Устройство для регулирования частоты вращения электродвигателя

Союв СоветскнкСоцналнстнческнкРеспублик ОЛ ИСАЙКЕ ЗО 9779ИЗОБРЕТЕНИЯ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯИзобретение относится к электроме.ханике и может быть использовано в автоматизированном электроприводе.Известно устройство для регулирования частоты вращения электродвига 5 геля с фазовым управлением С 11,Недостаток его обусловлен дискретностью фазового регулятора, в результате чего в области низких частот вращения электродвигателя его вал вращается скачкообразно, что вызывает сбои в работе фазорегулятора.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является . устройство, содержащее входной преобразователь.и датчик положения с фор" мирователем угла вращения вала электродвигателя, выходы которых соединены с первыми входами операционных усилителей и через формирователи сигналов - со входами двух триггеров фа- " зового дискриминатора, выходы которо" го соединены со вторыми входами операционных усилителей, выходы которы через узел сравнения соединены с блоком регулирования напряжения, причем фазовый дискриминатор снабжен двумя парами схем совпадения 1 2 .Недостатком известного устройства является возможность сбоев в переходных режимах.Цель изобретения - повышение надежности и увеличение быстродействия.Поставленная цель достигается тем, что в фазовый дискриминатор дополнительно введена третья пара схем совпадения, причем схемы совпадения второй пары соединены вежду собой по схеме ЙВ -триггера, прямые и инверсные выходы каждого из триггеров попарно подключены ко входам соответственно первой и второй схем совпадения первой пары, прямой и инверсный выходы соответственно первого и второго триггеров связаны со входами соответственно первой и второй схем совпадения третьей пары, выходы пер.90977вой пары схем совпадения соединены со входами Кб-триггера, один из выходов которого подключен ко входам первой и второй схем совпадения соответственно третьей и первой пар, а . второй выход - ко входу, первой схемы совпадения первой пары, выходы первой и второй схем совпадечия третьей пары связаны со входами сброса соответственно второго и первого тригге о ров.На Фиг, 1 изображена схема устройства; на фиг. 2-ч - диаграммы сигналов.Устройство содержит входной преобразователь 1 и датчик положения 2 с формирователем 3 угла вращения вала электродвигателя ч, выходы которых соединены с первыми входами операционных усилителей 5 к 6 и через Формирователи сигналов 7 и 8 - со входами двух триггеров 9 и 10 фазового дискриминатора 11, выходы которых соединены со вторыми входами операционных усилителей 5 и 6, Выхо 2 ды усилителей 5 и 6 через узел 12 сравнения соединены со входом блока 3 регулирования напряжения, выход которого соединен с электродвигателем ч, Прямые выходы триггеров 9 и 10 соединены со входами схемы 14 совпадения первой пары, а инверсные выходы - со входами схемы 15 этой пары, Инверсные выходы схем 1 ч и 15 и входы этих схем соединены со входа- М ми схем совпадения 16 и 17 второй пары, соединенных по схеме ЙВ-триггера. Инверсный выход схемы 16 соединен со входами схем совпадения 18 и 19 третьей пары, вторые входы кото- фО рых соединены соответственно с прямым выходом триггера 9 и инверсным выходом триггера 10. Инверсные выходы схем 18 и 19 соединены соответственно со входами сброса триггеров 45 10 и 9Устройство работает следующим образом.На выходах преобразователя 1 и Формирователя 3 Формируются пилооб разные сигналы Ои Оу, частоты которых соответствуют требуемой и действительной частоте вращения электродвигателя Й, а величины этих сигналое определяют требуемое и Фактичес- И кое угловое положение его вала.формирователи 7 и 8 формируют им.- пульсные сигналы О,.т и 0 9 в виде пос 9 фледовательностей пауз между импульсами, Передние фронты пауз междуимпульсами 0 и Ц, В соответствуютпо времени скачкообразным изменениямсигналов О и О соответственно(фиг, 2 показано стрелками). Длительность пауз стабилизируется схемой формирователей, в качестве которых могут быть использованы, например,одновибраторы, запускаемые перепадами напряжений Оуп, О, т,е. частота следования передних Фронтов паузпропорциональна частоте вращения электродвигателя 4,Рассмотрим работу фазового дискриминатора (ФД) 11,Предположим, что вначале частотавращения электродвигателя 1 меньшетребуемого значения, определяемогочастотой Г импульсов сигнала О по 3 п отэтому частота Ге импульсов сигналаОв Гус с Гп и наРастание сигналаОуе идет более медленно, чем сигналаОул (Фиг. 2). До момента времени йисходное состояние сигналов Я= 0, Оо= 0 и ФД на работу устройства не влияет, На выходах операционных усилителей 5 и 6 формируются напряжения О . и О, пропорциональныепо величине напряжения Оуп,Оу,О =- кОл О щ КОу 1 где к коэффициент пропорциональности, В частномслучае к = 1, На выходе схемы 12сравнения возникает сигнал ошибкиЬО = ОуП-Оу (при к - 1), нарастаецийво времени. Напряжение питания, подаваемое на электродвигатель 4, такжевозрастает во времени пропорционально величине сигнала ошибки ЬО,вследСтвие чего частота вращенияэлектродвигателя Я увеличивается.Домомента времени с элементы ФД имеют следаощее исходное состояние:: 0, ,: 0, : - 0- Я Я= 1. В момент времени с,задним Фронтом импульса сигнала Яъперебрасывается триггер 9 в состояние Ц1, 5 = О. Состояние остальных элемейтое ФД (фиг, 1) не изменяется,Напряжение сигнала Я равно Оу,операционный усилитель суммируетнапряжение сигналов Я 9 и Оул: О =: О + О, Поэтому напряженйеО продолжает возрастать, несмотряна то, что напряжение Оуп в моментвремени Ф,1 скачком уменьшилось до нуля, при этом сигнал ошибки Ь О и5 909частота вращения Я увеличиваются,Так продолжается до момента временикогда напряжение Очп уменьшаетсядо нуля, а напряжение О до величиныОо, задаваемой сигналом Я, Сигналошибки ЬО в этот момент времени сохраняет положительное значение: ЬО =Оо-ОчВ где Ов С Оо при с = 2.Поэтому частота вращения 9. продолжает возрастать, но с меньшим темпом.Задний фронт импульса 0 7 подтверждает включение триггера 9 в состояние1, Так продолжается до моментавремени й З, когда фоомируется задний фронт импульса О , включающийтриггер 9,047= 1, Я= О, так как сигнал Як44моменту времени 1 имеет значение1, Переход сигнала П в состояъ 16нйе 0 6= 0 вызывает измейение состояния сигнала на выходе схемы 15;1 к моменту времени Т . На этомПи заканчивается переходный процессв фазовом дискриминаторе, которыйоказывается в исходном состоянии10 0 = цо 0 4 4 16 47= ч = 9= 1. Длительность этого49переходного процесса определяетсячастотными свойствами микросхем инаходится в пределах одной или не 5 скольких микросекунд. Частота импульсов О и ОВзачастую находится вдиапазоне 0-100 Гц, поэтому нафиг. 2 переходные состояния сигналовпоказаны на их диаграммах в7 о виде кратковременных просадок, которые не влияют на процесс регулирования частоты вращения электродвигателя 4,Так как в момент времени с25 (й на Фиг 3) триггер 9 переходитв исходное Состояние, то напряжениеО уменьшается на величину Оо, носигнал ошибки и частота вращения продолжают возрастать (фиг, 2).50 Описанный процесс переключенияЭД периодически повторяется до момента времени с , когда вследствие увеличения частоты вращения электродвигателя 4 соотношение между Гв и Гу35изменяется: ГВ ) Гуп, и на интервале1,-1 располагаются два перепады напряжения О 8 в моменты времени йи Ф 6, В момент времени 1 включаетсятриггер 10 (О = 1), а в момент вре 40мени 1 начинается процесс его выключения (фиг. 3), где тг 5 соответствуетсу ,фиг,2), В момент времени с,(фиг, 3) задним фронтом импульса Я 7триггер 9 переводится в состояние4(в момент времени с,4), приэтом на входе схемы 14 возникает ком.бинация 0 = 04= Я 7 = 1, которойсоответствует Ц 4= 0 (й ), цто приводит к перебросу Кб-триггера:5 В 461 (С 4 ), 047= 0 (С 7). На входесхемы 18 образуется состояние сигна"лов Я= 1, Я = 1, вследствие чегона выходе схемы 18 формируется сигнал 0= О (147 ), который вызываетсброс триггера 10 в исходное состояние П 4 р= 0 (48). Переход 07 от 1 к0 в момент времени йприводит к возникновению на входе схемы 14 комбинации Я = Ц = 1, 07= О, поэтому На фиг. 3 в увеличенном масштабепоказаны процессы в фазовом дискриминаторе, а именно, как в момент времени С 4 переключается триггер 9 в состояние (= 1, а в момент времениначинается переключение триггеров10. После завершения переходногопроцесса в момент времени 1триггер10 имеет состояние 94 в . 1. При этомна входах схемы 14 совпадения образуется комбинация сигналов Я 90= О, 7= 1, вследствие чего схема 1447переходит в состояние 04. О. Навходах схемы 16 образуется комбинация сигналов 0 - О, 0 т - 0 поэто47му она переходит в состояние ,= 1за время й-й, что приводит к переходу противоположного плеча Рб-триггера в состояние С = 1 и образованию на входе схемы 18 комбинации сиг. налов Я = 046= 1, которая переводит схему 1 о в состояние 040= О к моменту времени с 6. Сигнал 0.1= О, воздействуя на вход к триггера 10,сбрасывает его в исходное состояние 0.40= Ч, о = 1, которое устанавливается по окончании переходного процесса в момент времени й . На вход схемы 12 поступает комбинация сигна" лов Я = О.о= 1, которой соответствуЛ 6ет сигнал 9 = О, поступающий на49 фвход сброса триггера 9 и вызывающий его переход в исходное состояние (ЯО) на интервале времен., Но этот переход приводит к образованию на входах схем 15 и.18 комбинаций сигналов 9 = Я= 04= 1 и Ю = О, 04= 1 соответственно, по ко" 9торым формируются к моменту временисигналы Я = 0 и 049= 1. В свою 4 оочередь, сигнал Я = 0 вызывает переброс Ю -триггера в состояние 779 67 9097 на ее выходе сигнал С. 4 1 при т,,Цпричем, формирование сигнала ч 44= 1 происходит независимо от состояния сигнала и , так как в мо мент времениЯ 7 = О. Так как равенство О. = 0 равносильно равенстЮву ЯЛО= 1, на выходе схемы 19 в момент времени СЛЕ образуется группа сигналов 0 о= Я .= 1, которой соотЛьветствует состояйие Я,= О (1,д), 1 О вызывающее сброс триггера 9 в исходное состояние ( ), При этом на входе схемы 15 возникает сочетание 010 Я 9 - Я.6= 1 котОрому сООтвет ствует.= 0 (с 1), Одновременно 1 состояние сигналов на входах схемы18 нарушается (О= О, О = 1), что приводит к изменению состояния ее выхода О 9= 1 (с 1), Сигнал 0 = 0 вызьвает сброс Ю-триггера в исходное увсостояние Я Т - 1 ( 1 ) е 6 0 (ФЯ) что приводит к восстановлению исходных сигналов О, -= 1 0,1 1. На1 ьэтом процесс выключения триггера 10 завершается, Зыходное напряжение сиг нала Я , равное Оо, напряжение Оа суммируются операционным усилителем 6: О 6 = Оо + О, а сигнал ошибки ЙО изменяет свою полярность;фиг, 2) вследствие чего электродви- Зв гатель 4 переходит в режим т.Рможения и его частота вращения Я. снижается. Этот режим продолжается до тех пор, пока вследствие снижения частоты вращения электродвигателя 4 на интервале времени йр-Фл не возникнут подряд два перепада напряжения Ои0 ), вследствие чего вступит в работу триггер 9, как это описано выше. Сигнал ошибки вновь изменит 40 свою полярность, и устройство перейдет в режим стабилизации частоты вращения, величина которой определяется сигналом М. При увеличении (уменьшении) сигнала Й частота импульсов 4 сигнала Опи крутизна нарастания их напряжения возрастают (уменьшаются), вследствие чего увеличивается ( уменьшается ) частота вРащения.Таким образом достигается регулирование частоты вращения электродвигателя в широком диапазоне. 79 8ются триггеры 9 и 1 О, на входе схемы14 в момент времени с возникает комбинация сигналов 0 = О = 11 = 110 ЛТвследствие чего изменяется состояние сигнала 0 в момент времени3О+,= О, что приводит к перебросуРс-триггера: Я 6= 1 4) 0 = 0,т. ). На входе схемы 18 возникаеткомбинация О 9 = О = 1,приводящаяк возникновению сйгнала (,8= 0 (й 5-),что вызывает сброс триггера 1 О висходное состояние О = О, Я = 1301 о(с -Ф). Кроме того в момент времени1 . на входе схемы 14 группируютсясйгналы О 9 = "о= 1, О= О, вследствие чего О 4= 1 (6), йричем изменение .состояния схемы 14 не зависит отперехода Оиз состоянияв О, таккак в момент времени йб-= О, Так6 4 Укак О = 1, на входе схемы 19 образуется сочетание О,= О = 1, которомуотвечает равенство (= 0 ;6-й )Обнуление выхода схемы 19 приводитк сбросу триггера 14 в исходное состояние: О= О (й -Е),что обусловливает возникновение на входе схемы15 комбинации сигналов 1 9 = О 1 =10- 1 и вследствие этого - переход Фяе нуяееое состояние: Ц := 0Л 5(й-й е что вызывает перебросК 9.триггера в исходное состояние0 = 1, ,6= О. Кроме того, в моментвремени ср схема 18 переходит в состояние 0,= 1. Переброс Й 6 -триггераприводит к переходу схемы 19 в состояние О., 1. На этом заканчивается переходный процесс, в результатекоторого оба триггера 9 и 10 оказываются в исходном состоянии ч,9 =О. Как и в предыдущем случае,длительность переходного процессаопределяется частотными свойствамимикросхем, и поэтому находится в пределах одной или нескольких микросекунд. На диаграммах 0и 0 формируются при укаэанных переключенияхв виде коротких пиков, не влияющихна работу устройства. Итак, совпадение во времени фронтов импульсныхсигналов на входах фазового дискриминатора не приводит к появлению сигналов на его выходе, Рассмотрим режим одновременногоскачка сигналов О п и ОВот макси"мального значения до нуля, чему соот- фветствует совпадение во времени С,задних фронтов импульсов Я 7 и Я 8(фиг.4). Этими фронтами перебрасываТаким образом, переключение элементов, дискриминатора происходит последовательно во времени, что исключает появление сбоев при переключениях. Совпадение во вРемени сигналов на входах дискриминатора воспринимаетсяформула изобретения 9 90 им как отсутствие этих сигналов.Все это обусловливает четкую работу устройства без сбоев, что повышает его надежность. Отсутствие ложных сигналов при совпадении фронтов входных сигналов исключает бросы частоты вращения электродвигателя и тем самым уменьшает время переходного процесса. чУстроиство для регулирования частоты вращения электродвигателя,содер. жащее входной преобразователь и датчик положения с формирователем угла. вращения вала электродвигателя, выходы которых соединены с первыми входами операционных усилителей и через формирователи сигналов - с входами двух триггеров фазового дискриминатора, выходы которых соединены с вторыми входами операционных усилителей, выходы которых через узел сравнения соединены с блоком регулирования напряжения, причем фазовый дискриминатор снабжен двумя парами схем совпадения, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности и увеличения быстродействия,9779 10в фазовый дискриминатор дополнительно введена третьяпара схем совпадения, причем схемы совпадения второйпары соединены между собой по схемеРЯ.триггера, прямые и инверсные выходы каждого из триггеров попарно подключены к входам соответственно первой и второй схем совпадения первойпары, прямой и инверсный выходы соот О ветственно первого и второго триггеров связаны с входами соответственнопервой и второй схем совпадениятретьей пары, выходы первой пары схемсовпадения соединены с входами 15 Ктриггера, один из выходов которого подключен к входам первой и второйсхем совпадения соответственно третьей и первой пар, а второй выход - квходу первой схемы совпадения первой ро пары, выходы первой и второй схемсовпадения третьей пары связаны свходами сброса соответственно второго и первого триггеров. 25 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРИ 474891, кл. Н 02 Р 5/06, 1971.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке й 2475289/24-07,кл, Н 02 Р 5/Об, 1977 (прототип).909779 08/76 Тираж 319 ВИИИПЙ Государственного комитета С по делам изобретений и открьпий11303, Иосква, Ж"35, Рауаская наб Зак одписн в дФилиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул.Проектная Составитель Ю, Воробьев актор А.Фролова Техред И.Гергель Корректор И.Дем