Устройство для управления вентильным электродвигателем

(9)сОюз советсних 1) Н 02 Р 6/02,ПИСАНИ ЕНИЯ " ЗОБ АВТОРСКО ВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУддот 1 ЕННй НО(аИтЕт СССР дклдМ изонеетений и отн 1 ыт) е 1(72) А.А. Иванов и В,К. Лозенко (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт(53) 62-52.8;621.316.7(088.8) (56) .1. Пожидаев В.М., Омельченко В.В. Бесконтактные электродвигатели постоянного тока. Л., ВИКИМ Аьф. Можайского, 1972.2. Разработка систем электропривода для органов управления подвижного объекта. Научн.рук.к.т.н. Лозенко В.К. Отчет МЗИ. Гос.регистр. У Ф 13966ц. 1, 1981, с. 91-100,3, Разработка систем электропривода для органов управления подвижного объекта. Научи.рук, к,т.н. Лозенко В.К. Заключительный отчет МЗИ, Гос.регистр. В Ф 139661982,с. 33-61.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ, ВЕНТИЛЬНИИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содер . жащее датчик положения ротора с двумя комплектами чувствительных элемен тов, каздьй из которых подключен к соответствука(ему датчику направления вращения, блок сравнения с двумя входами, первый из которых подключен .к выходу одного из датчиков на:правления вращения, блок запрета ,с ииформационнви и управляющим входами, блок формирования сигналов НВперед - назад" с управляющим и запрещающий входаж, переключатели команд "Вперед - назад" и "Пуск - стоп первый управляемьй инвертор, информа ционным входом подключенный к выходу переключателя команд "Вперед - назад",управляющим входом - к выходу переключателя команд "Пуск - стоз", соединенному с управляющим входом блока ЗА-. ПРЕТ, информационный вход которогосвязан с выходом блока сравнения, авыход блока ЗАПРЕТ подключен к запрещающему входу блока формирования сигналов "Вперед - назад", с которым соединен по крайней мере один из комплектов чувствительных элементов датчика положения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышенияточности и уменьшения времени останова засчет исключения выбега ротора вентильного электродвигателя по-.сле отключения, введены второй итретий управляемый инверторы, двачетырехвходовых сумматора, причемвыход второго датчика направления:вращения подключен к второму входу ,блока сравнения, с выходом первого инвертора соединен информационный вход второго инвертора, выходбм связанного с информационным входом третьего инвертора, выход которого подклю-.чен к управляющему входу блока формирования сигнала "Вперед - назад", первые и вторые входы сумматоров соединены с выходами первого и вто- ДФрого датчиков направления вращения соответственно, третьи входы сумматоров - с выходом переключателя команд "Вперед - назад" выход переключателя команд.фПуск" - стоп" подключен к четвертым входам сумматоров, выход каждого сумматора соединен с управ- И,лякщим входом одного из введенных,соответствующего данному сумматору, инвертора.Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводуи может быть использовано всистемах и устройствах, где требуется экстренное торможение, напримерв позиционном приводе, в приводахробототехннкг и т.д,Известно устройство для торможе ния вентильного электродвигателя,содержащее преобразователь частоты, 10цепи управления ключей которого связаны с выходом многоканального датчика положения ротора через последовательно соединенные управляемыйблок ЗАПРЕТ и блок формирования сигналов правого и левого направлениявращения, управляющий вход которогоподключен к выходу логической схемыИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, к двум входам логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.подключены выход задатчика направления вращения ц выход триггера команд "Пуск",и .".Стоп", датчик нулевой скоростивращения, выход которого связан суправляющим входом блока ЗАПРЕТ Я , 25Недостатком известного технического решения является низкая надежность, обусловленная возможностьюсвободных движений индуктора послеостанова, которые могут возникнутьпод действием изменяющихся момечтовнагрузки на валу электродвигателя.Наличие свободных движений вентильного электродвигателя в режиме останова может привести к неработоспособ-ности приводных устройств, напримерпозиционных приводов, приводов робототехники и т.д,Наиболее близким к изобретению является устройство для управления 0 вентильным электродвигателем, содержащее датчик положения ротора с двумя комплектами чувствительных элементов, каждый из которых подключен к соответствующему датчику на правления вращения блок сравненияс двумя входами, первый из которых подключен к выходу одного из датчиков направления, вращения, блок запрета с информационным и управляющим 50входами, блок формирования сигналов"Вперед - назад" с управляющим и за прещающим входами, переключателикоманд "Вперед - назад", "Пуск -стоп", первый управляемый инвертор, 55информационным входом подключенныйк выходу переключателя команд "Вперед - назад", управляющим входом -к выходу переключателя команд "Пуск - стопы, соединенному с управляющим входом блока ЗАПРЕТ, информационный вход которого связан с выходом блока управления, а выход блока ЗАПРЕТ, подключен к запрещающему входу блока формирования сигналов "Вперед - назад", с которым соединен по крайней мере один из комплектов чувствительных элементов датчика положения 2 .Недостаток этого технического решения- низкая надежность, обусловленная возможностью свободных движений индуктора после останова, вызываемых действием изменяющегося момента нагрузки на валу электродвигателя, низкой. точностью и большим временем останова, обусловленного наличием непрогнозируемого выбега после отключения электродвигателя от источника энергии при останове.Целью изобретения является повышение точности и уменьшение времени останова путем исключения выбега ротора вентильного электродвигателя после его отключения. Поставленная цель достигается тем, что устройство для вправления вентильным электродвигателем, содержащее датчик положения ротора с двумя комплектами чувствительных элементов, каждый из которых подключен к соответствующему датчику направления вращения, блок сравнения с двумя входами, первый из которых подключен к выходу одного из датчиков направления вращения, блок запрета с информационным и управляющим входами, блок формирования сигналов "Вперед - назад" с управляющим и запрещающим входами, переключатели команд "Вперед - назад" и "Пуск - стоп", первый управляемый инвертор, информационным входом подключенный к выходу переключателя команд "Вперед - назад", управляющим входом - к выходу переключателя команд "Пуск - стоп", соединенному с управляющим входом блока ЗАПРЕТ, информационный вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход блока ЗАПРЕТ подключен к запрещающему входу блока формирования сигналов "Вперед - назад", с которым соединен по крайней мере один .комплект чувствительных элементов датчика положения, введены второй и третий управляемые инверторы., два четырехвходовых сумматора, причем выходвторого датчика направления вращения подключен к второму входу блокасравнения, с выходом первого кивертора соединен информационный входвторого инвертора, выходом связанного с информационным входом третьегоинвертора, выход которого подключенк управляющему входу блока формирования сигнала "Вперед - назад", первые и вторые входы сумматоров соединены с выходами первого и второгодатчиков направления вращения соответственно, третьи входы сумматоров " 15с выходом переключателя команд "Впе.ред - назад", выход переключателя команд "Пуск - стоп" подключен к четвертым входам сумматоров, выход каждогосумматора соединен с управляющим 20входом одного из введенных, соответствующего данному сумматору, управляемого инвертора,На фиг,. 1 приведена функциональная схема устройства для управления 25вентильным электродвигателем; нафиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства; на фиг, 3и 4 - диаграммы, поясняющие движения индуктора вентильного электродвигателя в районе нулевой частотывращения.Устройство для управления вентильным электродвигателем 1 содержит датчик 2 положения ротора (ДПР) с двумякомплектами чувствительных элементов (ЧЭ). Один комплект чувствительных элементов прдключен к первомудатчику 3 направления вращения,другой комплект - к второму датчику 4 направления вращения,Устройство содержит также блок 5: .сравнения с двумя входами, первый из которых подключен к выходу датчика 3 направления. вращения, а вто рой - к датчику 4 направления вращения, блок ЗАПРЕТ 6 с информационныи 7 и управляющим 8 входами, блок 9 формирования сигналов "Вперед - назад" с управляющим 10 и запрещающим 50 11 входами, переключатели команд "Вперед - назад" 12 и "Пуск - стоп" 13, первый управляемый инвертор 14, информационным входом 15 подключенный к выходу переключателя 12 команд 55 "Вперед - назад", а управляющим входом 16 - к выходу переключателя 13 команд "Пуск - стоп", соединенному с управляющим входом блока ЗАПРЕТ 6информационный вход 7 блока ЗАПРЕТ6 связан с выходом блока 5 сравнения, а выход 17 блока ЗАПРЕТ подключен к запрещающему входу блока 9формирования сигналов "Вперед - назад", с которым соединен по крайнеймере один комплект чувствительныхэлементов датчика положения,В устройство введены второй итретий управляемые инверторы 18и 19, два четырехвходовых сумматора 20 и 21.Информационный вход второго инвертора 18 соединен с выходом первогоинвертора 14, а выход инвертора 18 -с информационным входом третьегоинвертора 19, выход которого подключен к управляющему входу 10 блока 9формирования сигнала "Вперед - назад",первые и вторые входы сумматоровсоединены с выходами первого и вто-.рого датчиков направления вращения3 и 4 соответственно, третьи входысумматоров - с выходом переключателя 12 команд "Вперед - назад", выходпереключателя 13 команд "Пуск -стоп" подключен к четвертым входамсумматоров 20 и 21. Выход сумматора20 соединен с управляющим входом 22второго инвертора 18, а выход сумматора 21 - с управляющим входом 23третьего инвертора 19,На фиг, 1 также показаны преобразователь 24 частоты вентильногоэлектродвигателя 1 и источник 25энергии. Выход блока 9 формированиясигналов "Вперед - назад" подключенк преобразователю 24 частоты, .выходкоторого подключен к вентильномуэлектродвигателю 1, Переключатель 12команд "Вперед - назад" и переключатель 13 команд "Пуск - стоп" состояткаждый из собственно выключателя ирезистора. При замкнутых контактахвыключателя на выходе переключателякоманд имеет место потенциал "1 ф.При разомкнутых контактах переключателя на выходе имеет место потенцищ ОдДатчик 3 и 4 направления вращения работают по принципу контроля порядка чередования сигналов с чувствительных элементов (ДПР) 2Блок сравнения 5, управляемые инверторы 14, 18 и 19 выполнены на логических схемах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Блок ЗАПРЕТ 6 выполнен на логической30 40 45 35 схеме И с одним инвертирующим,и одним прям.в входами. Сумматор 20 выполнен на логической схеме 4 И с двумя инвертирующими входами, сумматор21 - налогической схеме.4 ИЛИ с однъинвертирующим входом.Переключатехи 12 команд "Вперед -назад" задаеч через управляемые инверторы 14, 18 и 19 на входе блока 9Формирования сигналов "Вперед - назадсоответствующий уровень логическогосигнала. Переключатель 13 команд"Пуск - стоп" управляет режимом инертирования инвертора 14. В режимеПуск" инвертор 14 инвертирует сигнал переключателя 12 команд "Впередназад", в режиме "Стоп," инвертор 14не инвертирует сигнал, В режиме"0", Наличие которого на входе блока ЗАПРЕТ 6 разрешает последнемувырабатывать сигнал на останов припоявлении разных по уровню сигналовна выходах датчиков 3 и 4 направления вращения,Сумматор 20 суммирует сигналы"Вперед," с датчиков 3 и 4 направления вращения при наличии команд"Стоп" и "Назад" с переключателей13 и 12 команд соответственно. Сумматор 21 сумпярует сигналы "Назад"с датчиков 3 и 4 направления вращения при наличии команд "Стоп" н. образом,При подаче команд "Пуск" (моментвремени с фиг, 2) на выходе переключателя 13 команд "Пуск - стоп"устанавливается уровень "1" (01,Фиг. 2; здесь и далее индекс обо-значает элемент Функциональной схемы, сигнал на выходе которого рассматривается). Этот же уровень присутствует на управляющем входе 8блока, ЗАПРЕТ,б и на втором управляющем входе каждого сумматора 20 и21, что исключает Формирование сигнала на останов с блока ЗАПРЕТ 6 исуммирование сигналов датчиков направления вращения 3 и 4 на сумматорах 20 и 21, Одновременно с заданием команды "Пуск" может быть задана команда "Вперед". Уровень "1"поступает на вход 15 управляемогоинвертора 14, где инвертируется и,пройдя через управляемые инверторй18 и, 19, не изменяясь, попадает навход 10 блока 9 формирования сигналов "Вперед - назад". В момент времени ф, на вход 11 блока 9 поступает уровень 1" с блока ЗАПРЕТ 6.Блок 9 формирования команд "Вперед - назад" начинает формироватьпсигналы управления для преобразователя 24 частоты по сигналам датчика 2 положения ротора в соотве 1 гствии с заданной командой "Вперед",Вентильный электродвигатель начинает разгоняться. На выходах датчиков направления вращения 3 и 4 появляется уровень "1", соответствующийнаправлению вращения вперед. Сигнал "1" на выходе датчика 4 направления вращения появляется позже (С ),так как он получает информацию с чувствительнык элементов датчика положе-ния ротора, сдвинутых относительночувствительных элементов, выдающихинформацию на датчик 3 направлениявращения (Фиг. 3),После подачи команды "Стоп"(й ) на выходе переключателя 13 команд Пуск - стоп" - устанавливаетсяуровень "0". Зто приводит к изменению уровня сигнала на входе 10 блока 9 формирования сигналов "Вперед -назад", который начинает вырабатывать управляющие сигналы, соответствующие режиму противовключения. Двигатель начинает тормозиться, К моменту времени й 4(фиг, 2 и 3) индуктор проходит нулевую частоту вращения и начинает двигаться в противоположном направлении (назад), В момент времени й происходит сменапорядка чередования сигналов чувствительных элементов и датчик 3 направленния вращения, переключается На еговыходе появляется сигнал "0. Датчик .4 напряжения вращенияпо-прежнему вырабатывает сигнал 11",На входах блока сравнения 5 присутствуют,разные логические сигналы,это приводит к появлению на его выхо 50 де "1". При наличии "1" на входе 7 и "0" на входе 11 (с) блок ЗАПРЕТ 6вырабатывает сигнал "0", запрещающийблоку 9 Формирования сигналов "Вперед - назад" формировать сигналы управления. Электродвигатель 1 отклю"чается от источника 25 энергии (с,1).Другими словами, появление разныхлогических сигналов на выходах датчи7 1164849 8 ков 3 и 4 направления вращения при ления вращения сравняются и будут наличии команды "Стоп" приводит к равны "1". Блок 9 формирования сиотключению электродвигателя. После , гналов "Вперед - назад" начнет форотключения преобразователя частоты мировать сигналы управления, обеспеэлектродвигатель останавливается 5 чивающие Режим противовключения, на выбеге. аналогично интервалу времени е -сю3Наличие внешних моментов на валу (фиг, 2). После прохождения нулевой электродвигателя может привести к частоты вращения электродвигатель движению вала вентильного электродви- начнет вращаться. назад. В момент гателя в ту или иную сторону. Если 10 времени с сигналы на датчиках 3 вал электродвигателя будет продол" и 4 направления вращения станут разжать двигаться на выбеге назад, то ,личины и электродвигатель 1 отключится в момент времени й сигнальный эле- отисточника 25 энергии, Длительность мент датчика положения ротора пере- интервалов времени с с и с - сЕсечет второй чувствительный элемент 5 определяется временем, необходимым Гфиг. 2 и 3) и датчики 3 и 4 направ- электродвигателю для реверсирования ления вращения переключатся. На обо- направления вращения. их датчиках устанавливается уровень При задании команды "Назад" ( ) "О", что влечет установление "1 на с переключателя 12 команд "Вперед - выходе блока ЗАПРЕТ 6, Блок. 9 формироназад" на вход 15 управляемого инвания сигнала "Вперед - назад" начи-. вертора 14 поступает уровень "О". нает формировать сигналы управления, По команде "Пуск" (Сю) этот сигнал Одновременно с этим происходит сум- инвертируется и поступает на вход 10 мирование сигналов датчиков 3 и 4 блока 9 формирования сигнала "Впенаправления вращения на сумматоре 21,25 ред - назад". Одновременно на вход так как на его первом и втором уй этого же блока с блока ЗАПРЕТ 6 поравляющих входах имеются управляющие ступает сигнал "1", разрешающий формиуровни 1 и О соответственно . На рова ние сигналов управления блоку 9 фор. выходе сумматора 2 1 появляется си- мирования сигнала "Вперед - назад " ,гнал 1 , что приводит к изменению30 Электродвигатель разгоняется назад , уровня сигнала на управляющем входе При наличии команды "Пуск" сигнал , 1 О блока 9 формирования сигналов " 1 " на выходе блока ЗАПРЕТ 6 не изме-Вперед - назад". Изменение уровня няет своего состояния ни при каких обеспечивается инвертированием сигна- сочетаниях сигналов на выходах датла на инверторе 19, Блок 9 формиро- . чиков 3 и 4 направления вращения.35вания сигналов ВпеРед - назад на- Это обеспечивает реверс электродвичинает вырабатывать сигналы управ- гателя при изменении команд "Вперед" ления, переводящие электродвига- и "Назад" при наличии команды "Пуск". тель в Режим пРотивовключениЯ. После Останов и удержание вала электро 7прохождения нулевой частоты вращения Щ двигателя обеспечивается описанным двигатель начинает вращаться. Смена, способом, Суммирование сигналов порядка чередования сигналов на.кои- :,"Вперед" датчиков 3 и 4 направлеплекте чувствительных элементов в мо- ния вращения выполняет сумматор 21, мент С 6 вызывает изменение состояйия , который обеспечивает инвертирование датчика направления вращения 4. На сигналов управления за счет управ- выходах датчиков направления враще- ляемого инвертора 18, ния 3 и 4 появляются разные.логичесТаким обрраэом, после отключения кие сигналы. Это вновь вызывает от:преобразователя частоты по команде ключение электродвигателя 1 от источ- С пвал электродвигателя не мо 50 жет двигаться ни на выбеге, ни под ника 25 энергии.Наличие внешних моментов на валу действием внешних моментов. Величиэлектродвигателя может привести к :иа движений вала определяется углодвижению вала вперед. В этом случае вой зоной, равной угловому смещению после пересечения сигнальным элемен-. комплектов чувствительных элементов том датчика положения первого ком датчика положения ротора. За счет плекта чувствительных элементов в.: этого исключается свободное движение момент времени й логические сигна-вала электродвигателя, уменьшается лы на выходах датчиков 3 и 4 направ- .время и повышается точность останова.