Устройство для управления вентильным электродвигателем

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содержаудее преобразователь частоты, цепи управления ключей которого связаны с выходомm-канального датчика положения ротора, последовательно соединенные управляемые блок Запрет и блок формирования сигналов правого и левого направлений вращения, управляющий вход которого подключен к выходу логической схемы Исключающее ИЛИ два входа которой связаны с выходом задатчика направления вращения и выходом триггера команд Пуск и Стоп соответственно,.датчик нулевой скорости враидения, выход которого связан с управляюи им входо15 блока Запрет , о т л и ч а ю UI е ее я тем, что, с целью повышения надежности путем исключения свободных движений индуктора вентильного электродвигателя после останова, в него дополнительно введены управляемый блок задания постоянного вкгяочения комбинации ключей преобразователя частоты и блок формирования управляющего сигнала на останов, включенный между блоком 3 прет и датчиком нулевой скорости вращения , .выход которого дополнительноподключен к первому управляющему BXQду блока задания постоянного включения комбинации ключей преобразователя частоты, информационные входы которого подключены к соответствующим выходам блока формирования сигнала правого и левого направлений вращения , а второй управляющий вход указанного блока задания подключен к выходу триггера команд Пуск и Стоп, выход блока задания постоянного включения комбинации кгиочей преобразователя частоты подключен к цепям управления ключей преобразователя частоты. И. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что блок задания постоянного включения комбинаций ключей преобразователя частоты содер. житМБ-триггеров, причем информационные входы С-триггеров подк/вочены к соответствующему выходу блока формирования сигнала правого и левого направлений вращения, тактирующие входыD-триггеров объединены в первый управляющий вход указанного блока задания , входы установки начального состояния- Д-триггеров объединены во вторьй управляЮиГий вход, а выходы В-триггеров являются выходами блока «задания постоянного включения комбинаций ключей преобразователя частоты. 3. Устройство по п. 2, отлич аю щ е ее я тем, что оно снабжено генератором импульсов регулируемой

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ6ЛИН

093 (И) Зсю H 02 P 6/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 326261 О/?.4-07 (22) 19 03.81 (46) 15..07.83 ° Вюл. И 26 (72) А.A. Иванов, В.К. Лозенко, Г.В. Мазуров и В.Ф. Шалагинов (53) 6?1.313.292-83(088.8) {56) 1. Пожидаев В.И., Омельченко В.В, Бесконтактные электродвигатели по" стоянного тока. ВИКИ ии. А.Ф. Можайского, 1977, с. 95-96.

2. Авторское свидетельство СССР

Ю 390636, кл. Н 02 К 29/02,1972.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке М 282835?/24-07, кл. Н 02 К 29/02, 1979. (54)(57) 1. УСТРОИСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ВЕНТИЛЬНИИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содер- . жащее преобразователь частоты, цепи управления ключей которого связаны с выходомпт-канального датчика положения ротора, последовательно соединенные управляемые блок "Запрет" и блок Формирования сигналов правого и левого направлений вращения, управляющий вход которого подклочен к выходу логической схемы "Исклочающее ИЛИ" два входа которой связаны с выходом задатчика направления вращения и выходом триггера коианд "Пуск" и "Стоп" соответственно,,датчик нулевой ско- рости вращения, выход которого связан с управляющим входом блока "3aпрет", о т л и ч а ю щ е е. с я тем, что, с целью .повышения надежности путем исклочения свободных движений индуктора вентильного электродвига-; теля после останова, в него дополнительно введены управляемый блок зада- 1 ния постоянного вклочения комбинации ключей преобразователя частоты и блок

Формирования управляющего сигнала на останов, включенный между блоком "3yпрет" и датчиком нулевой скорости вращения, .выход которого дополнительнопопключен к первом управляющему входу блока задания постоянного включения комбинации ключей преобразователя частоты, инфориационные входы которого подключены к соответствующим выходам блока Формирования сигнала правого и левого направлений вращения, а второй управляюций вход указанного блока задания подклочен к выходу триггера команд "Пуск" и "Стоп", выход блока задания постоянного включения комбинации клочей преобразоваф теля частоты подключен к цепям управления клочей преобразователя частоты.

Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок задания постоянного вклочения комбинации клочей преобразователя частоты содержитЮЭ-триггеров, причем информаци" онные входы Я-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 задания, входы установки начального состояния-0-триггеров объединены во второ" управляиж(ий вход, а выходы

Э-триггеров являются выходами блока задания постоянного включения комбинаций клочей преобразователя частоты.

3. Устройство по и. 2, о т л и ч аа щ e e--с я тем, что оно снабжено генератором импульсоя регулируемой скважности, цепь включения которого подключена к выходу блока формирования управляющего сигнала,на оста"

10293<9 нов, а выход указанного генератора подключен к цепям управления ключей преобразователя частоти.

f0

20

Ф

4

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано в сис" темах и устройствах, где требуется экстренное торможение, например в позиционном приводе, в приводах робототехники и т.д.

Известные вентильные электродвига.тели с устройствами, обеспечивающими динамическое и генераторное торможение P1 ), Недостатком таких устройств торможения вентипьных электродвигателей является то, что требуется дополнительная установка силовых выпрямительных мостов и реле,. коммутирующих силовые цепи..

Известен вентипьный электродвигатель, содержащий преобразователь частоты, управляемый от трансформаторно"

ro датчика положения ротора с пер-. вичной обмоткой, подключенной через реверсивный элемент. Торможение элект. родвигатепя осуществляется противо" включением (2 J.

Однако данное устройство не обеспечивает автоматической блокировки при нулевой частоте вращения, а поэтому не исключает вращения ротора в противоположном направлении при тор можении.

Наиболее близким к изобретению является устройство для управления вентипьным электродвигателем, содержа щее преобразователь частоты, цепи управления .ключей которого связаны с" выходом многоканального датчика положения ротора через последовательно соединенные управляемые блок "Запрет и блок .формирования сигналов правого и левого направления вращения, уп. равляющий вход которого подключен к выходу логической схемы "Исключающее ИЛИ", к двум входам логической схемы "Исключающее ИЛИ"гк>дключены выход задатчика направления вращения и выход триггера команд "Пуск" и

"Стоп", датчик нулевой скорости вра2 щения, 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. Нали ие свободных движений вентильного электродвигателя в режиме останова может привести к неработоспособности приводных устройств, например позиционных приводов, приводов робототехники и т.д.

Цепь изобретения - повышение надежности путем исключения свободных движений индуктора вентильного электродвигателя после оствнова.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство дпя управления вентипьным электродвигателем, содержащее пре6бразоватепь частоты, цепи управления ключей которого связаны с выходомй "канального датчика положения ротсра, последовательно соединенные управляемые блок "Запрет" и блок формирования сигналов правого и лево» го направлений вращения, управляющий вход которого подключен к выходу логическа схемы "Исклочающве ИЛИ", два входа которой cssaaw с выходом за« датчика направления вращения и выходом триггера команд "Пуск" и "Стоп" соответственно, датчик нулевой скорости вращения, выход которого связан с управляющим входом блока "Запрет", дополнительно введены управляемый блок задания постоянного включения комбинации ключей .преобразователя частоты и блок формирования управляющего сигнала на останов, включенный между блоком "Запрет" и датчиком нулевой скорости вращения, выход которого дополнительно подключен к первому управляющему входу блока задания постоянного вкпочения комбинации ключей преобразователя частоты, ин10293

Формационные входы которого подключены к соответствующим выходам блока формирования сигнала. правого и левого 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 содержится ф-триггеров, причем информационные входы

Ъ-триггеров подключены к соответствующему выходу блока формирования сигнала правого и левого направлений вращения тактирующие входы 9-триггеров объединены в первый управляющий вход указанного блока задания, входи. установки начального состояния ) -триггеров объединены во второй управляющий вход, а выходы 3)-триг- геров являются 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- 35 но-структурная схема устройства для управляения вентильным электродвигателем; на Фиг. 2 - .эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство состоит из преобразова- 40 теля частоты 1 (Фиг. !), включающего в себя ключи 2 ° 1, 2.2, 2.3, цепи управления которых связаны с выходами логических элементов "И-НЕ" 3.1, 3.2, 3.3 ° Выход преобразователя час- 45 тоты 1 подключен к якорной обмотке синхронной мавины 4, на валу которой установлен. датчик 5 положения ротора. Датчик 5 положения ротора соединен с блоком 6 Формирования сигна-. 50 лов npasoro 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, правого и левого направлений вращения соединены с информационными выходами 11

11.1, 11.2, 11.3 блока !7. задания по.стоянного включения комбинации ключей

69 4 преобразователя частоты и с выхода" ми 13.1, 13.?, 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 из

Э-триггеров 18, 1.9 и 20, тактирующие входы которых объединены в первый управляющий вход 21 указанного блока 12 задания, входы установки начального состояния В-триггеров 18, 19 и 26 объединены во второй управляющий вход 22, информационные входы Ъ-триггеров являются входами блока l? задания no" стоянного включения комбинации ключей преобразователя частоты 1, а вы" ходы О"триггеров являются выходами указанного блока, которые вместе с. одноименными выходами блока 14 "За" прет" подключены попарно к входам ло" гических схем "И"HE" 3. Ут!Равляющий вход 23 блока 6 Формирования сигна" лов правого и левого направлений вра щения соединен с выходом логической схемы "Исключающее ИЛИ" 24, к двум входам которой подклочены входы за" датчика 25 направления вращения и выход триггера 26 команд "Пуск" и

"Стоп". Выход триггера 26 команд

"Пуск" и "Стоп" также подключен к управляющему входу 27 блока ?8 формирования управляющего сигнала на останов и к второму управляющему входу 22 блока 12 задания постоянного включения комбинации кпочей пре- образователя частоты. Выход датчика нулевой скорости 10 соединен с входом блока 28 Формирования управляю" щего сигнала на останов и первым управляющим входом 21 блока 12 задания постоянного включения комбинации ключей. Выход блока 28 Формирования управляющего сигнала на останов подключен к управляющему -входу 29 блока

"Запрет" 14 и к генератору 30 импуль." сов регулируемой скважности. Выход указанного генератора 30 подключен к цепям управления ключей преобразователя частоты 1. В зависимости от типа используемого датчика нулевой скорости 1И 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".и Стоп" 26 устанавливается уровень логической "1"

Q<> Фиг. ?.). Этот we уровень((3 1 ) присутствует на управляющем входе 27

5 1029 блока 28 формирования управляющем сиг" нала на.останов, не разрешая ему пере" давать информацию с датчика нулевой скорости 10, и на втором управляющем входе 22 блока 12 задания постоянного включения комбинации ключей. Это обеспечивает принудительную установку на выходе указанного блока 12 ло,гической !". Сигналы выхода датчиv щ ка 5 положения ротора(!», (), О tO фиг. 23 поступают на входы блока б формирования сигналов правого и левого направления вращения, где формируются сигналы управления заданного направления вращения(Ц,, Q>, Щ.. ts

Направление варщения задаетсчя эадатчиком 25 направления вращения че-, рез логический элемент "Исключающее

ИЛ11н 2ь. Уровень логической "I" IIgy) на выходе логического элемента Исключающее ИЛИ".24 соответствует направлению вращения ротора аентильного электродвигателя вправо. При на" личии логической 11" на одном из вхо. дов логических элементов "Исключающее ИЛИ" 7, 8 и 9 блока 6 формирования сигналов npaeoro и левого напраа" ления вращения информацию, предшест вующую на другом входе, они передают без изменения, а при наличии логичес" кого "0" на том же входе они работа ют в режиме инвертора. Это обеспе чивает формирование сигналов управле- . ния противоположного направления вращения. з

Сигналы 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" hatt ка 14 "Запрет" сигналы инвертируются (Ц,, Д»,, (3» ) и поступают íà первые входы логических элементов.3.1, 3.2, 3.3 преобразователя частоты 1, на вторых входах которых имеет место уровень логической "1" (0», Q q, при этом они работают в режиме инверторав. На выходе логических элементов "И-HE" 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 левого направления вращения. Преобразователь частоты 1 формирует последоаательнуа комбинацию открытых состояний ключей 3.1, 3.7., 3.3, при которой вентильный двигатель на интервале времени „ ... ф. тормозится, а затем на интервале .... разгоняется в противоположную сторону, В момент реверса блок 14 "Запрет" не запрещает прохождение сигналов с блока 6 формирования сигналов правого и левого направлений вращения, так как не было команды "Стоп" и сигнал О,ос датчика f0 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" (Ь ) на выходе триггера 26 команд "Иуск" и

"Стоп" устанавливается уровень логического "О", логическая схема "Исклю. .чающее ИЛИ" 24 начинает работать в режиме инвертора и сигнал Ц,!на ее выходе !»зменяет свой уровень. Ири изменении управляющего сигнала U > блок 6 формирования сигналов правого и левого направлений вращения формирует из сигналоа датчика 5 положения ротора управляющие сигналы, под действием которых преобразователь частоты формирует последовательную комбинацию открытых состояний ключей 2.1

2,2, 2.3, при которой аентильный электродвигатель переходит s режим торможения противовключением. Этот режим позволяет электродвигателю наиболее близко достичь нулевой скорости (gy) . 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 "О" при появлении команды "Стол". Подача сигнала с дат" чика 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 !" с выхода датчика нулевой скорости 10 при нуле"

1 0293

40 по вышеописанному способу. .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 на

55 валу вентильного электродвигателя, 7 вой скорости вращения одновременно поступает на первый управляющий вход 21 блока 12 задания постоянного включения комбинации ключей преобразова.теля частоты 1, на втором управляющем входе 22 которого имеет место уровень логического."0" при команде .

"Стоп". 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 сигналов в блоке 6 формирования сигналов правого и левого направлений вращения инвертируется в логических элементах "И-HF." и подается непосредственно к цепям управления ключей преобразователя частоты I Это приводит к тому, что при нулевой скорости вращения происходит включение определенной комбинации ключей преобразователя частоты 1, которая обеспечивает фиксацию ротора вентильного электродвигателя после.останова. Режим, при котором включена неизменная комбинация ключей 2.1; 2.?, 2.3, продолжается до момента подачи команды "Пуск".

При подаче команды "Пуск" на втором управляющем входе 2? блока 12 задания постоянного включения комбинации ключей .преобразователя частоты 1 и управляющем входе 27 блока 28 появляются уровни логической "1". Это обеспечивает принудительную установку .на выходе блока 12 задания посто" янного включения комбинации ключей

2.1, 2.2, 2.3 и на выходе блока 28 формирования управляющего сигнала иа останов уровня логической "1", при котором логические: элементы "И" и блок 14 "Запрет" работают в режиме инвертирования сигнала. Дальнейшая работа электродвигателя продолжается 45 так и погрешность в определении нулевой скорости вращения Д . В зависи"9 8 мости от требований к качеству и времени переходного процесса необходи" мо включить ту или иную комбинацию открытых состояний ключей преобразователя 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 вращения

2 « к, где - = - такт коммутации вентиль ного электродвигателя с однополупериодным преобразователем частоты; и - число секций якорной обмотки синхронной машины.

При такой погрешности датчик выда» ет сигнал, когда ротор уже изменит направление вращения.

Допустим ротор вращается влево. При команде "Стоп" устройство для управления вентильным электродвигателем обеспечивает формирование последовательных комбинаций открытых состояний ключей, при которых вентилънМй 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 включением одной иэ 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, чтобы исключить свободное движение индуктора при отсутствии команды "Пуск", необохдимо остаBHTb подключенной K McTQAHHKQ 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 от

10293 чувствительного элемента датчика положения ротора того направления вращения, которое противоположно движениЮ индуктора в момент срабатывания датчика нулевой скорости. Это обеспечивается инвертированием сигнала, поступающего с блока 6 формирования сигналов правого и левого направлений вращения и проходящего последовательно через блок 12 задания постоянного 10 включения ключей и логический элемент

"И" преобразователя частоты 1, Для задания различных режимов работы вентильного электродвигателя в режиме удержания используются генератор 30 импульсов регулируемой скважности, задающий импульсный режим, работы комбинации включенных клочей (Q ). Этот режим необходим, напри- 20 мер, для ограничения тока, который

69 10 протекает через ключи в режиме удержания. Генератор 30 включается под действием сигнала датчика нулевой скорости 10, проходящего через блок 28 формирования управляющего синала на останов при.наличии управляющего сиг- нала на его входе 27.

Использование изобретения повышает надежность вентильного электродвигателя путем исключения свободных движений индуктора вентильного электродвигателя после останова и дает воэможность использовать вентильные электродвигатели ь позиционных приводах, в приводах робототехники и т.д., где требуется экстренное торможение без дополнительного введения различных. муфт, обладающих низкой надежностью и недостаточным ресурсом, Составитель Л. Краснов

Редактор В. Ковтун Техред М.Тепер Корректор у Пономаренко з 9

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11)0)$ осквах _#_-$g Раушская наб.дд. 4/$

Филиал ППП "Патент", г ° Ужгород, ул. Проектная,