивращения электродвигателя, содержащееблок управления скоростью, вход которогоподсоединен к источнику управляющегосигнале и датчику положения ротора двигателя, и блок регулирования напряжениядвигателя, о т л и ч а ю ш е е с я тем,что, с целью расширения диапазона регулирования скорости двигателя, в блок управ-ления скоростью введены входной преобразователь, демодулятор, две пары дифференцирующих цепочек, две схемы задержки,два триггера, две пары схем совпадения,два сумматора и схема вычитания, входыкоторой соединены с выходами сумматоров, е выход - со входом блока регулирования. напряжения двигателя, причем выходы входного преобразователя и демодулятора соединены со входами первой парысхем совпадения через первую пару дифференцируюших цепочек, со ьходами первоготриггера - через схемы задержки и вторую пару дифференцируюших цепочек и совходами сумматоров, вторые входы которых соединены с выходами первого триггера через первую пару схем совпадения,второй триггер и вторую неру схем совпадения, соединенную другими входамис выходами первого триггере,9 Источники ивормации,принятые во внимание при экспертизе 1, Трахтенберг Р. М. Астатические дискретные системы электропривода38 МВ 10постоянного тока. Электричество М 4,1972, с. 47-53.2, Авторское свидетельство СССРЮ 474891, кл. Н 02 Р 5/06, 1971,