Устройство для определения направления вращения вентильного электродвигателя
Изобретение относится к электротехнике , в частности к электроприводу , и может найти применение для получения информации о направлении вращения вентильного электродвигателя и защиты его от неправильного направления вращения. Целью изобретения является повышение то чности путем устранения неоднозначности выходной характеристики. При вращении вентильного электродвигателя, имеющего число пар полюсов р, с т-канального датчика 1 положения индуктора, обеспечивающего п тактов коммутации на угле 2 м/р, сигналы поступают на входы функционального преобразователя 3 с f-Быходными каналами, где IS 3, выполненного с возможностью формирования в каждом выходном канале сигналов длительностью 2 ii /pn на периоде повторяемости с фазовым сдвигом 2.1| /рп. Устройство содержит I- двухвходовых элементов 6 памяти. Первый и второй входы i-ro элемента памяти подключены к i-му и (1+1)-му выходным каналам функционального .преобразователя 3 соответственно, образуя по указанным подключениям кольцевую схему. Выходы элементов памяти 6 связаны с входами логического сумматора 2. Датчик 1 положения индуктора выполнен с возможностью формирования выходных сигналов, коэффициент заполнения которых подчиняется соотношению К/2га, где 3 К m - нечетное число . 9 ил. СО 43j 43: fz и43j f
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5D 4 H 02 P 6/02
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ного электродвигателя, имеющего число пар полюсов р, с m-канального датчика 1 положения индуктора, обеспечивающего п тактов коммутации на угле 2»/р, сигналы поступают на входы функционального преобразователя 3 с 1. -выходными каналами, где 2 > 3, выполненного с возможностью формирования в каждом выходном канале сигналов длительностью 2n/рп на периоде повторяемости 2» 0/рп с фазовым сдвигом 2»/рп. Устройство содержит Хдвухвходовых элементов 6 памяти. Первый и второй входы i-го элемента памяти подключены к i-му и (i+1) му выходным каналам функционального .преобразователя 3 соответственно, образуя по укаэанным подключениям кольцевую схему. Выходы элементов памяти 6 связаны с входами логического сумматора 2. Датчик 1 положения ин- Я дуктора выполнен с возможностью формирования выходных сигналов, коэффициент заполнения которых подчиняется соотношению К/2m, где 3 К m нечетное число . 9 ил.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3733448/24-07 (22) 03.05.84 (46) 23.08,86. Бюл. Р 31 (72) А.А.Иванов, В.И.Катаев, В.К.Лозенко, О.Н.Рублева и В.Ф.Шалагинов (53) 621.313.292 ° 83(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР
11» 692013, кл, Н 02 К 29/02, 1975.
Разработка системы электропривода для органов управления подвижного объекта, Отчет МЭИ, Р гос. регистрации 13966, ч. 1, 1981, с, 98-100. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может найти применение для получения информации о направлении вращения вентильного электродвигателя и защиты его от неправильного направления вращения. Целью изобретения является повышение точности путем устранения неоднозначности выходной характеристики, При вращении вентиль„„SU, 1252 1 A 1
1 12
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам, и может быть использовано для получения информации о направлении вращения вентильного электродвигателя, например, в устройствах экстренного останова и т.д,, а гакже для защиты электродвигателей от неправильного направления вращения. !
Целью изобретения является повышение точности путем устранения неоднозначности выходной характеристики.
На фиг, 1 изображена блок-схема устрбйства для определения направления вращения вентильного электродвигателя; на фиг. 2 — функциональная схема устройства для определения направления вращения вентильного электродвигателя с трехканальным датчиком положения индуктора; на фиг. 3 функциональная схема устройства для определения направления вращения вентильного электродвигателя с шестиканальным датчиком положения индуктора; на фиг. 4 — функциональный преобразователь при трехканальном датчике положения индуктора; на фиг. 5 — элемент памяти; на фиг. 6— диаграммы напряжений в узлах функциональной схемы на фиг. 2; на фиг. 7 диаграммы напряжений в узлах функциональной схемы на фиг. 3; на фиг 8и 9 — диаграммы выходных сигналов пятиканальных датчиков положения индуктора, формирующих сигналы с коэффициентами заполнения соответственно
0,3 и 0,4.
Устройство для определения направления вращения вентильного электродвигателя (фиг ° 1) с числом пар полюсов р и ш-канальным датчиком 1 положения индуктора, обеспечивающим п тактов коммутации на угле 2ii/р, содержит логический сумматор 2, группу из Х двухвходовых элементов памяти, выходы которых подключены к входам логического сумматора 2, функциональный преобразователь 3 с 2 выходными каналами, где f > >3, выполнен . ный с возможностью формирования в каждом выходном канале сигналов длительностью 2 й/рп, на периоде повторяемости 27il/рп, с фазовым сдвигом
2и/рп. Функ иональный преобразователь 3 подключен входами к выходу
m-канального датчика 1 положения индуктора, первый 4 и второй 5 входы
i-ro элемента памяти 6 подключены к
52901 2
5 !
О
i-му 7 и (i+1 )-му 8 выходам функционального преобразователя 3 соответственно, образуя по указанным подключениям кольцевую схему.
На фиг. 2 показано устройство для определения направления вращения вентильного электродвигателя с числам пар полюсов р = 1 и трехканальным датчиком положения индуктора, формирующим сигналы, с коэффициентом заполнения 0,5 (К/2m = 3/2 3 = 0,5), где 3 К тп — нечетное число.
В данном конкретном случае функциональный преобразователь 3 выпол-. нен с тремя выходными каналами (I =
3), формирует в каждом выходном и канале сигналы длительностью — х
2 27 х (— = †-), на периоде повторяерп 1 6
2Д 2 I ° 3 мости и (--- = ††), с фазовым сдвирп 16
2Я 2 гом — (— = ). Преобразователь 3
3рп16 состоит из дешифратора 9 двоичного трехразрядного кода в позиционный восьмиразрядный код, три входа 1012 которого служат входами функционального преобразователя 3 и трех двухвходовых логических схем 13-15
ИЛИ-НЕ, выходы 16-18 которых, соответственно являются выходами преобраI зователя, первые входы 19-21 логических схем 13-15 .ИЛИ-НЕ подключены соответственно к выходам 22-24 дешифратора 9, а вторые входы 25-27 — соответственно к выходам 28-30 дешифратора 9, на которых формируются сигналы, следующие по направлению вращения за сигналами с выходов 22-24 дешифратора 9 со сдвигом относительно последних на угол и, Элемент 6 памяти содержит дифференцирующую цечь 31, вход которой является первым (информационным) входом 4 элемента 6 памяти, логическую схему 32 И с прямым и инвертирующим входами, выход которой соединен с входом Установка единицы
RS-триггера 33, выход которого является выходом 34 элемента памяти 6, а вход "Установка нуля", объединен,ный с инвертирующим входом логической схемы 32 И, служит вторым (разрешающим) входом 5 элемента 6 памяти.
Прямой вход логической схемы 32 И соединен с выходом дифференцирующей цепи 31, 1252
Логический сумматор 2 выполнен на основе трехвходовой логической схемы 35 ИЛИ, входы 36-38 и выход 39 которой служат, соответственно, входами и выходом логического сумматора 2.
На фиг. 3 показано устройство для определения направления вращения вентильного электродвигателя с числом пар полюсов р = 1 и шестиканаль- to ным датчиком положения индуктора, формирующим сигналы с коэффициентом заполнения 0,25 (К/2m = 3/2 6
= 0,25), где 3 = К ст — нечетное число, <5
В данном конкретном случае функциональный преобразователь 3 выполнен с тремя выходными каналами (Х
= 3), формирует в каждом повторном
Н 20 канале сигналы длительностью — х
2 2i х (— = †--), на периоде повторяерп 11 2
?iiХ 2 3 мости — (=-- = ††), с фазовым 25
2 рп 1 ° 12 сдвигом — (— = ††). Преобразова6 рп 1 12 тель 3 состоит из дешифратора 40 двоичного шестиразрядного кода в позиционный 48-ми разрядный код, и трех четырехвходовых логических схем
47-49 ИЛИ-НЕ, выходы 50-52 которых, соответственно являются выходами преобразователя 3. Входы 41-45, 46 дешифратора 40 являются входами пре- Ý5 образователя 3. Входы логической схемы 47 ИЛИ-НЕ подключены к выходам
53-56 дешифратора 40, входы логической схемы 48 ИЛИ-НŠ— к выходам
57-60 дешифратора 40, а входы логической схемы 49 ИЛИ-НŠ— к выходам
61-64 дешифратора 40. Последний со" держит три стробируемых дешифратора
65-67 четырехразрядного двоичного кода, нестробируемый дешифратор 68 двоично-десятичного кода и три инвертора 69-71. Соответствующие информационные входы дешифраторов 6567 объединены и являются входами
41-44 дешифратора 40. Стробирующие входы дешифраторов 65-67 через ннверторы 69-71 подключены, соответственно, к выходам 72-74 дешифратора 68, входы 75 и 76, которого служат, соответственно, входами 45 и 46 дешиф- >> ратора 40. Выходы 54, 55, 57, 58, 59, 61, 62 дешифратора 65, выходы
56 и 63 дешифратора 66, выходы 53 и
901 4
64 дешифратора 67 и выход 60 дешифратора 68 являются выходами дешифратора 40.
Элементы 6 памяти и логический сумматор 2 выполнены аналогично изображенным на фиг. 2.
Датчик 1 положения индуктора, имеющий m-каналов, выполнен с возможностью формирования выходных сигналов, коэффициент заполнения кото-. рых подчиняется соотношению К/2m где 3 К m — нечетное число, и может быть любого типа, например индуктивный, с подмагничиванием или емкостной. В его каналах формируются сигналы о положении индуктора, смещенные относительно друг друга на угол 2 й/mp.
Функциональный преобразователь 3 частоты с m входами и E выходными каналами (f > 3) формирует в каждом выходном канале сигналы длительнос2 i тью вЂ, на периоде повторяемости рп
2(f 2 с фазовым Сдвигом --. Длительрп рп
27 ность сигналов — преобразователя 3 рп
l кратна разрешающей способности 8ц„„ датчика 1 положения индуктора и равна одному из значений, лежащих в интервале (3щщ; (У вЂ” 1) F zz„). Преобразователь 3 может быть выполнен в различных вариантах, например, он может состоять из дешифратора двоичного m-разрядного кода в позиционный 2 разрядный код, m входов которого являются входами преобразователя 3, и К логических элементов ИЛИНЕ, каждый из которых имеет n/Д входов Количество используемых выходов дешифратора определяется числом тактов коммутации на угле 2 /р, поскольку каждому из I1 тактов коммутации соответствует однозначно определенная комбинация сигналов на mвыходах датчика 1 положения индуктора. Первые выходы 1-логических схем.
)подсоединены,, соответственно, к выходам дешифратора, на которых формируются сигналы, смещенные по кольцевой схеме друг относительно друга на угол 2Ф/пр, i-выходы У логических схем подключены к выходам дешифратора, на которых формируются сигналы, смещенные относительно сигналов, поступающих на их (i — 1) входы, на угол 2» X/np. Примеры преобразовате5 12529 лей 3, использующих данный принцип построения, показаны на фиг. 2 и 3.
Для трехканального датчика 1 положения индуктора функциональньп". преобразователь 3 с теми же параметрами, что и преобразователь 3 (фиг. 2), может быть реализован в более простом виде, например, на базе трех двухвходовых логических схем
77-79 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (фиг. 4), пер- 1О вые входы 80-82 и выхсды 83-85 которых служат первыми входами преобразователя 3 и его выходами, соответственно, а вторые входы 86-88 логи" ческих схем 77-79 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ являются вторыми входами преобразователя 3.
Отношение и/I для преобразователя
3 желательно выбирать максимально возможным, так как в этом случае 20 количество 2 элементов 6 памяти будет минимальным. Так, например, если датчик 1 положения индуктора обеспечивает
12 тактов коммутации на угле 29, желательно иметь коэффициент умноже- 2g ния равный четырем, а не трем.
Каждый i-й элемент 6 памяти на .основании йнформации, поступающей на его первый (информационный) 4 и второй (разрешающий) 5 входы, в начале соответствующего такта. коммутации фиксирует истинное направление вращения вентильного электродвигателя и сохраняет полученную информацию на своем володе на протяжении всего межкоммутационного интервала .
Элемент 6 памяти может быть выполнен в различных вариантах, например, его можно выполнить на основе Этриггера 89 (фиг. 5), выход которого що служит выходом элемента памяти 6, а "тактируемый" вход соединен с элементом 90 временной задержки, выход которого является первым входом 4 элемента 6 памяти, вторым входом " которого служит вход "Установка нуля" RS-триггера 89, на информационный вход которого подается постоянный сигнал логической единицы.
Элемент 90 временной задержки может 50 состоять, например, из двух последовательно соединенных логических схем
HE или одной схемы "Повторитель".
Элементы 6 памяти могут фиксировать направление вращения в конце очередного такта коммутации, а затем сохраняя информацию на своем выходе до окончания последующего такта.
G1 Ь
При этом элемент 6 памяти в случае, если на выходе преобразователя 3 формированы сигналы, коэффициент заполнения которых не более 0,5, может быть выполнен аналогично представленному на фиг. 2, с той лищь разницей, что дифференцирующая цепь
31 заменена формирователем коротких импульсов по заднему фронту, например, одновибратором, Логический сумматор 2 формирует на своем выходе с точностью, определяемой разрешающей способностью датчика 1 положения индуктора, непрерывную .информацию о направлении вращения вентильного электродвигателя на основе логического суммирования сигналов с выходов У элементов паю ти 6, поступающих на его 2-входы.
Логический сумматор 2 может быть выполнен в различных вариантах, например, он может содержать Х-входовую логическую схему ИЛИ, входы и выход которой служат соответственно входами и выходами логического сумматора 2.
Работу устройства для определения направления вращения вентильного электродвигателя с числом пар полюсов р = 1 и трехканальным датчиком положения индуктора, формирующим сигналы с коэффициентом заполнения
К = 0,5, поясняют диаграммы напряжейий (фиг. 5), позиции которых соответствуют позициям узлов устройства (фиг. 2).
Предположим, что вентильный электродвигатель вращается влево, Датчик положения индуктора в этом случае вырабатывает на своих выходах временные последовательности импульсов
Uн,,,U длительностью, смещенные по кольцевой схеме друг относительно друга на угол 2 /3 по направлению вращения. В соответствии с комбинацией сигналов U,äo, Бн, U 9 приводит к появлению сигнала логический "0" на выходе 16 логической! 252901 8 сумматора 2 высокого выходного потенциала соответствует направлению вращения вентильного электродвигателя вправо (интервал времени t> — t ). При очередном изменении направления вращения (момент времени t ) импульсы потенциала логическая "1 - снова исчезнут на выходах 36-38 элементов 6 памяти при первой смене ин10 формации в каналах 10-12 датчика 1 положения индуктора (момент времеtfD Изменение выходного сигнала устройства для определения направления f5 враЩения вентильного электродвигателя происходит с угловыми погрешностями 8 и S» относительно истинного положения индуктора при смене направления вращения, Однако каждая из 20 них не будет превышать погрешности определяемой разрешающей способностью датчика 1 положения индуктора, выполненного в данном. случае б „„= "/3. 25 Устройство для определения направления вращения вентильного электродвигателя с числом пар полюсов р = 1 и шестиканальным датчиком положения . индуктора, формирующим сигналы с коэффициентом заполнения К „ = 0,25, работает аналогично. На выходе преобразователя 3 с отношением n/У = 4 на основании анализа комбинаций сигналов с выходов шестиканального дат35. чика положения индуктора формируют ся временые последовательности сигналов U <, U,, U< (фиг. 7) дли27 тельностью .2о = 2 2i /n = — смеми 3 щенные по кольцевой схеме друг относхемы 13 ИЛИ-HE. Аналогично переключаются и остальные логические схемы 14 и 15 ИЛИ-HF. (моменты времени с С и t,.). Таким образом, на выходах преобразователя формируется временная последовательность импульсов U g U 7 и U ц порядок следования которых однозначно определяет направление вращения вентильного электродвигателя в начале такта коммутации. При данном порядке следования сигналов Б, U,, U„8 (интервал времени t — t>) на выходе элементов 6 памя" ти сигнал логическая "1" не формируется. Вследствие того, что в момент появления сигнала логической "1", например Ugg, на первом (информационном) входе 4 элемента 6 памяти (моменты времени t> и t ) на втором (разрешающем) входе 5, а следовательно, и на доминирующем входе Установка нуля" RS-триггера 33 присутствует сигнал Un логическая "1", запрещающий прохождение сигнала, сформированного дифференцирующей цепью 31, на вход "Установка единицы" RS-триггера 33. Поэтому данному направлению вращения соответствует низкий выходной потенциал U q сумматора 2. При изменении направления вращения вентильного электродвигателя на противоположное (момент времени t ) изменяется порядок следования импульсов в каналах датчика 1 положения индуктора, а следовательно, и на выходах 22-30 дешифратора 9, и на выходах 16-18 логических схем 13-15 ИЛИНЕ. В момент времени te происходит первая. после изменения направления вращения смена информации в каналах датчика 1 положения индуктора. При этом появление сигнала логическая "1" на первом (информационном) входе 4 одного из элемечтов памяти, в данном случае cHrH a Uf7 на выходе. 45 17, происходит при наличии сигнала логический "0" на втором (разрешающем) входе 5 (сигнал U 6 памяти, а на выходе 39 логического сительно друга на угол 27/пр / и 2ii/12 i = — с периодом повторяебь 2 1 2 Р 3 и мости пр 1 ° 12 2 При этом порядок следования импульсов с выходов 50-52 преобразователя 3 однозначно определяет направление вращения вентильного электродвигателя. Изобретение не претерпевает каких-либо изменений при выполнении датчика 1 положения индуктора с любым количеством каналов. Для нормального функционирования устройства необходимо только соблюдение сформулированного условия, касающегося формирования выходных сигналов, коэффици1252901 10 Формула изобретения 25 ент заполнения которых подчиняется соотношению К „ K/2m, где 3 К «с m — - нечетное число (фиг. 8, где m = 5 К = 3, К д = 0,3). В случае, когда коэффициент заполнения выходных сигналов датчика 1 положения индуктора не подчиняется, предлагаемому соотношению, например К „ = 0,4 при ш = 5, К = 4 (фиг. 9), .информация на выходе датчика 1 изменяется через угол 2Я/mp, т.е. аналогично случаю, когда коэффициент заполнения выбирается из условия нормального функционирования ключей преобразователя частоты. При этом 15 невозможно сформировать на выходе преобразователя 3 последовательность сигналов на периоде повторяемости, равном половине периода следования выходных сигналов пятиканального датчика 1 20 2и 5 положения индуктора 2Iil/пр 10 1 преобразователь 3 функционирует в этом случае как повторитель. Повышение точности определения направления вращения вентильного электродвигателя достигается путем устранения неоднозначности выходной характеристики и позволяет довести указанную. точность до разрешающей ЗО способности используемого датчика положения индуктора. При этом, в сравнении с известными техническими решениями, решающими ту же техническую заДачу, изобретение проще, требу- З ет меньших схемо-технических. затрат, что следует иэ сравнения их принципиальных схем. Устройство для определения направления вращения вентильного электродвигателя с числом пар полюсов р и m-канальным датчиком положения индуктора, обеспечивающем и тактов коммутации на угле 2н/р, содержащее логический сумматор и группу из l двухвходовых элементов памяти, выходы которых подключены к входам логического сумматора, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности путем устранения неоднозначности выходной характеристики, оно дополнительно снабжено функциональным преобразователем с Х-выходными каналами, где У > 3, выполненным с возможностью формирования в каждом выходном канале сигналов длительностью 2i 271 -- на периоде повторяемости — — с рп рп 2 фазовым сдвигом вЂ, указанный функрп циональный преобразователь подключен входами к выходу m-канального датчика положения индуктора, первый и второй входы i-ro элемента памяти подключены к i-му и (i + 1)-му выходным каналам функционального преобразователя соответственно, образуя по указанным подключениям кольцевую схему, а датчик положения индуктора выполнен с возможностью формирования выходных сигналов, коэффициент заполнения которых подчиняется соотношению К/2m, где 3 6 К «< m — нечетное число. 1252901 М. ) 1! " 1 1 g(!- T- j8 Г 1;, (1 1 (" 1 - ) 1 1, 1 1 ti 1 1 1 1 Ф fе i . „1 t. ;Х (Фу I j 1 1" 1, 1 1 ! 1 — — -!-1.1-" -- - — -1 — ) 1У ..,,.„, „,, „„. I J .,,(:1 ) -, -, 1:. с,! ., р)Р 1 1$.,, Р3 3 I Ißßß 1 1 1 1 1 Й ! И:1Р ;, !:, j i i (, i 1 .1 Г 1252901 1252901 >us+ Редактор П.Коссей Заказ 5151 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 чэ 8 н Составитель В.Катаев Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Пилипенко Тираж 631 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изсбретений и открьггий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
