Устройство для реверсивного управленияэлектродвигателем постоянного toka

Союз Советских Социалистических РеслубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ н 11832687(51)М. Кл.з с присоединением заявки йо Н 02 Р 1/18 Государственный комитет ССС Р но делам изобретений и открытий(53) УДК 621. 314. 632 (08 У. 8) Дата опубликования описания 250581(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕВЕРСИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах постоянного тока.По основному авт. св. Р 577631 известно устройство для реверсивного управления электродвигателем постоянного тока, содержащее блок питания, блок опорйого напряжения, двухполупериодный тиристорный выпрямитель, формирователь импульсов, логический блок и формирователь сигналов малой скорости. Выход формирователя сигналов малой скорости подключен через логический блок к формирователю импульсов, а один иэ выходов блока опор ного напряжения подключен к синхронизирующему входу формирователя сигналов малой скорости.Известное устройство позволяет получить одинаковый пусковой момент 20 при большей и меньшей частоте вращения электродвигателя 1 1. Недостатки известного устройства заключаются в следующем:а) в связи с постоянным числом полйериодов напряжения в группе в режиме малой скорости величина максимального момента на валу электродвигателя зависит от колебаний вели. чины питающего напряжения и может оказаться недостаточной для перемещения рабочих органов систеьы, в которой примеНено известное устройство;б) в связи с постоянным числом полупериодов напряжения в группе в режиме малой скорости и большим разбросом величины момента,трогания (статического момента сопротивления) в различных реальных. системах время разгона электродвигателя, определяемое,интервалом между моментами трогания электродвигателя и окончания последнего полупериода в группе, может оказаться либо недостаточным для достижения необходимой величины малой скорости, либо излишним, что приводит к превышению необходимой величины скорости;в) число полупериодов в группе необходимо устанавливать при настройке каждого конкретнбго устройства, но это не устраняет полностью указанных недостатков в связи с изменением параметров устройства при эксплуатации, и крОме того, не позволяет обеспечить нар;ежную защиту электродвигателя от перегрузок в режиме малой скорости, так как каждому числу полупериодов в группе должнасоответствовать своя величина тока уставки в элементе защиты.Цель изобретения - улучшение стабилизации,частоты вращения и автоматическая тепловая защита электродвигателя.Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены элемент задержки, триггер, формирователь, элемент совпадения, реверсивный счетчик, преобразователь код-напряжение, компаратор, пороговый 1 элемент, схема формирования, усилитель, измеритель среднего значения величины тока электродвигателя,. блок контрольной нагрузки, первый и второй. формирователи периода сигнала, 15 выход второго формирователя периода сигнала подключен к одному дополнительному входу формирователя. сигналов малой скорости, а вход - к выходу преобразователя код-напряжение, 20 причем выход этого преобразователя также подключен к одному из входов компаратора, второй вход которого подключен к выходу усилителя а третий - к выходу схемы Формирования, причом выход схемы формирования подключен к второму входу усилителя, другой вход которого подключен к выходу блока контрольной нагрузки, причемвыход контрольной нагрузки также подключен к входу измерителя среднего значения величины тока электродвигателя, выход которого. подключен к входу первого формирователя периода сигнала, который своим выходом связан с другим дополнительным входом формирователя сигналов малой скорости, причем выход компаратора подключен к входу порогового элемента, выход которого связан с .одним из входов реверсивного счетчика и 40 одним из входов триггера, другой вход которого подключен к выходу элемента задержки, вход которого подключен к выходу формирователя, причем выход формирователя также подключен к одному из входов элемента совпадения, другой вход которого подключен к выходу триггера, а выход - к одному из входов реверсивного счетчика,.выход которого подключен ко входупреобразователя код-напряжение, причем выход формирователя сигналов малой скорости и входы схемы формирования и формироваТеля связаны между собой, а блок контрольной нагрузки подключен между электродвигателем и выходом управляемого тиристориого .выпрямителя.На чертеже представлена блок-схема устройства.Устройство содержит электродвига- щ тель 1, двухполупериодный тиристорный выпрямитель 2, блок 3 питания электродвигателя, блок 4 опорного напряжения, формйрователь 5 импульсов управления тиристорами, логический блок б, 65 формирователь 7 сигналов малой скорости, блок 8 контрольной нагрузки, усилитель 9, измеритель 10 среднего,значения величины тока двигателя, элемент 11 совпадения (схема И), триггер 12, элемент 13 задержки, реверсивный счетчик 14, преобразователь 15 код-напряжение, компаратор 16, пороговый элемент 17, первый 18 и второй 19 формирователи периода сигнала, схему 20 формирования и формирователь 21. Формирователь 7 сигналовмалой скорости содержит два одновибратора 22 и 23.Устройство работает следующим образом,Правое или левое вращение электродвигателя 1 задается двухполупериодным управляемым тнристорным выпрямителем 2. Между выпрямителем 2 и двигателем 1 включен блок 8 контрольнойнагрузки, через который проходит токэлектродвигателя. РОль контрольной нагрузки играет точное сопротивление, контрольная нагрузка также может бытьвключена между электродвигателем иобщей точкой питающего напряжениядвигателя.Выпрямитель 2 состоит из четырехтиристоров. Правое или левое вращение двигателя определяется работойтой или другой пары тиристоров, Управление каждой из пар тиристоровосуществляется сигналами, поступающими с формирователя 5,В случае применения электродвигателя с параллельным возбуждениемвместо выпрямителя 2 может быть применен управляемый выпрямительныймост из четырех тиристоров, в диагональ которого включается обмоткаэлектродвигателя. Питание выпрямителя 2 осуществЛяется от блока 3 питания электродвигателя переменнымсинусоидальным напряжением, синхронизированным с напряжением питающейсети. На два входа формирователя 5импульсов управления с блока 4 опорного напряжения поступают сдвинутыеотносительно друг друга на 180 переменные напряжения, синхронизированные с напряжением сети.Формирование импульсов управлениятиристорами происходит по двум .каналам. Первый канал предназначен дляформирования импульсов управления,синхронизированных с положительньвщполуволнами питающего напряжения,второй канал - для формирования импульсов, синхронизированных с отрицательными полуволнами. Импульсы напряжения формируются в формирователе5 в моменты перехода напряжения сетичерез ноль и,по форме близки к прямоугольным. Режим формирования импульсов задается логическим блоком б, на выходе которого сигнал, разрешающий формирование, можеТ быть нли постоянным или может поступать в течезначения тока при переходном процессе в начальный период после подачи напряжения на неподвижный двигатель.Конкретная величинаопределяется в зависимости от параметров электродвигателя, статических и динамических параметров нагрузки, частоты и напряжения питающей сети.С выхода усилителя 9 усиленноенапряжение, пропорциональное мгновен" ным значениям тока электродвигателя, замеряемым в укаэанный период време ни, поступает на вход 1 компаратора 1 б. Состояние реверсивного счетчика 14 определяется сигналаМи, поступаю" шими на его входы 1, и 2. Счетчик выполнен с управлением направления счета от сигналов счета, таким образом, что единичный сигнал на входе 1 вызывает уменьшение содержимого счетчика на единицу, а сигнал на входе 2- увеличение на единицу, В счетчике запрещены переполнение и переход в режимсчета в обратном коде, таким образом минимальному значению содержимого счетчика соответствует нулевое значение содержимого счетчика, которое определяется максимальным числом полупериодов напряжения питания электродвигателя в группе. Выходы всех разрядов :четчика 14 подключены к входам преобразователя 15 код" напряжение, на выходах которого образуется напряжение, пропорциональное, значению содержимого счетчика. Иаксимальному значению напряжения на выходе преобразователя 15 соответствует максимальное число полупериодов напряжения питания электродвигателя в группе. Напряжение с выхода преобразователя 15 подается на вход 2 компаратора 16 и вход второго Формирователя периода сигнала.Таким образом, состояние счетчика 14 однозначно определяет длительность импульса сигнала малой скорости с выхода формирователя 7 и, соответственно, число полупериодов,питаюние определенных интервалов с определенной частотой повторения. На входы блока б поступают сигналы с формирователя 7 сигналов малой скорости, а по линиям 24 и 25 от внешнего устройства - сигналы выбора скорости.Формирователь 7 сигналов малой5 скорости состоит из двух одновибраторов.Одновибратор 22 работает в режиме деление частоты опорного напряжения 30 синхронизированного с сетевым напряжением и подаваемого от блока 4. Коэффициент деления частоты опорного напряжения и, следовательно, период следования импульсов этого вибратора меняется в зависимости от уровня напряжения на выходе первого формирователя периода сигнала.Одновибратор 22 работает синхронно с одновибратором 23, но длительность его импульсов определяется величиной напряжения, 20 подаваемого на один из его входов от второго формирователя 19 периода сигнала. Сигналы выбора скорости подаются на логический блок б от внешнего устройства по линиям 24 и 25. д 5 При выборе большой скорости по линии 24 подается сигнал единичного уровня, а по линии 25 - нулевого. При этом на выходе логического блока б уровень выходного сигнала постоянен и являстся. разрешающим для работы формирователя 5, с выхода которого импульсы, синхронизированиые с полупериодами напряжения питания, постоянно поступают на выпрямитель 2. В результате этого на электродвигатель постоянно подается двухполупериодное выпрямленное напряжение и электродвигатель работает в режиме большей скорости. При выборе мень-. шей скорости по линии 24 подается 40 сигнал нулевого уровня, а по линии 25 - единичного. В этом случае сигнал на выходе логического блока имеет форму прямоугольных импульсов, длительность и период повторения ко торых повторяют соответствующие параметры сигналов с выхода формирователя 7. В течение времени, определяемого длительностью импульсов разрешающего уровня с выхода логического блока б, на выходе формирователя 5 появляются импульсы управления тиристорами.В паузе между импульсами разрешающего уровня с выхода логического блока б импульсы управления тиристорами в формирователе 5 не образуются. Соответственно этому на электродвигатель подается напряжение в виде групп полупериодов выпрямленного напряжения, повторяющихся через определенные промежутки времени. МКонтроль за наличием вращения электродвигателя и поддержание величины скорости вращения в определенных пределах (в режиме малой скорости) основаны на использовании зависимос- б 5 ти тока двигателя от скорости вращения якоря. Напряжение, пропорциональное мгновенному значению тока электродвигателя, с блока 8 контрольнойнагрузки поступает на вход 1 усилителя 9, Усилитель 9 усиливает сигнал, поступающий от блока 8, тольково время действия на его входе 2 импульса напряжения, подаваемого с выхода схемы.20 формирования. Основной функцией схемы 20 является укорочение импульсов, проходящих на ее вход с выхода формирователя 7, Укорочение импульсов в схеме 20 происходит за счет задержки переднего Фронта, при этом задний Фронт импульса не сдвигается. Задержка переднего фронта происходит на время с - 0,1-0,4 См,где С - электромеханическая постоянная электродвигателя. Данная задержка исключает измерение максимальногощего напряжения на электродвигателе 1. Компаратор 16 производит сравнение напряжений, поступающих на еговходы 1 и 2, т.е. напряжений с выходов усилителя 9 и преобразователя 15.Коэффициент усиления усилителя 9 подбирается таким, что максимально допустимое значение напряжения на его выходе, пропорциональноесоответствующему значению тока электродвигателя для каждого конкретногочисла полупериодов в группе, равносоответствующему значению напряженияна выходе преобразователя 15,. котороев свою очередь соответствует этому жечислу полупериодов,Компаратор 16 производит сравнение напряжений, поступающих на еговходы 1 и 2. В случае, если напряжение на входе 1, пропорциональное току электродвигателя, превышает напряжение на входе 2, пропорциональноечислу полупериодов в группе, на заданную пороговую величину, на выходекомпаратора 16 возникает сигнал, поступающий на вход порогового элемента 17.Импульсное напряжение, поступающее на вход 3 компаратора с выходасхемы 20 формирования, используетсяв компараторе для того, чтобы пороговый сигнал на его выходе мог вырабатываться только один раз за время действия каждой группы полупериодов напряжения на электродвигателе.Усилитель 17 вырабатывает при воздействии на его входе порогового сигнала с выхода компаратора .16 импульснапряжения.Импульс с выхода усилителя 17 поступает на вход 2 счетчика 14, в результате чего содержимое счетчикаувеличивается на единицу, что вызывает увеличение напряжения на выходекомпаратора 15, которое через второйФормирователь 19 периода сигнала вызывает увеличение длительности им-:пульса одновибратора 22 формирователя 7 и числа полупериодов питающегонапряжения на двигателе в следующейгруппе. Одновременно импульс с выхода усилителя 17 поступает на вход 1триггера 12, устанавливая его в нулевое состояние. Сигнал с выхода триггера 12 поступает на вход 2 схемы 11,запрещая прохождение сигнала со входа 1.Формирователь 21 формирует импульспо заднему фронту импульса малой скорости с выхоца формирователя 7. Этотимпульс поступает на вход 1 схемы 11,но не проходит через нее в связи с за прещающим уровнем на входе 2 от триггера 12. Одновременно импульс с выхода формирователя 21 поступает навход элемента 13 задержки, которыйзадерживает его йа время, большее длительности самого импульса, Задержанный импульс с выхода элемента 13 поступает на вход 2 триггера 12 и переводит его в единичное состояние. Потенциал на входе 2 схемы 11 становится разрешающим, но к этому времени импульс на входе 1 уже окончился, . поэтому на выходе схемы 11 отсутствует сигнал управления счетчиком 14. В случае, если в последующий цикл измерения и сравнения (соответствующий следующей группе полупериодов) напряжение на входе 1 компаратора 16 не превышает напряжения на его входе 2 и, следовательно, формирователь 17 не формирует импульса, счетчик 14 не увеличивает своего содержимого," а сигнал по заднему фронту импульсаформирователя 7 через схему 11 уменьшает содержимое счетчика 14 на единицу, что, в свою очередь, через преобразОватель 15. и второй формирователь 19 вызывает уменьшение дли- тельности импульса формирователя 7 и числа полупериодов .напряжения питания электродвигателя в следующей группе, При нулевом состоянии счетчика формирователь 7. вырабатывает импульсы малой скорости минимальной длительности, примерно равной 0,2- 0,4 Гм.Автоматическая защита электродвигателя от тепловой перегрузки.при сохранении максимально возможной величины пускового момента и максимально возможного числа полупериодов питающего напряжения ",Уппе осуществляется в устройс зе следующим обраэом. Напряжение, гропорциональное мгновенным значениям тока двигателя, поступает с блока 8 на измеритель 10 среднего значения величины тока электродвигателя, С выхода измерителя 10 напряжение, пропорциональное средней величине тока поступает на вход первого Формирователя 18. Увеличение напряжения на входе с выбранной задержкой во времени первого формирователя 18 вызывает изменениенапряжения на еговыходе, приводящеек увеличению коэффициента деленияодновибратором 23 частоты синхронизирующего напряжения, поступающего наего вход 1 от блока 4 опорного напряжения, и увеличению периода следования групп полупериодов питающего напряжения на электродвигателе. Защита двигателя в режиме управления с большей скоростью осуществляется с помощью обычного элемента защиты (предохранитель, тепловое реле и т.д.).. Изобретение позволяет исключить необходимость регулировки числа полупериодов напряжения в группе при настройке каждой системы; автоматически Регулировать число полупериодов в группе и, тем самым, регулировать вводимую в электродвигатель энергию, обеспечивая перемещение якоря электродвигателя и вращениЕ его с малой скоростью, поддерживая ее в определенных пределах; при предельных нагрузках обеспечивать толчковый режим перемещения с максимально допустимой энергией, вводимой в электродвигатель в заданный интервал времени, и автоматической защитой по току.30Формула изобретенияУстройство для реверсивного управления электродвигателем постоянного 15 тока по авт. св, Р 577631, о,т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения сТабилизации частоты вра- щения и автоматической тепловой защиты электродВигателя, в него до полнительно введены элемент задержки, триггер, формирователь, элемент совпадения, реверсивный счетчик, преобразователь код-напряжение, компаратор, пороговый элемент, схема формирования, усилитель, измеритель среднего значения величины тока электродвигателя, блок контрольной нагрузки, первый и второй формирователи периода сигнала, выход второго формирователя периода .сигнала подключен к одному дополнительному входу формирователя сигналов малой скорости, а входк выходу преобразователя код-напряжение и первому входу компаратора, вто- . рой вход которого подключен к выходу усилителя, а третий - к выходу схемы формирования и второму входу усилителя, первый вход которого подключен к выходу блока контрольной нагрузки и входу измерителя среднего значения величины тока электродвигателя, выход которого подключен ко входу первого формирователя период сигнала, выход которого соединен с другим дополнительным входом формирователя сигналов малой скорости, причем выход компаратора подключен ко входу порогового элемента, соединенного своим выходом со вторым входом реверсивного счетчика и первым входом триггера, второй вход которого подключен к выходу элемента задержки, подключенного своим входом к выходу Формирователя и одному из входов элемента совпадения, другой вход которого подключен к выходу, триггера, а выход - к одному из входов ревер" сивного счетчика, выход которого подключен ко входу преобразователя коднапряжение, причем выход Формирователя сигналов малой скорости соединен со входами схемы формирования и формирователя, а блок контрольной нагрузки включен между электродвигателем и выходом управляемого тирис" торного выпрямителя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Р 577631, кл. Н 02 Р 1/11,. 22.11.77.832687 Составитель Ю. ВоробьевТехред М. Коштура Корректор Г. Решетник дакторГ. Кацал акаэ 3750/ сно ССР 4/5 филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 730 НИИПИ Государствен по делам изобрете 35, Москва, Ж, Подп го комитета й и открытий ушская наб.,