Устройство для вычисления статического момента вентильного электропривода

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскимиСоциалистическихРеспублик 11947880(22) Заявлено 06.1179 (21) 2838065/18-24 с присоединением заявки Мо Р 11 М, Кл.з О 06 6 7/62 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 300782, Бюллетень Мо 28 Дата опубликования описания 30.07.82(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКОГО МОМЕНТА ВЕНТИЛЬНОГО ЗЛЕКТРОПРИВОДА Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в широкодиапазонных, быстродействующих вентильных электроприводах постоянного тока.Известно устройство для определения (вычисления) момента на валудвигателя, в кОтором при закручивании вала смещаются пластины, закрепленные на нем. При этом изменяется емкость колебательного контура и его резонансная частота, которая пропорциональна моменту на валу. В этом случае статический момент измеряется не непрерывно, а при трогании привода или постоянной скорости враще-. ния (1.Оцнако точность измерения момента в этом устройстве недостаточно высокая и зависит от механических характеристик, конструкции и геометрических размеров валаНаиболее близким к предлагаемому является устройство, позволяющее определить статический момент на валу двигателя за счет получения текущей информации по скорости и току данного периода и содержащее блок сравнения, сумматор, интегтзаторы и датчики скорости и тока 12(. Однако известное устройство предназначено для.электроприводов с небольшим диапазоном скоростей. При большом диапазоне измЕнения скоростей (О Ъ 104) скорость привода принимает пульсирующий и даже прерывистый характер (с частотой пульсаций выходного напряжения вентильного преобразователя). При этом выходной сигнал устройства требует фильтрацию, а при шаговом движении привода известное устройство дает ложную информацию о статическом моменте на валу двигателя.Цель изобретения - расширение области применения устройства для вычисления статического момента вентильного электропривода за счет обеспечения возможности вычисления в зоне. непрерывного, так и прерывистого, шагового вращения (движеният.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее двигатель, вал ротора которого кинематически связан с валом датчика скорости, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, выход которбго через первый интегратор подключен к первому входу сумматора, электрический вход дви501гателя является входом устройства и соединен с входом датчика тока, выход которого подключен к входу второго интегратора, соединенному с выходом сумматора, выход второго интегратора подключен к второму входу 5 первого блока сравнения, введены узел формирования сигнала остановки ротора электропривода, квантователи, ключ, блоки фиксации сигнала нулевого порядка и второй блок срав нения, выход которого чеоез последовательно соединенные первые кванто-Ватель и блок фиксации сигнала нулевого порядка подключен к второму входу сумматора, выход которого является выходом устройства и соединен с первым входом узла формирования сигнала остановки ротора электроприэода, второй вход которого соединен с выходом датчика, тока, третий вход узла формирования сигнала остановки ротора электропоивода подключен к выходу второго интегратора, через ключ соединенному с входом второго интегратора, управляющий вход ключа подключен к выходу узла Формиоования сигнала остановки ротора электропривода, выход первого интегратора через последовательно соединенные вторые квантователь и блок фиксации сигнала нулевого порядка подключен к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого интегратора.Кроме того, в устройстве узел формирования сигнала остановки ротора. 35 электропривода содержит триггер, формирователи импульсов, элементы И, элемент Исключающее ИЛИ, ограничители, выпрямители, инвертор и нуль- органы, причем вход первого нуль органа является третьим входом узла, первым входом которого является вход первого выпрямителя , соединенный с входом второго нуль-органа, выход которого через первый ограничи тель подключен к первому входу эле- мента Исключающее ИЛИ, выход которого соединен с первыми входами элементов И, выход первого нуль-органа через цепочку из последовательносоединенных второго выпрямителя,второго ограничителя и инвертораподключен к второму входу первогоэлемента.И, выход третьего нуль-органа через третий ограничитель соединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вход третьего нульоргана является вторым входом узлаи подключен к входу третьего выпрямителя, выход которого соединен с выходом первого выпрямителя и подключен к входу четвертого нуль-органа,выход которого через четвертый ограничитель соединен с вторым входомвторого элемента И, выходы элементов И через формирователи импульсов подключены соответственно к входамтриггера, выход которого являетсявыходом узла.На фиг. 1 показана блох-схемапредлагаемого устройства на фиг.2схема узла формирования сигнала остановки ротора электропривода.В устройстве вал ротора 1 двигателя соединен с валом датчика 2 скорости, а к якорной цепи ротора 1 подключен датчик 3 тока, выход которогосоединен с входом интегратора 4, с,ключом 5 (сброса) и с входом узла 6формирования сигнала остановки ротора электропривода, Выход интегратора 4 подключен к входу блока 7 сравнения, другой вход которого связан свыходом датчика 2 скорости, Выходинтегратора 4 соединен также с однимиэ входов узла 6. Выход блока 7 через регулятор 8 подсоединен к входаминтегратора 4 и узла 6,Регулятор 8 состоит иэ блока 7сравнения выход которого подключенк интегратору 9, выход последнегоподключен непосредственно к первымвходам блока 10 сравнения и сужатора 11, а через квантователь 12 иблок 13 Фиксации сигнала нулевого порядка к второму входу блока 10, Выход этого блока через квантователь14 и блок 15 фиксации сигнала нулевого порядка подключен к второмувходу сумматора 11.Узел 6 формирования сигнала остановки ротора электропривода состоитиз следующих элементов: датчика 16нулевой сокрости, состоящего иэ нуль -органа 17, вход которого подсоединенк выходу интегратора 4, а выходчерез выпрямитель 18, ограничитель19 и инвертор 20 - к первому входуэлемента И 21, выход которого соединен с первым входом триггера 22 черезФормирователь импульсов 23, датчика24 трогания, входы выпрямителей 25и 26 которого подсоединены к датчику3 тока и выходу регулятора 8 соответственно, а выходы - через нуль-орган27 и ограничитель 28 - к первому входу элемента И 29, выход которого соединен через Формирователь импульсов30 с вторым входом триггера 22, датчика 31 раэнополярности моментов,входы нуль-органов 32 и 33 которогоподключены к датчику тока 3 и выходу регулятора 8 соответственно,а выходы через ограничители 34 и35 подключены к элементу ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ 36, причем выход последнего подключен к вторым входам элементовИ 21 и 29,Устройствво работает э двух основных режимах: при непрерывном вращении вала двигателя (в этом случаеключ 5 (сброса)разомкнут, на выходе узла 6 сигнала 06 = О, т.е. этотузел в первом режиме попросту не,участвует в работе) и при прерывис-том шаговом движении (с частотой, соответствующей пульсности вентильного преобразователя, используемого в качестве усилителя мощности),.когда на время остановки ротора двигателя 5 замыкается ключ 5 (сброса) по команде, формируемой на выходе узла б, Режим такого шагового прерывистого движения возникает в вентильном электроприводе при широкодиапазонном 10 регулировании скоростей (в зоне малых скоростей), особенно при применении высокомоментных двигателей с полым якорем, например в станочном электроприводе с малыми электроме ханическими постоянными, В обоих случаях на вход интегратора 4 поступает разность сигналов с выходов датчика 3 тока и регулятора 8Ь 1 1 11 д Лст мгде 1-, К -Д - сигнал, пропорциона"я 3- Ильный якорному токуи электромагнитномумоменту двигателя(Мд Км 3 яА ) 1М - выходной сигнал рестмгулятора, имитирующий сигнал статического момента на моделидвигателя.На выходе интегратора 4 с постоянной интегрированияК = - , 11Т(г)ЮМ Е35 где 11 - коэффициент согласования модели двигателя со структуройреального двигателя и его датчиков 2 и 3;Тщм Тр электРОмеханические постоя 4 Оные модели и реального двигателя;формируется сигнал1 Ю = К,) ь Мд С,(3)Она выходе блока 7, входного узла регулятора 8 в этом случае получаем разность между скоростным сигналом модели Одн и выходным сигналом датчика 2 скорости50 Ыв=щ -ц,(фф- дд=Кфд) (1,)Сигнал Мь поступает на вход интегратора 9. Квантователь 12, замыкающийся кратковременно от запаздывающих на ( импульсов синхронизации (импульсы синхронизации формируются в в точках естественного зажигания силовой схелы преобразователя по рассматриваемой временной оси ), обес печивает периодическую фиксацию выходного напряжения интегратора О 9(с;)= О 9(ТО 1) в коне каждого периода синхронизацииТО=;, где а - пульсность преобразователя, на выходе блока 13. 65 При этом на выходе блока 10 получаемсигнал О (с+Я) О Г +Ы) О (й )при 9 (й 1+с) =О (С ); 0 ЬС ( й(5)пропорциональный интегралу от ошибки (й на (1+1) интервале синхронизации, конечное значение этого сигналаОо (с+,) соответствует среднему значению ошибки Ьо( на (1+1) интервалесинхронизации. При замыкании квантователя 14 от импульсов синхронизациисреднее значение ошибки Ай, например.на (1+1) интервале синхронизации, пе-редается на блок 15, после чего наблоке 13 с запаздыванием на малоевремя Г, при кратковременном замыкании квантователя 12 Фиксируется сигнал Оэ (с+1)=О 9(с 1+1) и,т.д. На сумматоре 11 осуществляется суммированиевыходных сигналов блока 15 и интегратора 9. Выходной сигнал сумматора Оявляется выходом регулятора 8 (О =М л,). Этот сигнал поступает в видеотрицательной обратной связи на входмодели ротора, т.е. на вход интег-ратора 4. При непрерывном вращенииротора на характер вращения влияетсреднее значение электромагнитного1 двигательного момента, определяемоена некотором постоянном интервале,например на интервале синхронизации,Такой подход при рассмотрении динамики ротора двигателя соответствуетобщеизвестной математической модели двигателя постоянного тока,Однако при перывистом шаговом движении вентильного электропривода взоне малых скоростей (при диапазоне Р = 5 10 - 25 10 ) меняетсядинамическая структура двигателя и,математические зависимости междускоростью двигателя и его электромагнитным (двигательным) моментом.На выходе узла б подаются сигналыМст л, , с выхода регулятора (сумматора 11), скоростной сигнал моделиШ с выхода интегратора 4,а также сигнал пропорциональный электромагнитноМу (двигательному) моменту 11)А= М = МНа высоде узла б Формируется сигнал иб управления, поступающий вцепь управления ключа 5 (при единичном сигнале ключ замыкается, апри нулевом - размыкается). Этот сигнал формируется на выходе триггера22 с разделтными входами, входящегов состав блока б (Фиг,2),На вход датчика 16 нулевой скорости поступает скоростной сигнал модели ротора мл, с интератора 4, котсрый, пройдя нуль-орган 17, через выпрямитель 18 и ограничитель 19 преобразуется на выходе инвертора 20 в логические сигналы (1 при юн -01ф 0при ОЗм 0)На вхотты датчика 24 трогания, определя 101 цего четко момент т 1 роганияпост УЕеа 10 т сигнал статичес(ОГО моменета 1,одели 21, ,(на выпрямитель 25)и сигнал, пропорциональный электроМагнитномУ моментУ ДвигатеДЯ 1 сеАх= 5Й(на выпрямитель 26), Разнополярныевьеходные сигналы этих выпрямителейсравниваются на входе нуль-органа 27и поступают на ограничитель 28,На входы датчика 31 разнополярнос ти моментов поступает сигнал статическог, момента модели 24 м (навход нуль-органа ЗЗ) и сйгнал, соответствующий М (на вход нуль-органа32), Шаговый режим вращения ротора 5возможен только при разнополярныхмомееЕтах 21 ч и , т.е. этО еЕеобходимое условие шагового режима(;11 рер 1.1 еестого дв 11 жеЕеия) . ВыходныеСИГНаЛЫ ЕЗ с БЗ ЭТИХ НУЛЬ-ОрГаНОВпОступа:,3 т на Ограе 1 ичители 34 и 35,С ЕЕОТОРЬС+. Дса.ЕЕЕЕ 11 ОСТУПаЮТ На ВХОДЫэлее 1 ентл. ИСКГЮЧАЕСЦЕЕ ИЛИ Зб, выходные сигналы которого поступают енавторые входы элементов и 21 и 29(вводится необхоцимое условиЕ шаго 25вого режима вентильного злектропривОда)При шаговом режеЕеле на время остановки ротора на выходе элемента И 21Форееируется ф 1 е. из каждого единич-Зо"11 ого с 11 гнатЕа ЕЕ 2 на выходе Формирователя 23 Формируется короткий импульс1 Е , Определяюе 11 ий его перецний фронт,При шаговом режиме в момент очередного трогания на выходе элемента И 29 35Формируется единичный логическийсигнал 1)9, который поступает наФормирователь 30. Из каждого единичЬОГО СИГНалс 12 Э Ьа ВЫХОДЕ ФОРМИРОвателя 30 Формируется короткий .им Опульс О, определяющий его передний фройт.Предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет проконтролировать величину статического мо мента на валу вентильного электропривода не только в зоне непрерывного,но и, что особенно важно, в зоне прерывистого движения, характерного,цляширокодиапазонных станочных электроприводов с высокомоментными двигателями,Формула изобретения1. устройство для вычисления статического момента вентильного электро- привода, содержащее двигатель, вал ротора которого кинематически связан с валом датчика скорости, выход 0 которого соединен с первым входом пер первого блока сравнения, выход ното рого через первый интегратор подклю-, чен к первому входу сумматора,электрический вход двигателя является вхо дом устройства и соединен с входдЕм датчика тока, выход которого подключен к входу второго интегратора, соединенному с выходом сумматора, вь 1 ход второго интегратора подключен к второму входу первого блока сравнения, О т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения возможности вычисления в зоне прерывистого вращения, в устройство введены узелФормирования сигнала остановки ротора электропривода, квантоваТели, ключ, блоки Фиксации сигнала нулевого порядка и второй блок сравнения, выход которого через последовательно соединенные первые квантователь иблок Фиксации сигнала нулевого порядка подключен к второму входу сумматора, выход которого является выходом устройства и соединен с первым входом узла Формирования сигнала остановки ротора электропривоца, второйвход которого соединен с выходом дат-.чика тона, третий вход узла формирования сигнала остановки ротора электропривода подключен к выходу второго интегратора, через ключ соединенному с входом второго интегратора, управляющий вход ключа подключен к выходу узла формирования сигнала остановки ротора электропривоца, выход первого интегратора через последовательно соединенные вторые квантователь и блок фиксации сигнала нулевого порядка подключен к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого интегратора. устройство по п,1 р О т л и ч а ю щ е е с я тем, что узел Формирования сигнала остановки ротора элентропривода содержит триггер, Формирователи импульсов, элемеНты И, элемент ИСКЛЮЧАОНЕЕ ИЛИ, ограничители, выпрямители, инвертор и нуль-органы,причем вход первого нуль-органа является третьим входом узла, первым входом которого является вход первого выпрямителя, соединенный с входом второго нуль-органа, выхоц которого через первый ограничитель подключен к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которОго соединен с . первыми входами элементов И, выход первого нуль-органа через цепочкуиз последовательно соединенных второго выпрямителя, второго ограничителя и инвертора подключен к второму входу первого элемента И, выход третьего нуль-органа через третий ог;раничитель соединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вход третьего куль-органа является вторым входом узла и подключен к входу третьего выпрямителя , выход которогосоединен с выходом первого выпрямитепя и подклюЧен к входу четвертогонуль-органа, выход которого черезчетвертый ограничитель соединен с .вторым входом второго элемента И,выходы элементов И через Формирователи импульсов подключены соответственно к входам триггера, выход которого является выходом узла. Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Акцептованная заявка ФРГ.9 1 б 48423, кл. 42 К 1/04, 1973,2. Иванов Г.М. и др. Повышениеточности тиристорных электроприводовпостоянного тока. "Электропривод",У 3, (б 5), 1978, с. 38 (прототип).947880 Загорбинин оставитель И ехред 3. Па Редак Ковалев Корректор М, Шароши Заказ 56 сное лиал ПЙП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4/74 Тираж 731ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений 113035, Москва, Ж, Рау омитета СССР открытий кая наб., д,4/