Устройство для управления вентильным электродвигателем

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (10

SU, у(51) Н 02 6 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3262619/24-07 (22 ) 19. 03. 81 (46) 15. 07.83. Бюл. If 26 (72) А.A. Иванов, IO. И. Кирьянов, В.К, Лозенко и Г.В. Мазуров (53) 621.313.232-83(088,8) (56 ) 1. Пожидаев В.M ., Омельченко В.В. Бесконтактные электродвигатели постоянного тока, ВИКИ им. A.Ф. можайского, 1977, с. 95-96.

2. Авторское свидетельство СССР

If 215295, кл. Н 02 К 29/02, 1968.

3. Авторское свидетельст во СССР по заявке N 2828352/24-07, кл. Н 02 К 29/02, 1979 ° (54) (571 УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ВЕНТИЛЬНЦИ ЭЛЕКТРОДВИГЛТЕЛЕИ, содержащее преобразователь частоты, цепи управления ключей которого связаны с выходом многоканального датчика положения ротора через управляемый блок формирования сигналов правого и левого направлений вращения, первый управляющий вход которого подключен к выходу логической схемы

"Исключающее ИЛИ", два входа которой связаны с выходом задатчика направления вращения и выходом триг" гера команд" Пуск" и "Стоп" соответственно, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, точности останова и уменьшения времени торможения, оно снабжено блоком выявления ЭДС, пороговым элементом, входом, подключенным к выходу преобразователя частоты через блок выявления ЭДС, и блоком памяти, выход которого подключен к второму управляющему входу блока формирова" ния сигналов правого и левого направлений вращения, к информационному и задающему входам блока памяти подключены соответственно выход порогового элемента и выход триггера команд "Пуск" и "Стоп".

4029370

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

Известны вентильные электродвигатели с устройствами, обеспечивающими динамическое и генераторное торможение 1j.

Недостатком этих устройств тормо.жения вентильных электродвигателей является то, что требуется дополни- . тельная установка силовых выпрями тельных мостов в реле, коммутирующих силовые цепи.

Известен также вентильный электродвигатель, содержащий преобразователь частоты, управляемый от транс" форматорного датчика положения ротора с первичной обмоткой, подключенный через реверсивный элемент. Тормо" жение weктродвигателя осуществляется противовключением 2 .

Однако данный электродвигатель не обеспечивает автоматической блоки" ровки при нулевой частоте вращения, а поэтому не исключает вращения ротора в противоположном направлении при торможении.

Наиболее близким к изобретению является устройство для управления вентильным электродвигателем, содер" жащее преобразователь частоты, цепи управления ключей которого связаны с выходом многоканального датчика положения ротора через управляемый блок формирования сигналов правого и левого направлений вращения, пер" вый управляющий вход которого подклю. чен к выходу логической схемы "Исключающее ИЛИ", два входа которой связаны с входом задатчика направле" ния вращения и выходом триггера ко" манд "Пуск" и "Стоп" (3).

Недостатками известного технического решения являются низкие надежность и точность, значительное время останова электродвигателя, вызван" ные наличием в устройстве интегрирующего каскада, связанного с формирователем импульсов частоты, кратной частоте вращения, С помощью интегрирующего каскада фиксируется

"нулевая" частота вращения ротора электродвигателя, после чего вентиль ный электродвигатель отключается, Однако точность фиксации "нулевой" частоты вращения интегрирующим каскадом невысока и существенно зависит от величины момента инерции и момента нагрузки на валу вентильного электродвигателя в момент торможения.

При малых моментах инерции и больших моментах нагрузки скорость изменения частоты импульсов, кратной частоте вращения, в районе "нулевой" часто-!

О ты вращения существенно выше, чем при больших моментах инерции и малых моментах нагрузки. учитывая, что в известном техническом решении не предусмотрены средства для коррекции параметров времязадающей цепи интегрирующего каскада, моменты фиксации "нулевой" частоты вращения существенно различаются при различных сочетаниях момента инерции и моменg0 та нагрузки вентильного электродвигателя. Для обеспечения надежного функционирования устройства оно должно быть настроено по самому быстротекущему процессу, тогда при медлен" нотекущем процессе интегрирующий каскад фиксирует "нулевую" частоту с упреждением и отключает вентильный электродвигатель от источника пита.ния в тот момент, когда он еще враЗО щается. При этом время свободного выбега может быть соизмеримо с временем торможения противовключением, что увеличивает общее время остано" ва. Поскольку в зависимости от со35 четания момента инерции и момента нагрузки на валу электродвигателя время свободного выбега различно, то невозможно точно остановить электродвигатель. При настройке устройства по медленнотекущему процессу для обеспечения меньшего времени выбега оно не обеспечивает надежного останова при быстротекущем процессе торможения..

45 фиксирование "нулевой" частоты вращения в известном устройстве про" исходит по уровню напряжения на выходе интегрирующего каскада. На вход интегрирующего каскада поступают импульсы, частота которых поопооциональна частоте вращения и.кратна числу чувствительных элементов датчика положения ротора. Напряжение на выходе интегрирующего каскада пропорционально временному интервалу между

55 импульсами и обратно пропорционально средней скорости вращения ротора на этом интервале. При быстротекущем процессе торможения временной интер

102937

1

20

25 вал между импульсами меньше по сравнению с интервалом между импульсами при медленнотекущем процессе торможения в момент достижения "нулевой" частоты вращения. Это приводит к тому, что напряжение на .выходе интегрирующего каскада не достигает пора"

ra срабатывания при быстротекущем процессе и двигатель разгоняется в противоположную сторону. Этим и объясняет ся ненадежная работ а уст ройства.

Цель изобретения - повышение надежности и точности останова, уменьшение времени торможения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления вентил ьным элект родви гателем, содержащее преобразователь частоты, цепи управления ключей которого связаны с выходом многоканального .датчика положения. ротора через управляемый блок формирования сигналов правого и левого направлений вращения, пер вый управляющий вход которого подключен к выходу логической схемы - Исключающее ИЛИ", два входа которой связаны с выходом эадатчика направления вращения и выходом триггера команд

"Пуск" и "Стоп" соответственно, дополнительно снабжено блоком выявле0 1 .ния, первый управляющий вход 6 кото рого подключен к выходу логической схемы "Исключающее ИЛИ" 7. К даун входам указанной логической .схемы подключены выход задатчика 8 направ" ленив вращения и выход триггера 9 команд "Пуск" и "Стоп". Устройство содержит также блок выявления ЭДС 10, вход которого подключен к выходу преобразователя частоты 1, а выход к пороговому элементу 11, блок паня" ти 12, выход которого подключен к второму управляющему входу 13 блока .

5 формирования сигналов правого и ле. вого направлений вращения, к иифор" мационному 1ч и задающему 15 входам блока памяти 12 подключены соответственно выход порогового элемента 11 и выход триггера 9 команд "Пуск" и

"Стоп", и муфту торможения 16, уста" новленную в вентильном электродвигателе, цепь управления которой подключена к выходу блока памяти 12. Блок выявления ЭДС 10 для однополупериод" ного преобразователя частоты 1 может включать в себя ключи 17.1, 17.2, 17.3 (фиг. 2), первые выводы которых являются входами, а вторые выводы объединены и представляют собой выход блока выявления ЭДС 10.

Пороговый элемент включает в себя ключей 3 подключены к выходу многоканального датчика 4 положения рота" ра синхронной машины 2 через управ" ляемый блок 5 формирования сигналов правого и левого направлений враще55 ния ЭДС, пороговым элементом, входом, подключенным. к выходу преобразователя частоты через блок выявления ЭДС, и блоком памяти, выход которого подключен к второму управляющему входу блока формирования сигналов правого и левого направлений вращения, к информационному и задающему входам блока памяти подключены соответственно выход порогового элемента и выход триггера команд "Пуск" и "Стоп".

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для управления вентиль ным электродвигателем; на фиг. 2пример конкретного выполнения блока 45 выявления ЭДС для однополупериодного преобразователя частоты и порогового элемента; на фиг. 3 - диаграммы напряжений в узлах схемы.

Устройство содержит преобразователь частоты 1 (фиг. 1), подключенный к синхронной машине 2 и включающий в себя ключи,3. Цепи управления компаратор 18 и источник порогового напряжения. 19. Выход компаратора 18 представляет собой выход порогового элемента 11.

Преобразователь частоты 1 осуществляет периодическое подключение секций якорной обмотки синхронной машины 2 к источнику питания. Управ" ляемый блок формирования сигналов правого и левого направлений вращения. формирует. из сигналов многоканального датчика ч положения ротора сигналы управления для преобразователя частоты. Если уровень управляющего сигнала по первому управляюще" му входу 6 равен логической "1 то указанный блок 5 формирует сигналы управления, соответствующие направлению вращения вправо. Измене-ние уровня управляющего сигнала по входу 6 приведено к формированию сигналов управления, соответствующих направлению вращения влево. Блок 5 формирования сигналов правого и левого направлений вращения формирует сигналы управления только при наличии по второму управляющему .входу 13 уровня логического "0". При

1029370 изменении уровня на втором управляющем входе 13 укаэанный блок 5 перестает формировать сигналы управления дпя преобразователя частоты 1.

Блок памяти 12 обеспечивает прохождение и запоминание сигнала со входа 14 при наличии по входу 15 уровня логического "0". При наличии

-no входу 15 уровня логической "1", соответствующего команде "Пуск", сиг- 10 нал со входа 14 не передается> а на выходе принудительно устанавливает" ся уровень логического "0". Блок выявления ЭДС 10 обеспечивает подключение порогового элемента 11 к соот- 15 ветствующему выходу (или выходам) преобразователя частоты 1, когда секция (или секции) обмотки якоря синхронной машины 2, связанная с этим выходом (или выходами), не подключена к источнику питания.

Устройство работает следующим образом.

При подаче сигнала "Пуск" на выхо25 де триггера 9 команд "Пуск" и "Стоп" уст а на вливается уровен ь логи чес кой" 1" (fJ» фиг, 3). Этот же уровень присутствует на задающем входе 15 блока памяти 12 и на одном иэ входов логи30 ческой схемы "Исключающее ИЛИ" 7, При

:этом логическая схема "Исключающее .ИЛИ" 7 передает информацию с выхода задатчика 8 направления вращения без изменения, а на выходе блока памяти

12 устанавливается уровень логическо- 35 го "0". Сигналы с выхода многоканального датчика 4 положения ротора (134, U<, U< ) поступают на входы блока 5 формирования сигнала правого и левого направлений вращения, где при наличии уровня логического

"0" по второму управляющему входу 13 формируются сигналы управления задан. ного направления вращения (11, Ц "

) . Направление вращения задается

>>с задатчиком 8 направления вращения, уровень логической "1" (U7) на выходе логического элемента "ИсключающееИЛИ" 7 (Ц ) через логический элемент "Исключающее ИЛИ" 7 соответствует направлению вращения ротора вен тильного электродвигателя вправо. .Изменение логического уровня (11т! на входе логической схемы "Исключающее ИЛИ" 7 и, следовательно, на уп- 55 равляющем входе 6 блока 5 формирования сигнала правого и левого направлений вращения (U ) обеспечивает формирование сигналов управления противоположного направления, Сигналы управления с указанного блока 5 поступают на управляющие цепи ключей

3 преобразователя частоты 1, Под действием этих сигналов преобразователь частоты "1 посредством ключей 3 периодически подключает секции якорной обмотки синхронной машины 2 к источнику питания.

Ротор вентильного электродвигателя вращается в заданном направлении.

При изменении .сигнала управления на реверс (Ьв, момент времени 1„) на первом управляющем входе 6 блока 5 формирования сигналов правого и лево. го направлений вращения появляется уровень логического "0" (П ). Блок 5 изменяет последовательность подачи управляющих сигналов на преобразователь частоты E который формирует последовательную комбинацию открытых состояний ключей 3, при которой ротор вентильного электродвигателя на интервале времени t - . тормоэит-2 ся противовключением, а затем на интервале времени -t разгоняется

Ъ в противоположную сторону. В момент реверса t< блок 5 формирования сигналов правого и левого направлений вращения не прекращает вырабатывать управляющие сигналы, так как на управляющем входе 13 не.изменяется сигнал (U<> ), поступающий -с выхода блока памяти 12 (U„ ), Блок памяти 12 не изменяет своего состояния до тех пор, ° пока на выходе триггера 9 команд "Пуск" и "Стоп", а следовательно и на задающем входе 15 не установится уровень логического "0", соответствующий команде "Стоп", и не поступит сигнал (UÄÄ). с порогового элемента 11, свидетельствующий о наличии "нулевой" частоты вращения.

При подаче команд "Стоп" (момент времени t> ) на выходе триггера 9 команд "Пуск". и "Стоп" устанавливается уровень логического "0", логическая схема "Исключающее ИЛИ" 7 начинает:работать в режиме инвертора и сигнал на ее выходе изменяет свой уровень. При изменении сигнала на управляющем входе 6 блок 5 формирования сигналов правого и левого направлений вращения формирует из сигна- . лов датчика 4 положения ротора управляющие сигналы, под действием которых преобразователь частоты 1 формирует последовательную комбинацию от1029370 крытых состояний ключей 3, при ноторой вентильный электродвигатель переходит в режим торможения противовключением. Этот режим позволяет наиболее быстро достичь "нулевой " час" тоты вращения (4.). При "нулевой" частоте вращения в секциях якорной обмотки синхронной. машины 2 не наводится электродвижущая сила. Напряжение между входом компаратора 18, подключенным через ключи 17,1, 17.2 и 17.3 к секциям якорной обмотки синхронной машины, и входом, подключенным к источнику порогового напряжения 19, изменяет свой знак и .на вы- 15 ходе порогового элемента 11 появля-. ется уровень логической "1". Этот сигнал запоминается блоком памяти 12 и под действием блок 5 формирования сигналов правого и левого направлений вращения прекращает вырабатывать управляющие сигналы, Электродвигатель останавливается. блок памяти 12 запоминает свое состояние до момента прихода команды

"Пуск". Это необходимо для исключения произвольного запуска вентильного электродвигателя. Произвольный запуск возможен при наличии моментов на валу электродвигателя, которые вызывают качание или произвольное .вращение ротора. При качании ротора

- в секциях якорной обмотки синхрон« ной машины 2 наводится электродвижущая сила, величина которой может быть достаточна для переключения по- 35 рогового элемента ll. Однако при таком переключении порогового элемен, та .11 его сигнал не изменяет состояния блока памяти 12, так как в режиме останова на его задающем входе 15 40 имеет место сигнал логического "0";

Регулируя порог переключения nopo" гового элемента 11, изменяя величину порогового напряжения П поРог, можно .изменять момент, отключения вентиль- 4> ного электродвигателя в зависимости от величины частоты вращения. Для режима торможения с последующим остановом пороговый элемент 11 должен вырабатывать сигнал .при величине электродвижущей силы, равной. нулю, .что соот" ветствует "нулевой" частоте вращения ротора вентильного электродвига" теля.

Для исключения свободных колебаний ротора вентильного электродвигателя в режиме останова в момент переключения блока памяти 12 после прохождения команды "Стоп," срабатывает муфта 16, которая обеспечивает механическую или электрическую фиксацию ротора.

При подаче команды йуск" блок памяти 12 переключается, а муфта lб отключается, освободив ротор вентильного электродвигателя, при этом работа устройства происходит по вышеописанному алгоритму.

Изобретение повышает точность и уменьшает время останова вентильного электродвигателя за счет существенного уменьшения времени .свободного выбега после отключения вентильного электродвигателя от источника питания. Отключение вентильного электродвигателя от источника питания осуществляется в момент фиксации пороговым элементом 11 электродвижущей силы вентильного электродвигателя нулевой величины, т,е. когда ротор вентильного электродвигателя не вращается. Это позволяет практически свести к нулю время свободного выбега после отключения вентильного электродвигателя от источника питания и повысить точность останова за счет исключения непрогнозируемой величины времени свободного выбега. Использоваwe изобретения также повышает надежность останова, исключив зависимость- работы устройства от момента инерции и момента нагрузки на валу вентильного электродвигателя.

1029370

171 10 8gCf( МИ

Редактор В. Ковтун

Заказ 99 /5 Тираж 7 Подписное

ВНИИПИ Государственнрго комитета СССР по делам изобретений и открытий

1130Я Москва Я-35 Раушская наб. д. 4/5

: Ор

О"

gill ф

Ug уИ!

iJg

Uq=0, 011 f3 О12

J Ф

Составитель Л. Краснов

ТехредМ.Ге ель Корректор У. Пономаренко

Филиал ППП патент", г,:Ужгород, ул. Проектная,