Устройство для управления двигателем постоянного тока

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого через формирователь блокировочных и блок задержанных импульсов подключен к входам блока переключения, другие входы которого соединены с выходами блока сравнения и блока изменения структуры, а выходы через триггер - с входами усилителя и блока изменения структуры, другой вход которого соединен с выходом блока задержанных импульсов, выходы усилителя соединены с управляющими входами импульсных прерывателей, одни выводы которых через блок питания соединены с одним выводом двигателя, в цепь которого включен измерительный преобразователь тока, диоды, регистр , отличающееся тем, что, с целью повышения качества регулирования , в него дополнительно введены две схемы совпадения, два счетчика , реверсивный счетчик, последовательно соединенные блок задания тока-,. преобразователь аналог - код, дополнительный регистр, сумматор, а также преобразователь частота - код, при этом выход генератора тактовой частоты через две схемы совпадения, два счетчика, реверсивный счетчик, ре (Л гистр и сумматор соединен с входом усилителя, входы блока сравнения соединены с выходами преобразователей аналог - код и частота - код, вторые . входы схем совпадения соединены с выходом триггера, а другой вывод двигателя подключен к последовательно соединенным диодам, каждый из которых включен между выводом соответ4 ствующего импульсного прерывателя О) и выводом блока питания. СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК з(д) Н 02 P 5/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х ABTOPCKOMV СВИДЕТЕПЬСТБУ (21) 3585789/24-07 (22) 27.04.83 (46) 23.07.84. Бюл. ¹ 27

{72) В.Г, Букреев и А.П. Зайцев (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при

Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (53) 621.316.718.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 481476, кл. Н 02 Р 5/16, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3314727/24-07, кл. Н 02 Р 5/16, 1982. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого через формирователь блокировочных и блок задержанных им-. пульсов подключен к входам блока переключения, другие входы которого соединены с выходами блока сравнения и блока изменения структуры, а выходы через триггер — с входами усилителя и блока изменения структуры, другой вход которого соединен с выходом блока задержанных импульсов, выходы усилителя соединены с управляющими,.SU„„1104630 А входами импульсных прерывателей, одни выводы которых через блок питания соединены с одним выводом двигателя, в цепь которого включен измерительный преобразователь тока, диоды, регистр, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества регулирования, в него дополнительно введены две схемы совпадения, два счетчика, реверсивный счетчик, последовательно соединенные блок задания тока., преобразователь аналог — код, дополнительный регистр, сумматор, а также преобразователь частота — код, при этом выход генератора тактовой частоты через две схемы совпадения, два счетчика, реверсивный счетчик, регистр и сумматор соединен с входом усилителя, входы блока сравнения соединены с выходами преобразователей аналог — код и частота — код, вторые входы схем совпадения соединены с выходом триггера, а другой вывод двигателя подключен к последовательно соединенным диодам, каждый из которых включен между выводом соответствующего импульсного прерывателя и выводом блока питания.

1104630

Изобретение относится к элек., огехнике, в частности к устройстгам для автоматического управления электроприводами постоянного тока, и может быть использовано для pc ãóëèðoâàíèÿ

5 тока индуктивных нагрузок.

Известно устройство для релейного регулирования тока электродвигателя, содержащее генератор задающих импульсов, подключенный через формирователи 10 блокировочных и задержанных импульсов к входам блока переключения, другие входы которого подключены к выходам блока изменения структуры, блока срав. нения текущего и заданного значений тока якоря, блока изменения структуры, а также через усилители — к импульсному прерывателю. Ко входу блока изменения структуры подключен формирователь импульсов (17.

Недостатком устройства является невысокое качество регулирования вследствие значительных пульсаций регулируемого тока при скачкообразном изменении напряжения на нагрузке. 2)

Кроме того, при малых значениях относительной продолжительности включения возможно нарушение равномерного вращения двигателя.

Наиболее близким по технической

30 сущности к изобретению является устройство для управления двигателем постоянного тока, содержащее генератор тактовых импульсов, выход кото— рого через формирователи блокировочных и задержанных импульсов подключен к входам блока переключения, другие входы которого соединены с выходами блока сравнения и блока изменения структуры, а выходы через

40 триггер соединены с входами усилителя и блока изменения структуры, другой вход которого соединен с выходом блока задержанных импульсов, выходы усилителя соединены с управляющими входами импульсных прерывателей, од45 ни выводы которых через блок питания соединены с одним выводом двигателя, в цепь которого включен измерительный преобразователь тока, диоды, регистр.

Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные с регистром одновибратор, компаратор, интегратор, входом подключенный к блоку инверсии f2 ).

Известное устройство имеет недостяточное качество регулируемого тока, в частности существенные пульсации тока с частотой, меньшей частоты синхронизации, обусловленные инерционностью интегратора.

Следствием указанного недостатка является нарушение равномерности вращения двигателя, особенно на малых частотах вращения.

Цель изобретения — повышение качества регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления двигателем постоянного тока, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого через формирователь блокировочных и блок задержанных импульсов подключен к входам блока переключения, другие входы которого соединены с выходами блока сравнения и блока изменения структуры, а выходы через тригrepс входами усилителя и блока изменения структуры, .другой вход которого со— единен с выходом блока. задержанных импульсов, выходы усилителя соединены с управляющими входами импульсных прерывателей, одни выводы которых через блок питания соединены с одним выводом двигателя, в цепь которого включен измерительный преобразователь тока, диоды, регистр, дополнительно введены две схемы совпадения, два счетчика, реверсивный счетчик, последовательно соединенные блок задания тока, преобразователь аналог — код, дополнительный регистр, сумматор, а также преобразователь частота — код

Р при этом выход генератора тактовой частоты через две схемы совпадения, два счетчика, реверсивный счетчик, регистр и сумматор соединен с входом усилителя, входы блока сравнения соединены с выходами преобразователей аналог — код и частоты — код, вторые входы схем совпадения соединены с выходом триггера, а другой вывод двигателя подключен к последовательно соединенным диодам, каждый из которых включен между выводом соответствующего импульсного прерывателя и выводом блока питания.

На фиг. 1 приведена схема устройства для управления двигателем постоянного тока; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для управления двигателем.постоянного тока содержит (фиг.1) генератор 1 тактовых импульсов, выход которого через формирователь блокиро-, вочных 2 и блок 3 задержанных импульО, при Z = Z. (2) 25 при (3) 50 где „,„, „- максимальное эначенис импульса с выхода триггеТ вЂ” период импульсов генера— тора 1 тактовых импуль55 сов, на суммирующий вход реверсивного счетчика 19 поступают импульсы напряжения Нз„ . Кроме того, усиленное на3 1104 сов подключен к входам блока 4 переключения, другие входы которого соединены с выходами блока 5 сравнения и блока 6 изменения структуры, а выходы через триггер 7 соединены с входами усилителя 8 и блока 6 изменения

5 структуры, другой вход которого соединен с выходом блока 3 задержанных импульсов, выходы усилителя 8 соединены с управляющими входами импуль10 сных прерывателей 9, одни выводы которых через блок 10. питания соединены с одним выводом двигателя 11, в цепь которого включен измерительный преобразователь 12 тока, диоды 13, регистр

14, две схемы 15 и 16 совпадения, 15 два счетчика 17 и 18, реверсивный счетчик 19, последовательно соединенные блок 20 задания тока,преобразователь 21 аналог — код, дополнительный регистр 22, сумматор 23- а также пре20 образователь 24 частота — код. Выход генератора 1 тактовой частоты через

- две схемы 15 и 16 совпадения, два счетчика 17 и 18, реверсивный счетчик 19, регистр 14 и сумматор 23 со25 единен с входом усилителя 8, входы блока 5 сравнения соединены с выходами преобразователей аналог — код 21 и частота — код 24, вторые входы схем

15 и 16 совпадения соединены с выходом триггера 7, а другой вывод двигателя 11 подключен к последовательно соединенным диодам 13, каждый из кото» рых включен между выводом соответствующего импульсного прерывателя 9 и З5 выводом блока 10 питания.

Блок 4 переключения выполняет функцию распределения импульсов, поступающих с блока 5 сравнения и формирователя 3 задержанных импульсов, 40 и реализован на логических элементах И-ИЛИ-НЕ.

Блок 6 изменения структуры осуществляет коммутацию логических элементов блока 4 переключения в соответствии с выходными сигналами триггера 7.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент пуска (фиг.2) ток якоря двигателя 11 равен нулю, и частота импульсного напряжения прямоугольной формы, генерируемая измерительным преобразователем 12 тока, имеет начальное значение f

Цифровой код Z, сформированный в преобразователе 24 частота — код путем подсчета числа импульсов квар630 4 цованной длительности за интервал времени Тд, равный половине периода сигнала Е выхода измерительного преобразователя 12 тока, поступает на первые суммирующие входы блока 5 сравнения. Аналоговое напряжение, фор мируемое блоком 20 задания и соответствующее значению тока уставки I преобразователем 21 аналог — код преобразуется в код 7.. Значения Z запит сываются в дополнительный регистр 22 и, поступая на вторые суммирующие входы блока 5 сравнения, определяют напряжение на выходе последнего (фиг.1) 1

В исходном состоянии при Относительной продолжительности включения

-у (0,5 напряжение U>„, соответствующее логической "1", и U2<, соответствующее логическому 0, поступа-ющие с выходов блока 6 изменения структуры на управление блоком 4 переключения, разрешают прохождение на первый вход триггера 7 импульсов напряжения U2 блока 3 задержанных импульсов и на второй вход — напряжения U = "1". Импульсы напряжения с Выхода блОка 3 задержанных импульсов расположены в центре зоны действия импульсов U формирователя

2 блокировочных импульсов. Длительность t, = 2й определяется максималь ным временем перезаряда коммутирующего конденсатора импульсного прерывателя 9.

Триггер 7 находится в одном устойчивом состоянии, при котором напряжение U с его прямого выхода разрешает прохождение импульсов генератора 1 тактовых импульсов через схему 15 совпадения на вход счетчика 17

-(импульсы напряжения U>z), В соответствии с коэффициентом деления счетчиков 17 и 18

1104630 пряжение У = "1" с прямого выхода триггера 7, поступая на управляющий вход импульсных прерывателей 9, открывает его.

На первые суммирующие входы сум- 5 матора 23 поступает цифровой код

Е = О, записанный с выхода реверсивного счетчика 19 в регистре 14, а на вторые — значение кода Z ñ выхода дополнительного регистра 22, Суммарное значение кода 7. = Z + Z с вы 3 1 2 хода сумматора 23 поразрядно усиливается и поступает на управляющие входы импульсных прерывателей 9. Следовательно, значение кода Z определя-1 ет напряжение питания U „ 11.

Для получения, например, линейной зависимости напряжения U „ = F(Z ) необходимо, чтобы коммутируемые напряжения блока 10 питания соответст- 70 вовали значениям (4) где U «+Ä вЂ” значения напряжений вольтодобавочных ступеней блока 10 питания, коммутируемых импульсными прерывателями 9;

U „ — номинальное напряжение дь ном питания двигателя 11. 30

Напряжение питания U п первой вольтодобавочной ступени и количество коммутируемых вольтодобавочных ступеней блока 10 питания определяется конкретными требованиями к диапазону регулирования скорости, пульсациям тока. В соответствии со значением кода Z напряжение 31, поступающее на двигатель 11, равно

40 (5) где У /2 — минимальное значение

Н

ДВ ном напряжения вольтодо- 45 бавочной ступени.

При пуске двигателя 11 из неподвижного состояния (у а 0,5) ток

I возрастает, частота f измеритель50 ного преобразователя тока I и зна7 чение кода Z; увеличивается. В соответствии с формулой (2) при равенстве Z и 7. выходной импульс напря 1 "1 жения U блока 5 сравнения поступает

71 на второи вход триггера 7 (так как танавливая последний в противоположное устойчивое состояние. Напряжение) 0 поступает на Входы схем

15 и 16 совпадения и, так как напряжения U = "О, U7 = "1, то счетчик 17 прекращает йодсчет импульсов генератора 1 тактовых импульсов, а счетчик 18 — начинает . Импульсные прерыватели 9 закрываются, ток Izz двигателя 11 и частота f. измерительного преобразователя 12 тока уменьшаются. Импульс напряжения ц, сле26 дующий с постоянной частотой f

К

1/Т„, поступает на первый вход триггера 7, устанавливая его в первоначальное состояние. При у . ;„ (у„„,„ определяется длительностью в соответствии с формулой (3) (Тк — tр) 4 1(Т -, на выходе счетчика 18 отсутствуют импульсы напряжения U . Значение кода

31

Z на выходе регистра 14 и, следовательно Z -= -Z + Z остается постоян3 2 ным.

Положительным потенциалом напряжения U с прямого выхода триггера 7 открываются импульсные прерыватели 9.

Ток I32 двигателя 11 и частота f измерительного преобразователя 12 тока увеличиваются. Далее процесс стабилизации тока двигателя 11 повторяется-.

Таким образом, при у(0,5 (первая структура управления) на открывание импульсных прерывателей 9 (на первый вход триггера 7) поступают импульсы

1376 постоянной частоты, а на закрывание (на второй вход триггера 7) импульсы V7, формируемые IIo peIIeAному способу. Напряжение U питания

31 двигателя 11 при этом равно

Uó ZçПнб ом /2 + 11ип Y °

При увеличении скорости вращения двигателя 11 блок 6 изменения структуры, интегрируя текущее значение (длительности импульсов напряжений с выходов триггера 7) в течение проме. жутка времени t „„ = (3-4) T„,ïðè достижении .г 0,5 изменяет потенциалы выходных напряжений U = "О" и

U2z = "1". Эти напряжения, воздействуя на блок 4 переключения„ разрешают поступление на второй вход триггера 7 импульсов напряжения U,, а на перBbIH — импульсов напряжения 026

Следовательно, при . 0,5 (вторая структура управления) на закрывание импульсных прерывателей 9 поступают импульсы U постоянной частоты, а

26 на открывайие — импульсы Б2,, формируемые по релейному способу при спадании тока I до величины уставки I„.

1104б30

Процесс стабилизации тока I npu

9z .г > 0,5 происходит аналогичным образом, как при 7 < 0,5. Переключение структуры управления с первой на вторую и наоборот осуществляется с целью 5 сохранения частоты коммутации Т импульсных прерывателей 9 при изменении параметров нагрузки двигателя 11 или входного напряжения блока 10 питания.

При дальнейшем увеличении до т = у, счетчик 17, подсчитывающий импульсы генератора 1 тактовых импульсов во время действия импульса напряжения U78 с прямого выхода тригге ра 7, в соответствии с формулой (3) 15 заполнится и на его выходе сформирует. ся импульс напряжения U . В результате значение выходного кода Z реверсивного счетчика 19 увеличится, что приведет также к увеличению Z3 = 20

= Z + Z Hà выходе сумматора 23.

Напряжение U „ 11 возрастет в соответствии с формулой (5), что приведет к уменьшению у, и вышеописанный процесс стабилизации тока I при у(0,5 повторится.

При возникновении возмущающих воздействий, например, скачкообразного увеличения входного напряжения блока

10 питания или нагрузки на валу дви- 30 гателя 11 произойдет переход со второй структуры управления импульсными прерывателями 9 на первую и уменьшение я до .г,„ (на фиг. 2 рассмотрен случай уменьшения г до я ., при работе импульсных прерывателей 9 на первой структуре). В этом случае длительность выхода импульсов напряжения U с прямого выхода триггера равна С, и в соответствии с формулой 4р (3) на выходе счетчика 18 сформируется импульс напряжения U . Поступая на вычитающий вход реверсивного счет. чика 19, укаэанный импульс напряжения приводит к уменьшению кода Z а следовательно, и Z = Z. + Е„ на выходе сумматора 23. Согласно формуле (5) напряжение U „ на двигателе 11 уменьшается, относительная продол" жительность включения я увеличивается и далее процесс стабилизации тока ? на первой структуре управления импульсными прерывателями 9 повторяется.

Таким образом, контроль относительной продолжительности включения осуществляется в каждом периоде коммутации импульсных прерывателей

1 путем измерения длительности импульсов с выхода триггера и, в соответствии с этим, формирование амплитуды аналогового значения питающего напряжения двигателя (4), (5). Поэтому в устройстве исключаются пульсации тока якоря с частотой, меньшей частоты коммутации, обусловленные переходом с одной нагрузочной характеристики на другую в соответствии с уравнением

Z U ã"+

3 льном ип Х у я СемФ (7) где r — активное сопротивление цепи я якоря двигателя; w — скорость вращения двигателя;

Ф вЂ” магнитный поток двигателя;

С вЂ” постоянная двигателя, что приводит к улучшению качественных показателей процесса регулирования.

Кроме того, уменьшение амплитуды пульсаций тока снижает неравномерность вращения двигателя, особенно на малых частотах вращения, и улучшает гармонический состав потребляемого и регулируемого токов.

f !О >ЗО

1104630

И28

Фиг,2

Составитель Ю. Воробьев

Редактор Н. Пушненкова Техред Т.Фанта

Корректор В Г>утлга

Подписное

Заказ 5318/41 Тираж бб7

ВНИИПИ Государственного. комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

U27 PS

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4