Электропривод

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ, 1434532 50 04 Н ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ИЗОБРЕТЕНИЯЕТЕЛЬСТВУ(71) Ивановский энергетический инстут им. В.И,Ленина(56) Трахтенберг Р.М. Астатическиеимпульсные системы электроприводадискретным управлением, М.: Энергия1982, с. 168,Авторское свВ 826539, кл. Н идетельство СССР 02 Р 5/16, 1980. ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВ(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к управляемымэлектроприводам, предназначенным дляточного регулирования и стабилизацииугловой скорости механизмов, работающих в условиях изменяющихся внешнихвоздействий. Целью изобретения является увеличение точности стабилизации частоты и фазы вращения электродвигателя при линейно изменяющихсявнешних воздействиях и параметрахэлектропривода. Электропривод содер1434532 жит электродвигатель 1 с частотным датчиком 2 скорости вращения. В режиме,сравнения Фаз чередование импульсо частот задатчика 3 Г и обратной связи Г приводит к появлению на выходах триггеров 9 или 11 фазового дискриминатора 4 широтно-импульсного сиГнала с относительной длительностью, пропорциональной фазовому рас. со ласованию частот Г и Г. В режиме ср внения часкот фазовый дискримина-то 4 выдает на соответствующих выхода постоянные сигналы в зависимости от соотношения частот Г и Г. В уфгановившемся режиме при постоянном 1Изобретение относится к электрот хнике, а именно к управляемым " эектроприводам, предназначенным дя точного регулирования и стабили 5 зции угловой скорости механизмов. работающих в условиях изменяющихся внешних воздействий.Цель изобретения - увеличение точности стабилизации частоты и фазы вращения электродвигателя при линейнф изменяющихся внешних воздействиях, и,параметрах электропривода.На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого электропривода, на фйг, 2 - направленный граф работы фризового дискриминаторами на фиг. 3 - . временные диаграммы работы элементов электропривода. 20Электропривод содержит электродвигатель 1 с установленным на его валу частотам датчиком 2 скорости вращения, частотный задатчик 3, фазовый д 1 скриминатор 4 и силовой преобразова.25 тель 5Силовой преобразователь 5 выходом соединен с якорной обмоткой электродвигателя 1. Формирователь 6 импульсов входом подключен к выходу частотного датчика 2 скорости вращения. Кроме того, электропривод содержит интегратор 7, а фазовый дискриминатор 4 выполнен в виде четырехЭ-триггеров 8-11 и четырех элементов И-НЕ 12-15. Счетные входы первого и второго П-триггеров 8 и 9 подключены моменте нагрузки на выходе .интегратора 7 присутствует постоянное напряжение, к-рое усиливается силовым преобразователем 5 и подается на электродвигатель 1. При линейно изменяющихся внешних воздействиах величина Фазового рассогласования постоянна. Использование фазового "дискриминатора 4 допускает одновременный приход импульсов частот задатчика и обратнойсвязи и исключает схему разделения.Интегратор позволяет использовать силовой преобразователь с аналоговымвходом управления в электродвигатель любого типа. 3 ил. к выходу частотного зацатчика 3.Счетные входы третьего и четвертогоЭ-триггеров 10 и 11 соединены с выходом формирователя 6 импульсов. Прямые выходы первого и третьего 0-триггеров 8 и 10 соединены со входамипервого элемента И-НЕ 12, выход которого подключен к Ктвходам первого итретьего 0-триггеров 8 и 10. Инверсный выход первого П-триггера 8 соединен .с 0-входом четвертого 0-триггера11 и первым входом второго элементаИ-НЕ 13. Второй вход второго элементаИ-НЕ 13 подключен к инверсному выходучетвертого 0-триггера 11, а выходк 0-входу третьего Э-триггера 10. Инверсный выход третьего 0-триггера10 соединен с 3-входом второгоЭ-триггера 9 и первым входом третье-го элемента И-НЕ 13, выходом подключенным к 0-входу первого П-триггера8. Второй вход третьего элементаИ-, НЕ 13 соединен с инверсным выходомвторого П-триггера 9, К-вход которого подключен к К"входу четвертогоЭ-триггера 11 и выходу четвертогоэлемента И-НЕ 15. Первый вход четвертого элемента И-НЕ 15 соединен с пря. -мым выходом второго П-триггера 9 и .неинвертирующим входом интегратора 7,а второй вход - с прямым выходом четвертого П-триггера 11 и инвертирующимвходом интегратора 7, Выход интегратора 7 подключен ко входу силовогопреобразователя 5, 3 1434532 4Электропривод работает следующим,образом,Пусть в исходном состоянии на прямых выходах Р-триггеров 8-11 фазового дискриминатора 4 присутствуют по 5тенциалы логического нуля, Эти состояния принимают за нулевые, а состояния, когда на прямых выходах этихтриггеров присутствуют потенциалылогической единицы, принимают за единичные.На направленном графе (фиг.2) эти,состояния обозначены через О и 1 ипоказаны в прямоугольниках слева направо для Р"триггеров 8-11, а стрелками обозначены переходы Фазовогодискриминатора из одного состоянияв другое под действием отдельных импульсов частот Т или Г,.20Исходное состояние Фазового дискриминатора, когда на прямьж выходахР-триггеров 8-11 присутствуют сигна,лы логического нуля, обозначено цифрой 16, В этом состоянии на Р-входах 25П-триггеров 9 и 11 присутствуют потенциалы логической единицы (п 1"),подаваемые с инверсньгх выходов Р-триггеров 10 и 8 соответственно, НаР-входах Р-триггеров 8 и 10 присутст Овуют потенциалы логического пуля("О"), подаваемые с выходов элементовИ-НЕ 13 и 14, так как на их входахприсутствуют потенциалы "1" с инверсных выходов Р-триггеров 9 и 10 и8 и 11.35С приходом импульса частоты Кчастотного задатчика 3 в состояние"1" переключается Р-триггер 9. Приэтом Р-триггер 8 не изменяет своегосостояния, так как в мрмент приходаимпульса Г на его Р-входе присутствует сигнал "О" с выхода элементаИ-НЕ 14. На направленном графе Фиг.2это соответствует переходу фазовогодискриминатора 4 из состояния 16 в45состояние 17. Приход затем импульсачастоты й 6 с выхода Формирователя 6приводит к переключению Р-триггера11 в состояние "1" и появлению навыходе элемента И-НЕ 15 сигнала "О",который возвращает Р-триггеры 9 и 11в исходное состояние (переход Фазо"вого дискриминатора 4 в состояние 16),При переходе Фазового дискриминатора4 из состояния 17 в состояние 16 на 55прямом выходе Р-триггера .11 появляется узкий импульс, длительность которого определяется величиной задержки на переключение элемента И-НЕ 15и Р-триггера 9.Процесс перехода фазового дискриминатора 4 из состояния 16 в состояние 18 и обратно происходит аналогично вьппеописанному. При переходе изсостояния 16 в состояние 18 импульсчастоты Г переключает в состояние , "1" Р-триггер 11, а П-триггер 10 своего , состояния не изменяет, так как на Р-входев момент прихода импульса частоты Гприсутствует сигнал "О" с выхода элемента И-НЕ 13. При переходе дискриминатора иэ состояния 18 в состояние16 импульс частоты Г переключает в состояние "1" Р-триггер 9, в результате чего на выходе элемента И-НЕ 15 появляется сигнал "О", который возвращает Р-триггеры 9 и 11 в исходное состояние 16.Таким образом, в режиме сравнения Фаз при К = Г чередование импульсов частот Г и Г, эадатчика 3 и обратной связи приводит к появлению на выходах Р-триггеров 9 или 1.1 широтно- импульсного сигнала с относительной длительностью импульсовили и, пропорциональной Фаэовому рассогласованию импульсов частот Г и Й 6, причем в зависимости от знака фазового рассогласования частот Ги Г 6 широтно-импульсный сигнал появляется на выходе Р-триггера 9 или на выходе Р-триггера 11.При появлении широтно-импульсного сигнала на выходе Р-триггера 9 на выходе Р-триггера 1 1 присутствует сигнал "О", так как узкие импульсы из-за малой их длительности не изменяют уровень напряжения логического нуля на выходе Р-триггера 11. И, наоборот, когда на выходе Р-триггера: присутствует широтно-импульсный сигнал на выходе Р-триггера 9 устанав- ливается сигнал "О".В режиме сравнения частот (например, Г ) й ) приход подряд двух импульсов частоты й переводит. Фазо 9вый дискриминатор 4 из состояния 16 в состояние 19, При этом первый импульс частоты 1 переключает в состояние "1" Р-триггер 9 (переход иэ состояния 16 в состояние 17 на фиг,2), на выходе элемента И-НЕ 14 появляется сигнал "1", который подается на Р-вход Р-триггера 8, Второй импульс частоты Х переключает в состояние "1" Р-триггер 8 (переход из состоя 1434532н ия 17 в состояние 19 на фиг. 2).Приход импульса частоты Г в промеЖутке времени месуту двумя импульсами частоты Г приводит к переключению в состояние "1" В-триггера 10, в результате чего на выходе элемента И-НЕ 12 появляется сигнал "0", переключающий В-триггеры 8 и 10 в состояние "0" (переход Фазного дискриминагора 4 из состояния 19 в состояние 17 на фиг. 2). Следующий за импульом частоты Гб импульс частоты Гз (так как Г ъ Г) переключает Р-триггер 8 в состояние "1" (переходз состояния 17 в состояние 19 на иг. 2).Таким образом в режиме сравненияьастот при К, ) Г Фазовый дискримиатор 4 выдает постоянные сигналы 1" на прямом выходе В-триггера 9 и О" па прямом выходе В-триггера 11. ри Гб р 2:. процессы Фазового диск 3им 11 натора аналогичны, но,он выдает остоянные сигналы "1" на прямом высоде В-триггера 11 и "0" на прямом выходе В-триггера 9.В установившемся режиме работы лектропривода Фазовый дискриминаторработает в режиме сравнения Фаз Гэ = Г) и при постоянном моменте 11 агрузки (участок а на Фиг, 3) на выМоде интегратора 7 присутствует постоянное напряжение, которое усиливается силовым преобразователем 5 по Мощности и подается на электродвигатель 1. Величина напряжения, подаваеМого с выхода силового преобразоватеЛя 5 на электродвигатель 1, определяется уровнем угловой скорости и моментом сопротивления на его валу,где У - напряжение на выходе силов Ого преобразователя 5. Поскольку силовой преобразовательусиливает. выходное напряжение интегратора, то в замкнутой системе с учетои того, что Оь = Б. К , имеем1 Р(2) где П. - напряжение на выходеинтегратора 7;К н К,. - коэффициенты передачиинтегратора 7 и силово+к(В - п (ЯИз выражения (Я следует., что напряжение на выходе интегратора можетбыть постояе 1 ным при условии 4 О39 П 9 - 7 1) - О(6) что, возможно, согласно алгоритмаработы Фазового дискриминатора, при9 = 0 и= О, т.е. при нулевом45 Фазовом рассогласовании частот 2иГ на входах фазового дискриминатора,Постоянное напряжение Б 7)на выходе интегратора в замкнутой системеэлектропривода устанавливается авто"5 О матически в момент выхода привода в,установившийся режим.В реальных условиях величина.фазового рассогласования импульсов частОт 19 и Гб не равна нулю и 011 ределя 55 ется величиной тока утечки интегратора, которая у современных усилителей-гдостаточно мала и составляет 10 -10 микроампер,го преобразователя 5нсоответственно фУБ и У " напряжение на инверти-.5рующем и неинвертирующем входах интегратора7 соответственнофБ1(о 1- постоянная интегрирования - напряжение на вы ходе интегратора, определяемое начальными условиями интегрирования;- время,НВ свою очередь, напряжения Б, и15 П на входах интегратора 7 связаны свеличиной относительной длительностиимпульсов на выходах В-триггеров 9и 11 Фазового дискриминатора 4 соотношениямингде Т и И - относительная длительу 9 9ность импульсов и уровень напряжения логической единицы на выходе В-триггера 9,и Ц, - относительная дли"тельность импульсов ЗО и уровень напряжениялогической единицы навыходе В-триггера 11.С учетом (3) и (4) выражение (2)принимает вид1434532 Таким образом, при постоянном моменте нагрузки требуемое, согласно (1), напряжение на двигателе обеспечивается при величине фазового рассогласования импульсов частот Г и Г , близкой к нулю, Уровень выходного напряжения интегратора в этом режиме определяется уровнем угловой скорости двигателя и моментом сопротивления на его валу,При изменении момента сопротивления по линейному закону (участок б на фиг.З) . Аналогично можно показать работуэлектропривода при изменении моментасопротивления на валу двигателя позакону М =М -Мс, (1 О) В этом случае необходимо для поддержания постоянства угловой скорости изменение напряжения силового преобразователя 5 по закону(7) М =М+МС,где М - постоянная составляющаясомомента сопротивленияИ - темп роста момента сопротивления,для постоянства поддержания угловой скорости необходимо изменять напряжение на выходе силового преобразователя 5 по закону+ 13 ргак МкРеапизация закона (8) возможналишь при соответствующем изменениинапряжения интегратора 7 П 1 р 1 + 1 т ОПекоторое получается согласно (5) при1 н= ОВ этом случае Фазовый дискриминатор работает в режиме сравнения Фаз,переключаясь (Фиг.2) из состояния 16в состояние 17 и обратно,Из выражения (9) следует, что прилинейном изменении момента сопротивления на валу электродвигателя по закону (7) на выходе Р-триггера 9 фазового дискриминатора 4 появляется широтно-импульсный сигнал с постояннойотносительной длительностью импульсов , пропорциональной темпу ростамомента сопротивления М.Иа выходе 0-триггера 11 Фазовогодискриминатора 4 при этом присутствует сигнал логического нуля,В то же время частоты Е и Г задатчика 3 и формирователя 6 остаютсяпостоянными, что свидетельствует отом, что изменение момента сопротивления по закону (7) не приводит кпоявлению ошибки стабилизации уровняугловой скорости электродвигателя 1,16 обеспечивается соответствующим изменением выходного напряжения интегратора 7, согласно (5), при= О позаконуФ(12)Фазовьл дискриминатор 4 при этомработает в режиме сравнения фаз, переключаясь (фиг,2) из состояния 16в состояние 18 и обратно.25 В этом режиме (участок в на Фиг.З)в замкнутой системе электроприводана выходе В-триггера 1 1 фазовогодискриминатора 4 автоматически устанавливается широтно-импульсный сигнал с постоянной относительной длительностью импульсов ), пропорциональной темпу спада момента сопротивления. Частоты Г и Г 6 задатчика3, формирователя 6 в этом режиме также остаются постоянными, что свидетельствует об отсутствии ошибки стабилизации скорости электродвигателя.Ток якоря двигателя (1) (фиг.З),несмотря на ступенчатый характер выходного напряжения интегратора, повторяет Форму кривой момента сопротивления Мс, так как частота переключений фазового дискриминатора обычносоставляет 1-2 кГц и превышает на, 45 один-два порядка максимальную частоту полосы пропускания системл, которая определяется в основном инерционностью двигателя.В переходных режимах пуска и торможения электродвигателя фазовый дискриминатор работает в режиме сравнения частот. При этом он выдает постоянные логические сигналы: "1" и "О"соответственно на неинвертирующийи инвертирующий входы интегратора припуске электродвигателя; "О" и "1" -при торможении электродвигателя, изменяя в необходимую сторону напряжение интегратора и силового преобразо9 143 вателя. Благодаря этому в системе эпектропривода исключаются режимы биений и опрокидывания .регулирования.Таким образом, предлагаемый электррпривод обеспечивает полнбе устранение установившейся ошибки стабилизации угловой скорости при линейно изменяющихся внешних воздействиях. Кроме того, в электроприводе обеспечивае ся стабилизация фазы вращения вала э ектродвигателя относительно заданн го положения,При постоянных внешних воздейств ях (например, момента нагрузки) ими льсы частотного эадатчика и обратной связи синфазны, при линейно изменяющихся внешних воздействиях вел ина фазового рассогласования импульсов частотного задатчика и обратной связи постоянна. Формула и з обре т е и и я Злектропривод, содержащий электродвигатель с установленным на валу частотным датчиком скорости вращения, частотный задатчик, фазовый дискриминатор, силовой преобразователь, выходом соединенный с якорной обмоткой электродвигателя, и формирователь импульсов, вход которого подключен к выходу частотного датчика скорости вращения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности стабилизации частоты и фазы вращения электродвигателя при линейно изменяю 4532ощихся внешних воздействиях и параметрах электропривода, в него введенинтегратор, а фазовый дискриминатор .выполнен в виде четырех элементов 5И-НЕ и четырех Р-триггеров, счетныевходы первого и второго триггеровподключены к выходу частотного задатчика, счетные входы третьего и четвертого триггеров - к выходу формирователя, прямые выходы первого и третьего триггеров соединены с входамипервого элемента И-НЕ, выход которого подключен к К-входам первого итретьего триггеров, инверсный выходпервого триггера соединен с Р-входомчетвертого триггера и первым входомвторого элемента И-НЕ, второй входкоторого подключен к инверсному выходу четвертого триггера, а выход - кР-входу третьего триггера, инверсныйвыход которого соединен с Р-входомвторого триггера и первым входомтретьего элемента И-ЛЕ, выход которо го подключен к Р-входу первого триггера, а второй вход - к инверсномувыходу второго триггера, К-вход которого соединен с Н-входом четвертоготриггера и выходом четвертого элемента И-НЕ, первый вход которогосоединен с прямым выходом второготриггера и неинвертирующим входом интегратора, а второй вход - с прямымвыходом четвертого триггера и инвертирующим входом интегратора, выходкоторого подключен к входу силовогопреобразователя.Заказ 55 б 4/56 роизводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Тирах 584 ВНИИПИ Государств по делам иэобр 13035,.Москва, Ж