Электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к управляемым электродриводам, предназначенным для точного регулирования и стабилизащ1И угловой скорости механизмов, работающих в условиях изменяющихся внешних воздействий. Целью изобретения является увеличение точности стабилизации частоты и фазы вращения электродвигателя при линейно изменяющихся внешних воздействиях и параметрах электропривода. Электропривод содер-

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ, РЕСПУБЛИК цр 4 Н 02 P 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4 227 295/24-07 (22) 09.04.87 (46) 30;10.88. Бюл. 9 40 (71) Ивановский энергетический институт им. В.И.Ленина (72) P.М.Трахтенберг, М.В.Фалеев, А.Н.Ширяев и А.А.Киселев (53) 621.316.718.5 (088.8) (56) Трахтенберг Р.М. Астатические импульсные системы электропривода с дискретным управлением. М.: Энергия, 1982, с. 168.

Авторское свидетельство СССР

Ф 826539, кл. Н 02 P 5/ 16, 1980.

„„SU„„1434532 А 1 (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к управляемым электроприводам, предназначенным для точного регулирования и стабилизации угловой скорости механизмов, работающих в условиях изменяющихся внешних воздействий. Целью изобретения является увеличение точности стабилизации частоты и фазы вращения электродвигателя при линейно изменяющихся внешних воздействиях и параметрах электропривода. Электропривод содер1434532 жит электродвигатель 1 с частотным датчиком 2 скорости вращения. В режиме,сравнения фаз чередование импульсо частот задатчика 3 f> и обратной связи f< приводит к появлению на выходах триггеров 9 или 11 фазового дискриминатора 4 широтно-импульсного сиГнала с относительной длительностью, пропорциональной фазовому рас1 со ласованию частот f и f<. В режиме ср внения час кот фазовый дискримина- то 4 выдает на соответствующих выхода постоянные сигналы в зависимости от соотношения частот f и f . В

vq гановившемся режиме при постоянном

1 Изобретение относится к электрот хнике, а именно к управляемым " э ектроприводам, предназначенным д я точного регулирования и стабили5 зации угловой скорости механизмов. работающих в условиях изменяющихся внешних воздействий. Цель изобретения — увеличение точности стабилизации частоты и фазы в1 ащения электродвигателя при линейнф изменяющихся внешних воздействиях, и,параметрах электропривода.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого электропривода, на фйг. 2 — направленный граф работы фазового дискриминаторами на фиг. 3 — . временные диаграммы работы элементов электропривода.

Электропривод содержит электродвигатель 1 с установленным íà его валу частотньпк датчиком 2 скорости вращения, частотный задатчик 3, фазовый дискриминатор 4 и силовой преобразова-25 тель 5 ° Силовой преобразователь 5 выходом соединен с якорной обмоткой электродвигателя 1. Формирователь 6 импульсов входом подключен к выходу частотного датчика 2 скорости вращения. Кроме того, электропривод содержит интегратор 7, а фазовый дискриминатор 4 выполнен в виде четырех

Э-триггеров 8-11 и четырех элементов

И-НЕ 12-15. Счетные входы первого и второго D-триггеров 8 и 9 подключены моменте нагрузки на выходе .интегратора 7 присутствует постоянное напряжение, к-рое усиливается силовым преобразователем 5 и подается на электродвигатель 1. При линейно изменяющихся внешних воздействиах величина фазового рассогласования постоянна.

Использование фазового "дискриминатора

4 допускает одновременный приход импульсов частот задатчика и обратной связи и исключает схему разделения.

Интегратор позволяет использовать силовой преобразователь с аналоговым входом управления в электродвигатель любого типа. 3 ил. к выходу частотного зацатчика 3.

Счетные входы третьего и четвертого

D-триггеров 10 и 11 соединены с выходом формирователя 6 импульсов. Пря мые выходы первого и третьего D-триггеров 8 и 10 соединены со входами первого элемента И-HE 12, выход которого подключен к Ктвходам первого и третьего D-триггеров 8 и 10. Инверсный выход первого D-триггера 8 соединен .с D-входом четвертого D-триггера

11 и первым входом второго элемента

И-НЕ 13. Второй вход второго элемента

И-HE 13 подключен к инверсному выходу четвертого D-триггера 11, а выход к D-входу третьего D-триггера 10. Инверсный выход третьего D- òðèããåðà

10 соединен с 3-входом второго

D-триггера 9 и первым входом третье- го элемента И-НЕ 13, выходом подключенным к D-входу первого. D-триггера

8. Второй вход третьего элемента

И-. НЕ 13 соединен с инверсным выходом второго D-триггера 9, R-вход которого подключен к R-входу четвертого

D-триггера 11 и выходу четвертого элемента И-НЕ 15. Первый вход четвертого элемента И-HE 15 соединен с пря.— мым выходом второго D-триггера 9 и . неинвертирующим входом интегратора 7, а второй вход — с прямым выходом четвертого D-триггера 11 и инвертирующим входом интегратора 7, Выход интегратора 7 подключен ко входу силового преобразователя 5.

3 1434532 4

Электропривод работает следующим, образом.

Пусть в исходном состоянии на прямых выходах D-триггеров 8-11 фазового дискриминатора 4 присутствуют по5 тенциалы логического нуля. Эти состояния принимают sa нулевые, а состояния, когда на прямых выходах этих триггеров присутствуют потенциалы логической единицы, принимают за единичные.

На направленном графе (фиг.2) эти .состояния обозначены через 0 и 1 и показаны в прямоугольниках слева направо для D-триггеров 8-11, а стрелками обозначены переходы фазового дискриминатора из одногб состояния в другое под действием отдельных импульсов частот Т„ или fz.

Исходное состояние фазового дискриминатора, когда на прямьж выходах

D-триггеров 8-11 присутствуют сигна,лы логического нуля, обозначено цифрой 16. В этом состоянии на D-входах 25

D-триггеров 9 и 11 присутствуют потенциалы логической единицы ("1"), подаваемые с инверсньгх выходов D-триггеров 10 и 8.соответственно, I!a

D-входах D-триггеров 8 и 10 присутст- 30 вуют потенциалы логического пуля ("0"), подаваемые с выходов элементов

И-НЕ 13 и 14, так как на их входах присутствуют потенциалы "1" с инверсных выходов П-триггеров 9 и 10 и 8 и 11.

С приходом импульса частоты f частотного задатчика 3 в состояние

"1" переключается D-триггер 9. При этом П-триггер 8 не изменяет своего состояния, так как в мрмент прихода импульса Г на его П-входе присутствует сигнал "0" с выхода элемента

И-НЕ 14. На направленном графе фиг.2 это соответствует переходу фазового дискриминатора 4 из состояния 16 в

45 состояние 17. Приход затем импульса частоты f< с выхода формирователя 6 приводит к переключению D-триггера

11 в состояние "1" и появлению на выходе элемента И-НЕ 15 сигнала "0", который возвращает D-триггеры 9 и 11 в исходное состояние (переход фазового дискриминатора 4 в состояние 16), При переходе фазового дискриминатора

4 из состояния 17 в состояние 16 на прямом выходе D-триггера .11 появляется узкий импульс, длительность которого определяется величиной эадержки на переключение элемента И-НЕ 15 и D-триггера 9.

Процесс перехода фазового дискриминатора 4 из состояния 16 в состояние 18 и обратно происходит аналогично вьппеописанному. При переходе из состояния 16 в состояние 18 импульс частоты f переключает в состояние, "1" D-триггер 11, а П-триггер 10 своего состояния не изменяет, так как íà D-входе .в момент прихода импульса частоты f присутствует сигнал "0" с выхода элемента И-НЕ 13. При переходе дискриминатора иэ состояния 18 в состояние

16 импульс частоты f переключает в состояние "1" D-триггер 9, в результате чего на выходе элемента И-НЕ 15 появляется сигнал "0", который возвращает D-триггеры 9 и 11 в исходное состояние 16.

Таким образом, в режиме сравнения фаз при f> = f чередование импульсов частот f u f. эадатчика 3 и обратной связи приводит к появлению на выходах D-триггеров 9 или 1.1 широтноимпульсного сигнала с относительной длительностью импульсов „ или и, пропорциональной фаэовому рассогласованию импульсов частот f> и f, причем в зависимости от знака фазового рассогласования частот К и f< широтно-импульсный сигнал появляется на выходе D-триггера 9 или на выходе

D-триггера 11.

При появлении широтно-импульсного сигнала на выходе D-триггера 9 на выходе D-триггера 1 1 присутствует сигнал "0", так как узкие импульсы из-за малой их длительности не изменяют уровень напряжения логического нуля на выходе D-триггера 11. И, наоборот, когда на выходе П-триггера: присутствует широтно-импульсный сигнал„ на выходе П-триггера 9 устанавливается сигнал "0".

В режиме сравнения частот (например, Е > f ) приход подряд двух импульсов частоты f переводит. фазоЭ вый дискриминатор 4 из состояния 16 в состояние 19. При этом первый импульс частоты f переключает в состояние "1" D-триггер 9 (переход иэ состояния 16 в состояние 17 на фиг.2), на выходе элемента И-НЕ 14 появляется сигнал "1", который подается на

D-вход D-триггера 8. Второй импульс частоты f переключает в состояние

"1" D-триггер 8 (переход из состоя1434532 н ия 17 в состояние 19 на фиг. 2) .

Приход импульса частоты f в промежутке времени межцу двумя импульсами частоты f приводит к переключению в состояние "1" D-триггера 10, в результате чего на выходе элемента

И-НЕ 12 появляется сигнал "0", переключающий П-триггеры 8 и 10 в состояние "0" (переход фазного дискримина гора 4 из состояния 19 в состояние

17 на фиг. 2). Следующий за импульом частоты Гб мпульс acToTbl Гз (так как f > ) f <) переключает

Р-триггер 8 в состояние "1" (переход

° ° з состояния 17 в состояние 19 на иг. 2) .

Таким образом в режиме сравнения ь астот при К. ) Г фазовый дискримиатор 4 выдает постоянные сигналы 1" на прямом выходе D-триггера 9 и 0" па прямом выходе D-триггера 11. ри f6 Р Я.- процессы фазового диск3 иминатора аналогичны, но,он выдает остоянные сигналы "1" на прямом вы оде D-триггера 11 и "0" на прямом выходе В-триггера 9.

В установившемся режиме работы лектропривода фазовый дискриминатор работает в режиме сравнения фаз

Йэ = f ) и при постоянном моменте нагрузки (участок а на фиг. 3) на выМоде интегратора 7 присутствует постоянное напряжение, которое усиливается силовым преобразователем 5 по

Мощности и подается на электродвига тель 1. Величина напряжения, подаваеМого с выхода силового преобразоватеЛя 5 на электродвигатель 1, определяется уровнем угловой скорости и моментом сопротивления на его валу:

Д. М, х (,д где U — напряжение на выходе силового преобразователя 5.

Поскольку силовой преобразователь - усиливает. выходное напряжение интегратора, то в замкнутой системе с учетом того, что U = U "К, имеем д

= — = К, (U

Ц. р «

Ux(а) К Ut (2) «

U ) где U — напряжение на выходе интегратора 7

К н К,. — коэффициенты передачи интегратора 7 и силово10

Uz

Из выражения (Я следует., что напряжение на выходе интегратора может быть постоянным при условии

40 1 1

g)U (6) что, возможно, согласно алгоритма работы фазового дискриминатора, при

= 0 и „= О, т.е. при нулевом

45 фазовом рассогласовании частот f > и

Е на входах фазового дискриминатора.

Постоянное напряжение U>«1на выходе интегратора в замкнутой системе электропривода устанавливается авто"

5О матически в момент выхода привода в, установившийся режим.

В реальных условиях величина.фазового рассогласования импульсов частот f и Йб не равна нулю и определя

55 ется величиной тока утечки интегратора, которая у современных усилителей

-г ластаточно мала и составляет 10—

-Ф

10 микроампер.

ro преобразователя 5 и « соответственно

У

U u U - напряжение на инверти-.

5 рующем и неинвертирующем входах интегратора

7 соответственно

1(о1 — постоянная интегрирования — напряжение на выходе интегратора, определяемое начальными условиями интегрирования;

t — время.

Н

В свою очередь, напряжения U u

И

15 П на входах интегратора 7 связаны с величиной относительной длительности импульсов на выходах D-триггеров 9 и 11 фазового дискриминатора 4 соотношениями

2О = ц, (3)

U $)U (4)

1 где > и U - относительная длительУ9 9 ность импульсов и уровень напряжения логической единицы на выходе 0-триггера 9, $« U — относительная длительность импульсов

30 и уровень напряжения логической единицы на выходе Э-триггера 11.

С учетом (3) и (4) выражение (2) принимает вид

1434532

Таким образом, при постоянном моменте нагрузки требуемое, согласно (1), напряжение на двигателе обеспечивается при величине фазового рассогласования импульсов частот f и

Е, близкой к нулю, Уровень выходного напряжения интегратора в этом режиме определяется уровнем угловой скорости двигателя и моментом сопротивления на его валу.

При изменении момента сопротивления по линейному закону (участок б на фиг.3) .

Аналогично можно показать работу электропривода при изменении момента сопротивления на валу двигателя по закону м, =м„-мс, (10) В этом случае необходимо для поддержания постоянства угловой скорости изменение напряжения силового преобразователя 5 по закону

+ ) Пяа М

n. N о х к! мс Мсо (7) где M — постоянная составляющая со момента сопротивлениями !

М вЂ” темп роста момента сопротивления, для постоянства поддержания угловой скорости необходимо изменять напряжение на выходе силового преобразователя 5 по закону

+ мсо +

"S — "". а + Мк.)

I (8)

+ U

«ох M к

Реапизация закона (8) возможна лишь при соответствующем изменении напряжения интегратора

7 Цо) 709 9 ) которое получается согласно (5) при

1н= 0

В этом случае фазовый дискриминатор работает в режиме сравнения фаз, переключаясь (фиг.2) из состояния 16 в состояние 17 и обратно.

Из выражения (9) следует, что при линейном изменении момента сопротивления на валу электродвигателя по закону (7) на выходе D-триггера 9 фазового дискриминатора 4 появляется широтно-импульсный сигнал с постоянной относительной длительностью импульсов (, пропорциональной темпу роста. момента сопротивления М

Иа выходе D-триггера t1 фазового дискриминатора 4 при этом присутствует сигнал логического нуля.

В то же время частоты f и f задатчика 3 и формирователя 6 остаются постоянными, что свидетельствует о том, что изменение момента сопротивления по закону (7) не приводит к появлению ошибки стабилизации уровня угловой скорости электродвигателя 1, обеспечивается соответствующим изменением выходного напряжения интегратора 7, согласно (5), при / = 0 по закону

G (12)

Фазовьл дискриминатор 4 при этом работает в рея:име сравнения фаз, переклю аясь (фиг.2) из состояния 16 в состояние 18 и обратно.

В этом режиме (участок в на фиг.3) в замкнутой системе электропривода на выходе В-триггера 1 1 фазового дискриминатора 4 автоматически устанавливается широтно-импульсный сиг3О няп с постояннон Относичельнои дли тельностью импульсов 1 „, пропорциональной темпу спада момента сопротивления, Частоты f и fg задагчика

3, формирователя 6 в этом режиме также остаются постоянными, что свиде35 тельствует об отсутствии ошибки стабилизации скорости электродвигателя.

Ток якоря двигателя (I ) (фиг.3), несмотря на ступенчатый характер выходного напряжения интегратора, повторяет форму кривой момента сопротивления М, так как частота переключений фазового дискриминатора обычно составляет 1-2 кГц и превышает на, 4> один-два порядка максимальную частоту полосы пропускания системл, которая определяется в основном инерционностью двигателя.

В переходных режимах пуска и торможения электродвигателя фазовый дискриминатор работает в режиме сравнения частот. При этом он выдает постоянные логические сигналы: "1" и "0" соответственно на неинвертирующий и инвертиручощий входы интегратора при пуске электродвигателя; "0" и "1"— при торможении электродвигателя, изменяя в необходимую сторону напряжение интегратора и силового преобразо9 i43 вателя. Благодаря этому в системе эпектропривода исключаются режимы биений и опрокидывания .регулирования.

Таким образом, предлагаемый электррпривод обеспечивает полнбе устранение установившейся ошибки стабилизации угловой скорости при линейно изменяющихся внешних воздействиях. Кроме того, в электроприводе обеспечивае ся стабилизация фазы вращения вала э ектродвигателя относительно заданн ro положения.

При постоянных внешних воздейств ях (например, момента нагрузки) -ими льсы частотного эадатчика и обратнрй связи синфазны, при линейно изменяющихся внешних воздействиях вел ина фазового рассогласования импульсов частотного задатчика и обратной связи постоянна.

Формула изобретения

Злектропривод, содержащий электродвигатель с установленным на валу частотным датчиком скорости вращения, частотный задатчик, фазовый дискриминатор, силовой преобразователь, выкоpoì соединенный с якорной обмоткой электродвигателя, и формирователь импульсов, вход которого подключен к выходу частотного датчика скорости ! вращения, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности стабилизации частоты и фазы вращения электродвигателя при линейно изменяю4532 о щихся внешних воздействиях и параметрах электропривода, в него введен интегратор, а фазовый дискриминатор . выполнен в виде четырех элементов

И-НЕ и четырех D-триггеров,. счетные входы первого и второго триггеров подключены к выходу частотного задатчика, счетные входы третьего и четвертого триггеров — к выходу формирователя, прямые выходы первого и третьего триггеров соединены с входами первого элемента И-НЕ, выход которого подключен к R-входам первого и третьего триггеров, инверсный выход первого триггера соединен с D-входом четвертого триггера и первым входом второго элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к инверсному выходу четвертого триггера, а выход — к

D-входу третьего триггера, инверсный выход которого соединен с Р-входом второго триггера и первым входом третьего элемента И-ЛЕ, выход которо25 го подключен к В-входу первого триггера, а второй вход — к инверсному выходу второго триггера, R-вход которого соединен с R-входом четвертого триггера и выходом четвертого элемента И-HE первый вход которого соединен с прямым выходом второго триггера и неинвертирующим входом интегратора, а второй вход — с прямым выходом четвертого триггера и инвертирующим входом интегратора, выход которого подключен к входу силового преобразователя.

1434532

Составитель X.Ðîçêîâà

Техред М .Ходанич Корректор А.Обручар

Редактор А.Ревин

Тирах 584 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открьгтий!

13035,.Мссква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5564/56

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4