Устройство для управления вентильным электродвигателем

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК в 1Н 02 Р 6/02 И ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. сЕ ключеи преобразоватеФормирования управлостанов, включенныйпрет" и датчиком нулщения, выход которогподключен к первомуду блока задания посния комбинации ключетеля частоты, инФормкоторого подключеныщим выходам блока Фола правого и левогощения, а второй упразанного блока заданиходу триггера командвыход блока заданиячения комбинации клотеля цастоты подключления клочей преобра ля частоты и блок яющего сигнала на между блоком нЗ- евой скорости вра" о дополнительно" управляющему вхо; тоянного вклюцей преобразоваационные входык соответствую" рмирования сигнанаправлений вравляющий вход укая подклочен к вы"Пуск" и "Стоп",постоянного вклю- фцей преобразоваф ен к цепям управ"зователя частоты. за- соГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ(56) 1. Пожидаев В.И., Омельченко В.В,Бесконтактные электродвигатели по"стоянного тока, ВИКИ им, А.ф. Можай"ского, 1977, с. 95-96.2. Авторское свидетельство СССРЮ 390636, кл. Н 02 К 29/02,1972.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке М 2828352/24-07,кл. Н 02 К 29/02, 1979.(54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯВЕНТИЛЬНЙИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содер- .жащее преобразователь частоты, цепиуправления ключей которого связаныс выходомтп-канального датчика положения ротора, последовательно соединенные управляемые блок "Запрет" иблок Формирования сигналов правого илевого направлений вращения, управляющий вход которого подклочен к выходу логической схемы "Исклочающее ИЛИ"два входа которой связаны с выходомзадатчика направления вращения и выходом триггера команд "Пуск" и "Стоп"соответственнодатцик нулевой ско-рости вращения, выход которого связан с управляющим входом блока "Запрет", о т л и ч а ю щ е е. с я тем,что, с целью повышения надежности путем исклочения свободных движенийиндуктора вентильного электродвига-;теля после останова, в него дополнительно введены управляемый блок зада"1ния постоянного включения комбинации 1 е Устройство по п 1 о т л и ч а ю щ е е с я тем, чтоблок задания постоянного вклоцения комбинации клочей преобразователя частоты содер- житЮЭ-триггеров, причем инФормаци" онные входы З-триггеров подклочены к соответствующему выходу блока Фор" мирования .сигнала правого и левого направлений вращения, тактирующие входы Э-триггеров объединены в первый управляющий вход указанного блока дания, входы установки начального стояния"0-триггеров объединены во второй управляищий "вход, а выходы Э-триггеров являются выходами блока задания постоянного включения комбинаций ключей преобразователя частоты.3, Устройство по и. 2, о т л и ч а а щ е е .с я тем, что оно снабжено генератором импульсов регулируемойскважности, цепь включения которого подключена к выходу блока Формирования управляющего сигнала,на оста"1.1 к 9 З 69нов, а выход указанного генератораподключен к цепям управления ключейпреобразователя частоти.20 25 3540Ф45Изобретение относится к электро"технике, в частности к электроприво"ду, и может быть использовано в сис"темах и устройствах, где требуетсяэкстренное торможение, например в позиционном приводе, в приводах робо"тотехники и т.д,Известные вентильные электродвига,тели с устройствами, обеспечивающимидинамическое и генераторное торможение 1 ,Недостатком таких устройствторможения вентипьных электродвигателей является то, что требуется дополнительная установка силовых выпрямительных мостов и реле, коммутирующих силовые цепиИзвестен вентипьный электродвигатель, содержащий преобразователь час"тоты, управляемый от трансФорматорно"го датчика положения ротора с пер-.вичной обмоткой, подключенной черезреверсивный элемент. Торможение электродвигатепя осуществляется противо"включением 12 .Однако данное устройство не обес"печивает автоматической блокировкипри нулевой частоте вращения, а поэтому не исключает вращения роторав противоположном направлении при торможении.Наиболее близким к изобретению яв-.ляется устройство для управлениявентипьным электродвигателем, содержащее преобразователь частоты, цепи управления .ключей которого связаны свыходом многоканального датчика положения ротора через последовательносоединенные управляемые блок "Запрети блок .Формирования сигналов правого и левого направления вращения, уп.равляащий вход которого подключен квыходу логической схемы "Исключающее ИЛИ", к двум входам логическойсхемы "Исключающее ИЛИ"щдключенывыход задатчика направления вращенияи выход триггера команд "Пуск" и"Стоп", датчик нулевой скорости вра 2щения, выход которого связан с управляющим входом блока "Запрет" 3.Недостатком известного технического решения является низкая надежность, обусловленная воэможностью свободных движений индуктора после останова. Эти движения могут возникнуть под действием изменяющихся моментов нагрузки на валу электродвигателя. Наличие свободных движений вентнльного электродвигателя в режиме ос. танова может привести к неработоспособности приводных устройств, например позиционных приводов, приводов робототехники и т.д,Цепь изобретения - повыщение надежности путем исключения свободных движений индуктора вентильного электродвигателя после оствнова. Поставленная цель достигается тем,что в устройство дпя управления вентипьным электродвигателем, содержащее преобразователь частоты, цепи уп" равления ключей которого связаны свыходома "канального датчика положе"ния ротора, последовательно соединенные управляемые блок "Запрет" и блок Формирования сигналов правого и левого направлений вращения, управляющийвход которого подключен к выходу погической схемы фйсклочающве ИЛИ", двавхода которой связаны с выходом за"датчика направления вращения и выходом триггера команд "Пуск" и "Стоп" соответственно, датчик нулевой скорос.ти вращения, выход которого связан суправляющим входом блока "Запрет",дополнительно введены управляемыйблок задания постоянного включениякомбинации ключей .преобразователячастоты и блок Формирования управпя"ющего сигнала на останов, включенныймежду блоком "Запрет" и датчиком нуревой скорости вращения, выход которого дополнительно подключен к первому управляющему входу блока заданияпостоянного включения комбинацииключей преобразователя частоты, ин10293 20 Формационные входы которого подключены к соответствующим выходам блока Формирования сигнала. правого и лево" го направлений вращения, а второй управляющий вход указанного блока за"5 дания подключен к выходу триггера ко- . манд "Пуск" и "Стоп", выход блока задания постоянного включения комбинации ключей. преобразователя частоти подключен к цепям управления 0 ключей преобразователя частоты.Кроме того, блок задания постоянного включения комбинации ключей преобразователя частоты содержит р ф-триггеров, причем инФормационнце входи Ъ-.триггеров подключены к соответствующему выходу блока Формирования сигнала правого и левого направлений вращения тактирующие входыВ-триггеров объединены в первый управляющий вход указанного блока задания, входи. установки начального состояния 33 -триггеров объединены во второй управляющий вход, а выходы З-триг- геров является выходами блока задания постоянного включения комбинации ключей преобразователя частоты.Устройство снабжено генератором импульсов регулируемой скважности, цепь включения которого подключена к выходу блока Формирования управляющего сигнала на останов, а выход указанного генератора подключен к цепям управления ключей преобразователя частоты.На Фиг.изображена Функциональ но-структурная схема устройства для управляения вентильнцм электродвигателем; на Фиг. 2 - .эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.Устройство состоит из преобразова теля частоты 1 Фиг. ), включающего в себя ключи 21, 2.2, 2.3, цепи управления которых связаны с выходами логических элементов "И-НЕ" 3.1, 3.2, 3.3. Выход преобразователя частоты 1 подключен к якорной обмотке синхронной мащинц 4, на валу которой установлен. датчик 5 положения ротора. Датчик 5 положения ротора соединен с блоком 6 Формирования сигна лов правого и левого направлений вращения, состоящим из логических элементов ".Исключающее ИЛИ" 7,8 и 9 и с датчиком нулевой скорости 10. Выходы блока 6 Формирования сигналов,праВО- го и левого направлений вращения соединенц с инФормационными выходами 11 11,1, 11.2, 11.3 блока 12 задания по.стоянного включения комбинации ключей 69преобразователя частоты и с выхода"ми 13,1, 13.2, 13,3 блока 14 "Запрет"содержащего логические элементы "И"15, 16 и 17. Блок 2 задания постоянного включения комбинации ключей пре"образователя частоты 1 состоит изЭ-триггеров 18, 19 и 20, тактирующиевходи которых объединены в первый управляющий вход 21 указанного блока 12задания, входы установки начальногосостояния В-триггеров 18, 19 и 2 О объединены во второй управляющий вход 22,инФормационнце входы Ъ"триггеров являются входами блока 12 задания по"стоянного включения комбинации ключей преобразователя частоты 1, а вы"ходи О"триггеров являются вцходамиуказанного блока, которые вместе с.одноименными выходами блока 11 "За"прет" подключенц попарно к входам ло"гических схем "И"НР 3, Уйравляющийвход 23 блока 6 Формирования сигна"лов правого и левого направлений вращения соединен с выходом логическойсхемы "Исключающее ИЛИ" 24., к двумвходам которой подклоченц входы за"датчика 25 направления вращения ивыход триггера 26 команд "Пуск" и"Стоп". Выход триггера 26 командПуск" и "Стоп" также подключен куправляющему входу 27 блока 28 Формирования управляющего сигнала наостанов и к второму управляющемувходу 22 блока 12 задания постоян"ного включения комбинации кпочей пре-образователя частоты. Выход датчиканулевой скорости 10 соединен с входом блока 28 Формирования управляю"щего сигнала на останов и первым управляющим входом 2 блока 12 заданияпостоянного включения комбинацииключей. Выход блока 28 Формированияуправляющего сигнала на останов подключен к управляоцему входу 29 блока"Запрет" 11 и к генератору 30 импуль."сов регулируемой скважности. Выходуказанного генератора 30 подключен кцепям управления ключей преобразователя частоты 1. В зависимости оттипа используемого датчика нулевойскорости 1 О его вход может быть подключен или к выходу датчика 5 положе"ния ротора, или к выходу преобразователя частоты При подаче сигнала "Пуск" на выходе триггера команд "Пуск".иСтопы 26 устанавливается уровень логической "1" (3 Фиг. 2). Этот же уровень(0;1) присутствует на управляющем входе 273 1029блока 28 Формирования управляющем сиг"нала на.останов, не разрешая ему пере"давать информацию с датчика нулевойскорости 10, и на втором управляющемвходе 22 блока 12 задания постоянного включения комбинации ключей. Этообеспечивает принудительную установ"ку на выходе указанного блока 12 ло,гической ч 1". Сигналы выхода датчик кка 5 положения роторау, О, О 1 фФиг, 2 поступают на входы блока 6Формирования сигналов правого и лево"го направления вращения, где формируются сигналы управления заданногонаправления вращенияОт, 0 , 04. 5Направление варщения задаетсчя задатциком 25 направления вращения че-,рез логический элемент "ИсключающееИЛ 11 н 2 Ь. уровень логической Ч " цйна выходе логического элементаИсключающее ИЛИ".24 соответствует направлению вращения ротора вентильного электродвигателя вправо,При на"личии логической 11 ф на одном из вхо.дов логических элементов "Исключающее ИЛИ" 7, 8 и 9 блока 6 Формирования сигналов правого и левого направ"ления вращения информацию, предшествующую на другом входе, они передаютбез изменения, а при наличии логицес"кого "0" на том же входе они работают в режиме инвертора. Это обеспецивает Формирование сигналов управле- .ния противоположного направления вращения.зСигналы управления с указанного блока 6 поступают на входы 13,1, 13,2 13.3 блока 14 "Запрет", на управляющем входе 29 которого имеет место логическая Ч"(,0. На выходе бло" щока 14 "Запрет" сигналы инвертируются 10 И й Оц, й 0и поступают на первые входы логических элементов.3.1, 3.2, 3.3 преобразователя частоты 1,. на вторых входах которых имеет место уровень логической "1" Ощ Ой (3 ой при этом они работают в режиме инверторов. На выходе логических элементов "И-НР 3.1; 3.2, 3.3, имеют место сигналы, аналогичные сигналам, сФормированным в блоке 6 Формирования сигналов правого и левого направления вращения. Под действием этих сигна" лов преобразователь частоты 1 через ключи 2.1, 2.2, 2.3 управляет якор" ной обмоткой синхронной машины 4.С изменением сигнала управления на реверс момент времени,- )проис" ходит инвертирование сигналов датчи" 369 б Ка 5 положения ротора в блоке 6 Формирования сигналов правого и левогонаправления вращения. Преобразовательчастоты 1 Формирует последовательнуюкомбинацию открытых состояний ключей 3.1, 3.2, 3.3, при которой вентильннй двигатель на интервале времени :тормозится, а затемна интервалеразгоняетсяв противоположную сторону, В моментреверса блок 14 "Запрет" не запрещает прохождение сигналов с блока 6Формирования сигналов правого и левого направлений вращения, так как небыло команды "Стоп" и сигнал О,осдатчика 1 О нулевом скорости не смог пройти через блок 28 Формирования управляющего сигнала на останов, на управляющем входе 27 которого присутствует уровень логической "1",При подаче команды "Стоп" ( ) на выходе триггера 26 команд "Иуск" и "Стоп" устанавливается уровень логического фО", логическая схема "Исклю. .чающее ИЛИ" 24 начинает работать в режиме инвертора и сигнал О на ее выходе изменяет свой уровень. Ири изменении управляющего сигнала 0 блок 6 Формирования сигналов правого и левого направлений вращения Формирует из сигналов датчика 5 положения ротора управляющие сигналы, под действием которых преобразователь частоты 1 Формирует последовательную ком" бинацию открытых состояний ключей 2.1 2,2, 2.3, при которой вентильный электродвигатель переходит в режим торможения противовключением. Этот режим позволяет электродвигателе наиболее близко достичь нулевой скорости Ь 4. . При нулевой скорости вращения с датчика нулевой скорости 10 поступает сигнал на управляющий вход 29 блока 14 нЗапрет" и проходит через блок 28 Формирования управляющего сигнала на останов, на управляющем входе которого устанавливается уровень логического "Оф при появлении команды "Стопив Подача сигнала с дат" цика нулевой скорости 10 может происходить в общем случае с погрешностью Д .Наличие на управляющем входе 29 уровня логического "О" при нулевой скорости вращения приводит к запрету прохождения сигналов через блок 14 "Запрет". Уровень логической н" с выхода датчика нулевой скорости 1 О при нуле".В момент перехода на режиме торможения в режим останова происходит Фиксация ротора вентильного электродвигателя включением комбинаций открытых состояний ключей преобразователя частоты 1. При этом имеет место переходный процесс из одного режима в другой.На этот переходный процесс оказыва ет влияние как величина нагрузки на55 валу вентильного электродвигателя,7.Вой скорости вращения одновременно поступает на первый управляющий вход 21 блока 12 задания постоянного вклочения комбинации клочей преобразова,теля частоты 1, на втором управляющем входе 22 которого имеет место уровень логического "0" при команде . "ьтоп". Такое сочетание уровней напряжения при нулевой скорости вращения приводит к запоминанию комбина" ции управляющих сигналов на выходе .блока 12 задания постоянного включе ния комбинации ключей преобраэова" теля частоты 1. ЗаФиксированная комбинация состояний управляющих сигна" лов в блоке б Формирования сигналов правого и левого направлений вращения инвертируется в логических эле" ментах "И-НЕ" и подается непосредственно к цепям управления ключей пре" образователя частоты 1, Это приводит к тому, что при нулевой скорости вращения происходит вклоцение определенной комбинации ключей преобразователя частоты 1, которая обеспечивает фиксацию ротора вентильного электродвигателя после.останова, Режим, при котором вклоцена неизменная комбинация клочей 21; 2.2, 2.3, продолжается до момента подачи команды "Пуск". При подаче команды "Пуск" на второмуправляющем входе 22 блока 12 задания постоянного включения комбинации клочей .преобразователя частоты 1и управляющем входе 27 блока 28 появляются уровни логической "1". Этообеспечивает принудительную установку .на выходе блока 12 задания посто"янного вклоцения комбинации ключей2.1, 2.2, 2.3 и на выходе блока 28юрмирования управляющего сигнала иаостанов уровня логической "1", прикотором логические элементы "И" иблок 1 ч "Запрет" работают в режимеинвертирования сигнала. Дальнейшая работа электродвигателя продолжается 45 так и погрешность в определении нулевой скорости вращения Д . В зависи"Э8мости от требований к качеству и времени переходного процесса необходи" мо вклочить ту или иную комбинацию открытых состояний ключей преобразо" вателя частоты 1.Рассмотрим переходной процесс во время останова вентильного электродвигателя при работе с реальным датчиком нулевой скорости, например, от" рицательную угловую погреаность измерения нулевой скорости вращения2о" к,где - = - такт коммутации вентильного электродвигателяс однополупериоднымпреобразователем частоты;Ф - число секций якорнойобмотки синхронной ма"шины.При такой погрешности датчик выда" ет сигнал, когда ротор уже изменит направление вращения.Допустим ротор вращается влево. При команде пСтоп" устройство для управления вентильным электродвигателем. обеспецивает 5 ормирование последовательных комбинаций открытых состояний клоцей, при которых вентилънйй преэлектродвигатель переходит в режим торможения противовключением, Это эквивалентно пеоеходу в управлении на другой комплект чувствительных элементов. До достижения нулевой скорости направление вращения ротора не изменится. В момент нулевой скорости ротор может занять произвольное положение, В зоне действия сигнального элемента находится чувствительный элемент, который управляет вклочениемодной из секций якорной обмотки синхронной машины. Под действием ее магнитодвижущей силы ротор изменяет свое направление вращения. В этот момент датчик нулевой скорости зафиксирует . нулевую скорость с отрицательной по" грешностью д .Для того, цтобы исключить свободное движение индуктора при.отсутствии команды "Пуск", необохдимо оставить подклоценной к источнику питания какую-либо секцию якорной обмотки синхронной машины. уменьшение Времени переходного процесса при наличии отрицательной погрешности измерения нулевой скорости в датчике нуле вой скорости 10 достигнуто фиксацией ротора вентильного электродвигателя включением секции, управляемой ота Юа Ду итель Л. М,Тепер Я твЕнНОГО рЕтеник Бх РЮШ г. Ужго Техрео ТиРдЖ ГОсудзРс елаи изо 6 сква Ж ю МВВ аюв ВЮ Патентф ректоО У. Пономаренко Ю 4 ВЬЮЮ ЮЮ 4 ВЮ ююЮфВ ВВЮ Ю оисное наб. а. 4/