Устройство для управления вентильным электродвигателем
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕВНЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содер жащее датчик положения ротора с двумя комплектами чувствительных элементов , каждый из которых подключен к соответствукцему датчику направления вращения, блок сравнения с двумя входами, первый из которых подключен к выходу одного из датчиков нащ авления вращения, блок запрета с информационньм и управляющим входами , блок формирования сигналов Вперед - назад с управляющим и запрещающий входам, переключатели ко-, манд Вперед - назад и Пуск - стоп, первый управляемый инвертор, информационным входом подключенный к выходу переключателя команд Вперед - назад, управлянш(им входом - к выходу переключателя команд Пуск - стоп, соединенному с управляющим входом блока ЗАПРЕТ , информационный вход которого связан с выходом блока сравнения, а выход блока ЗАПРЕТ подключен к запрещающему входу блока формирования сигналов Вперед - назад, с кото1н м соединен по крайней мере один из комплектов чувствительных элементов датчика положения, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности и уменьшения времени останова за счет исключения выбега ротора вентильного электродвигателя nor VO еле отключения, введены второй и третий управляемый инверторы, два четырехвходовых сумматора, причем выход второго датчика направления вращения подключен к второму входу .блока сравнен11я, с выходом первого инвертора соединен информационный вход второго инвертора, выходом свя;занного с информационным входом треть9д 4 90 его инвертора, выход которого подклютчей к управляющему входу блока формирования сигнала Вперед - назад, iU CD первые и вторые входы сумматоров соединены с выходами первого и второго датчиков направления вращения соответственно, третьи входы сумматоров - с выходом переключателя команд /Вперед - назад, выход переключателя команд стоп подключен к четвертым входам сумматоров, выход калдого сумматора соединен с управ .лянщим входом одного из введенных, соответствующего данному сумматору, инвертора.
((9) О I) СОЮЗ СОВЕТСНИХ
4(и) H 02 P б/02, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
По ЕЛАМ НЗОЕРЕ ЕННй И 0 Н en%
ВР " -"ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "
К АВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3597364/24-07 (22) 31. 05. 83 (46) 30.06.85. Бюл. Ф 24 (72) А.A. Иванов и В.К. Лозенко (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 62-52.8е621.316.7(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 МЭИ. Гос.регистр.
У Ф13966 ° ц. 1, 1981, с. 91-100.
3. Разработка систем электропривода для органов управления подвижI
° ного объекта. Научи.рук. к,т.н. Лозенко В.К. Заключительный отчет
МЭИ, Гос.регистр. Â Ô13966 ° 1982, с. 33-61. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ, ВЕНТИВЬНИИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содер-. жащее датчик положения ротора с двумя комплектами чувствительных элементов, каждьй из которых подключен к соответствухш(ему датчику направления вращения, блок сравнения с двумя входами, первый из которых подключен: к выходу одного as датчиков на- >
:правления вращения, блок запрета ,с информационным и управляющим входами, блок формирования сигналов
"Вперед — назад" с управляющим и запрещакщий входаж, переключатели ко манд "Вперед - назад" и "Пуск - стоп">
:первый управляемьй инэертор, информационным входом подключенный к выходу переключателя команд "Вперед — назад", управлякщим входом — к выходу переключателя команд "Пуск — стон", соединен- ному с управляющим входом блока ЗА-.
ПРЕТ, информационный вход которого связан с выходом блока сравнения, а выход блока ЗАПРЕТ подключен к запрещающему входу блока формирования сигналов "Вперед — назад", с которым соединен по крайней мере один as комплектов чувствительных элементов датчика положения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности и уменьшения времени останова засчет исключения выбега рото ра вентильного электродвигателя по-. .сле отключения, введены второй и третий управляемый инверторы, два четырехвходовых сумматора, причем выход 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 вто3 рого датчиков направления вращения соответственно, третьи входы сумматоров - с выходом переключателя команд
« Вперед — назад"„выход переключателя команд."Пуск" » стоп" подключен к четвертым входам сумматоров, выход каждого сумматора соединен с управ.лякщим входом одного из введенных, соответствующего данному сумматору, инвертора. I 164849
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 робототехннкг и т.д, Известно устройство для торможе ния вентильного электродвигателя, содержащее преобразователь частоты, 10 цепи управления ключей которого связаны с выходом многоканального датчика положения ротора через последовательно соединенные управляемый блок ЗАПРЕТ и блок формирования сиг- 15 налов правого и левого направления вращения, управляющий вход которого подключен к выходу логической схемы
ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, к двум входам логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.подклю- 20 чены выход задатчика направления вращения и выход триггера команд "Пуск", и .".Стоп", датчик нулевой скорости вращения, выход которого связан с управляющим входом блока ЗАПРЕТ (1J, 25
Недостатком известного технического решения является низкая надежность, обусловленная возможностью свободных движений индуктсра после останова, которые могут возникнуть под действием изменяющихся момечтов нагрузки на валу электродвигателя.
Наличие свободных движений вентильного электродвигателя в режиме останова может привести к неработоспособ- ности приводных устройств, например позиционных приводов, приводов робототехники и т.д.
Наиболее близким к изобретению является устройство для управления 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 50 входами, блок формирования сигналов
"Вперед — назад" с управляющим и за° прещающим входами, переключатели команд "Вперед — назад", "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 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 (2J .
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 управления 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 ко- . торым соединен по крайней мере один .комплект чувствительных элементов датчика положения, введены второй и тре3 1164849 тий управляемые инверторы., два четырехвходовых сумматора, причем выход второго датчика направления вращения подключен к второму входу блока сравнения, с выходом первого кивер- 5 тора соединен информационный вход второго инвертора, выходом связанного с информационным входом третьего инвертора, выход которого подключен к управляющему входу блока формирования сигнала "Вперед - назад", первые и вторые входы сумматоров соединены с выходами первого и второго датчиков направления вращения соответственно, третьи входы сумматоров - 15 с выходом переключателя команд «Впе.ред — назад", выход переключателя команд "Пуск — стоп" подключен к четвертым входам сумматоров, выход каждого сумматора соединен с управляющим 2р входом одного из введенных, соответствующего данному сумматору, управляемого инвертора.
На фиг.. 1 приведена функциональная схема устройства для управления 25 вентильным электродвигателем; на фиг. 2 — эпюры напряжений, поясняющие работу устройства; на фиг. 3 и 4 — диаграммы, поясняющие движения индуктора вентильного электро- Зр двигателя в районе нулевой частоты вращения.
Устройство для управления вентильным электродвигателем 1 содержит датчик 2 положения ротора (ДПР) с двумя комплектами чувствительных элементов (ЧЭ). Один комплект чувствительных элементов прдключен к первому датчику 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- 45 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 5Р
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 13команд »Пуск — стоп", соединенному с управляющим входом блока ЗАПРЕТ 6 информационный вход 7 блока ЗАПРЕТ
6 связан с выходом блока 5 сравнения, а выход 17 блока ЗАПРЕТ подключен к запрещающему входу блока 9 формирования сигналов "Вперед — назад", с которым соединен по крайней мере один комплект .чувствительных элементов датчика положения.
В устройство введены второй и третий управляемые инверторы 18 и 19, два четырехвходовых сумматора 20 и 21.
Информационный вход второго инвертора 18 соединен. с выходом первого инвертора 14, а выход инвертора 18— с информационным входом третьего инвертора 19, выход которого подключен к управляющему входу 10 блока 9 формирования сигнала "Вперед — назад", первые и вторые входы сумматоров соединены с выходами первого и вто-. рого датчиков направления вращения
3 и 4 соответственно, третьи входы сумматоров — с выходом переключателя 12 команд "Вперед — назад", выход переключателя 13 команд "Пуск— стоп" подключен к четвертым входам сумматоров 20 и 21. Выход сумматора
20 соединен с управляющим входом 22 второго инвертора 18, а выход сумматора 21 — с управляющим входом 23 третьего инвертора 19.
На фиг. 1 также показаны преобразователь 24 частоты вентильного электродвигателя 1 и источник 25 энергии. Выход блока 9 формирования сигналов "Вперед — назад" подключен к преобразователю 24 частоты, .выход которого подключен к вентильному электродвигателю 1. Переключатель 12 команд "Вперед — назад" и переключатель 13 команд "Пуск — стоп" состоят каждый из собственно выключателя и резистора. При замкнутых контактах выключателя на выходе переключателя команд имеет место потенциал «1«.
При разомкнутых контактах переключателя на выходе имеет место потенци«О», Датчик 3 и 4 направления вращения работают по принципу контроля порядка чередования сигналов с чувствительных элементов (ДПР) 2.
Блок сравнения 5, управляемые инверторы 14, 18 и 19 выполнены на логических схемах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.
Блок ЗАПРЕТ 6 выполнен на логической
1164849 б им 10
10
35 схеме И с одним инвертирующим,и одним прямж входами. Сумматор 20 выполнен на логической схеме 4И с двумя инвертирующими входами, сумматор
21 — на логической схеме.4 ИЛИ с одн инвертирующим входом.
Переключатеги 12 команд "Вперед— назад задае г через управляемые инверторы :4, 18 и l9 на входе блока 9 формирования сигналов "Вперед — назад соответствующий уровень логического сигнала. Переключатель 13 команд
"Пуск — стоп™ управляет режимом ин1 ертирования инвертора 14. В режиме Пуск" инвертор 14 инвертирует сигнал переключателя 12 команд "Вперед назад", в режиме "Стоп." инвертор 14 не инвертирует сигнал. В режиме
"Стоп" переключатель 13 команд
"Пуск — стоп" вырабатывает сигнал
"0". Наличие которого на входе блока ЗАПРЕТ 6 разрепгает последнему вырабатывать сигнал на останов при появлении разных по уровню сигналов на 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 переключателей
13 и 12 команд соответственно. Сумматор 21 сумг грует сигналы "Назад" с датчиков 3 и 4 направления вращения при наличии команд "Стоп" н
"Вперед" с переключателей 13 и 12 команд соответственно.
Устройство работает следующим . образом.
При подаче команд "Пуск" (момент времени t фнг, 2) на выходе переключателя 13 команд "Пуск — стоп" устанавливается уровень 1 (U>>
I фиг. 2; здесь и далее индекс обозначает элемент функциональной схемы, сигнал на выходе которого рассматривается). Этот же уровень присутствует на управляющем входе 8 блока, ЗАПРЕТ,б и на втором управляющем входе каждого сумматора 20 и
21, что исключает формирование сигнала на останов с блока ЗАПРЕТ 6 и суммирование 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 управляемого инвертора 14, где инвертируется и, пройдя через управляемые инверторй
18 и. 19, не изменяясь, попадает на вход 10 блока 9 формирования сигналов "Вперед — назад". В момент времени г. на вход 11 блока 9 поступает уровень 1" с блока ЗАПРЕТ 6.
Блок 9 формирования команд "Вперед — назад" начинает формироватьп сигналы управления для преобразователя 24 частоты по сигналам датчика 2 положения ротора в соответствии с заданной командой Вперед".
Вентильный электродвигатель начинает разгоняться. На выходах датчиков направления вращения 3 и 4 появляется уровень "1", соответствующий направлению вращения вперед. Сигнал "1" на выходе датчика 4 направления вращения появляется позже (t ), так как он получает информацию с чувствительнык элементов датчика положения ротора, сдвинутых относительно чувствительных элементов, выдающих информацию на датчик 3 направления вращения (фиг. 3).
После подачи команды "Стоп" (t ) на выходе переключателя 13 команд Пуск — стоп" — устанавливается уровень "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 и (фиг, 2 и 3) индук-.ор проходит нулевую частоту вращения и начинает двигаться в противоположном направлении (назад), В момент времени t происходит смена порядка чередования сигналов чувствительных элементов и датчик 3 направления вращения, переключается., На его выходе появляется сигнал "0 . Датчик .4 напряжения вращения по-прежнему вырабатывает сигнал 1".
На входах блока сравнения 5 присутствуют,разные логические сигналы, это приводит к появлению на его выхо50 де "1". При наличии "1" на входе 7 и "0" на входе 11 (t%) блок ЗАПРЕТ 6 вырабатывает сигнал "0", запрещающий блоку 9 формирования сигналов "Вперед — назад" формировать сигналы управления. Электродвигатель 1 отключается от источника 25 энергии (t ).
Другой словами, появление разных логических сигналов на выходах датчи7 1164849 8 ков 3 и 4 направления вращения при лення 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 чивающие режим противовключения, на выбеге. аналогично интервалу времени t -tq и
Наличие 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 t8 сигналы на датчиках 3 вал электродвигателя будет продол- и 4 направления вращения станут разжать двигаться на выбеге назад, то, личины и электродвигатель 1 отключится
1 в момент времени t< сигнальный эле- от источника 25 энергии. Длительность мент датчика положения ротора пере- интервалов времени t t6 и tt — ts сечет второй чувствительный элемент 15 определяется временем, необходимым (фиг. 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" (t )
"0", что влечет установление "1" на с переключателя 12 команд "Вперед— выходе блока ЗАПРЕТ 6. Блок. 9 формиро-20 назад" на вход 15 управляемого инвания сигнала "Вперед — назад" начи- вертора 14 поступает уровень "О". нает формировать сигналы управления. По команде "Пуск" (t ) 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- 11 этого же блока с блока ЗАПРЕТ 6 поравляющих входах имеются управляющие: ступает сигнал "1", разрешающий формиее тт и юв уровни 1 и О соответственно . На рова ние сигналов управления блоку 9 фор, выходе сумматора 2 1 появляется си- мирования сигнала "Вперед — назад " .
И 1Ф гнал 1, что приводит к изменению gp Электродвигатель разгоняется назад. уровня сигнала на управляющем входе При наличии команды "Пуск" сигнал
;10 блока 9 формирования сигналов "1" на выходе блока ЗАПРЕТ 6 не измеII
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.
Ot
З5 вания 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 электро1 прохождения нулевой частоты вращения 4, 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 й6 вызывает изменение состояйия, который обеспечивает инвертирование датчика направления вращения 4. На 45 сигналов управления за счет управвыходах датчиков направления враще- ляемого инвертора 18. ния 3 и 4 появляются разные.логичесТаким обрраэом, после отключения кие сигналы. Это вновь вызывает отпреобразователя частоты тто команде ключение электродвигателя 1 от источ- иС пй вал электродвигателя не моSO 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 угло движению вала вперед. В этом случае вой зоной, равной угловому смещению после пересечения сигнальным элемен-. комплектов чувствительных элементов том датчика положения первого ком- SS датчика положения ротора. За счет плекта чувствительных элементов в .. .: этого исключается свободное движение момент времени tg логические сигна- вала электродвигателя, уменьшается лы на выходах датчиков 3 и 4 направ- .время и повышается точность останова. 1164849
Фиг. 1
1164849
7 8 У 10 11 12 U 14 1516 77
Чцбспдияелвныв улетиты
4ФР
1164849
Вперед азад наэад
