Устройство для управления двухфазным асинхронным электродвигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для импульсного управления исполнительными асинхронными электродвигателями малой мощности следящих систем. Целью изобретения является повышение стабильности частоты вращения электродвигателя и плавности регулирования. Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем содержит управляемый ключ 1 переменного тока, управляемый выпрямитель 2 с блоком 3 формирования сигналов управления, ключ 4 постоянного тока, формирователь 6 тактовых импульсов, делитель 7 частоты, усилители 9,10, управляемые ключи 11 и 13, сдвиговый регистр 12, сумматор 14, буферный усилитель 15, блок 5 управления. При реализуемом в устройстве импульсном управлении средняя частота вращения двигателя в установившемся режиме зависит не только от постоянных времени в период разгона и торможения и от заполнения периода импульсного управляющего сигнала, но и от структуры сигнала. При одинаковых постоянных времени разгона и торможения двигателя устройство обеспечивает 33 ступени регулирования при восьми разрядном управляющем коде. 4 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COLlHAËÈÑTÈ×ÅÑHÈХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (511 4 Н 02 Р 5/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4297 142/24-07 (22) 12.08.87 (46) 30,11 ° 89. Бюл. У 44 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт организационной техники и Московский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) В.В.Савостьянов, С.Б.Резников, В.Г.Болдырев, В.К.Баранов, В.К.Гудюк и Н.А,Онсин (53) 621,313,33:621.316.726 (088.8) (56) Мейстель А.М., Найдис В.А., Херсонский Ю.И. Комплектные тиристорные устройства для управления асинхронными злектроприводами. М.: Энергия, 1971, с.45, Авторское свидетельство СССР

У 365789, Н 02 P 5/34, 1970.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХФАЗНЫМ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для импульсного управления исполнительными асихронными электродвигателями малой мощности следящих систем.

Целью изобретения является повышение стабильности частоты вращения электродвигателя и плавности регулирования. Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем содержит управляемый ключ 1 переменного тока, управляемый выпрямитель 2 с блоком 3 формирования сигналов управления, ключ 4 постоянного тока, формирователь 6 тактовых импульсов, де1525852 литель 7 частоты, усилители 9, 10, управляемые ключи 11 и 13, сдвиговый регистр 12, сумматор 14, буферный усилитель 15, блок 5 управления. При реализуемом в устройстве импульсном управлении средняя частота вращения двигателя в установившемся режиме зависит не только от постоянных вреИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для импульсного управления исполнительными асинхронными электродвигателями малой мощности следящих систем.

Цель изобретния — повышение ста- 2р бильности частоты вращения электродвигателя и плавности регулирования.

На фиг, 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2, 3 — временные диаграммы, поясняющие его pa- 25 боту; на фиг. 4 — регулировочная характеристика электродвигателя, Устройство для управления двухфазным асинхронным электродвигателем содержит управляемый ключ 1 переменного тока, управляемый выпрямитель 2 с блоком 3 формирования сигналов управления, управляемый ключ 4 постоянного тока, блок 5 управления, формирователь 6 тактовых импульсов, делитель 7 частоты, дешифратор 8, первый и второй усилители 9, 10, Дешифратор

8 составлен из К первых управляемых ключей 11, сдвигового регистра 12 п выходами, п вторых управляемых клю- 40 чей 13, сумматора 14 с и входами и буферного усилителя 15, выход которого образует выход дешифратора 8. Вход управляемого ключа 1 переменного тока предназначен для подключения к пи- 45 тающей сети, а его выход — для подключения к обмотке 16 управления электродвигателя 17. Вход управляемого выпрямителя 2 предназначен для подключения к питающей сети, а выход через управляемый ключ 4 постоянного токак обмотке 16 управления электродвигателя 17. Вход формирователя 6 тактовых импульсов предназначен для подключения к питающей сети, выход форми55 рователя 6 тактовых импульсов соединен со входом делителя 7 частоты, выполненного с К каскадами деления.

Каждый из К выходов делителя 7 часмени в период разгона и торможения и от заполнения периода импульсного управляющего сигнала, но и от структуры сигнала. При одинаковых постоянных времени разгона и торможения двигателя устройство обеспечивает 33 ступени регулирования при восьмиразрядном управляющем коде. 4 ил., 1 табл. тоты соединен с соответствующими иэ

К информационных входов дешифратора

8, образованных первыми выводами К первых управляемых ключей 11, вторые выводы которых объединены и соединены с информационным входом сдвигового регистра 12, управляющий вход которого образует перВый управляющий вход дешифратора 8. Каждый из и выходов сдвигового регистра 12 через соответствующий из и вторых управляемых ключей 13 соединен с соответствующими из и входов сумматора 14, выход которого соединен с входом буферного усилителя 15, Выход дешифратора 8 через усилитель 9 соединен с управляющим входом ключа 1 переменного тока и с входом второго усилителя

10, выход которого подключен к управляющему входу ключа 4 постоянного тока. Управляющие входы К первых и п вторых управляемых ключей 11, 13 образуют соответственно К вторых и и третьих управляющих входов дешифратора 8, Вход блока 3 формирования сигналов управления, первый управляющий

К вторых управляющих и п третьих управляющих входы дешифратора соединены с соответствующими выходами блока 5 управления. Блок 5 управления может быть выполнен в виде датчика

18 частоты вращения, блоков 19 и 20 дифференцирования и интегрирования, аналого-цифрового преобразователя

21, цифрового процессора 22 и блока 23 распределения и усиления сигналов управления, выходы которого образуют выходы блока 5 управления.

Устройство для управления двухфаз» ным асинхронным электродвигателем работает следующим образом.

Напряжение питающей сети (кривая А на фиг. 2) подается на вход формирователя 6 тактовых импульсов, на вход управляемого ключа 1 переменного тока

5 1525852 6 и на вход управляемого выпрямителя 2. через управляемый ключ 4 постоянного

Формирователь 6 тактовых импульсов с тока подается кусочно-постоянно напомощью содержащегося в нем нуль-орга- пряжение с выхода управляемого выпряна вырабатывает последовательность мителя 2 (кривая Р, фиг. 3). Надежтактовых прямоугольных импульсов (кри- ная работа управляемого ключа 4 постовая Б на фиг. 2), которые поступают янного тока обеспечивается вторым на делитель частоты 7, содержащий нес- усилителем 10, на вход которого поколько (К) каскадов деления (напри- ступает сигнал с первого усилителя 9 мер 1:1, 1:2, 1:4, 1:8), а затем че- 1ð (кривая Н, фиг. 3). Изменение велиреэ первые управляемые ключи 11, уп- чины выходного постоянного напряжеравляемые цифровым процессором 22 че- ния управляемого выпрямителя 2 для рез блок 23 распределения и усиления динамического торможейия производитсигналов на информационный вход сдви- ся с помощью блока 3 формирования гающего резистора 12. Сдвигающий ре- 15 сигнала управления, управляемого цифгистр 12 обеспечивает на каждом из ровым процессором 22 через блок 23 своих и выходов; подсоединенных к п распределения и усиления сигналов, вторым управляемым ключом 13, получе- Одним из вариантов обеспечения рение отрицательных импульсов напряже- жима стабилизации частоты вращения ния, сдвинутых друг относительно дру- 20 при слабых возмущающих воздействия га на период следования трактовых пря- является сравнение выходного сигнала моугольных импульсов (кривые В-К, на датчика частоты вращения 8 с некотофиг. 2). Для представления управляю- рым заданным (эталонным) значением с щего сигнала в двоичной форме, а сле- помощью цифрового процессора 22 и довательно, удобства сопряжения де- 25 формировани соответствующего данной шиФратора 8 с цифровым процессором 22 частоте вращения кодо-импульсного отрицательные прямоугольные импульсы набора участков синусоидального и со сдвигающего регистра 1?, через п постоянного напряжения питания обмотвторых ключей 13, управляемую цифро- ки управления 16 (например, кривая Р, вым процессором 22, через блок 23 3р фиг, 3). Улучшение качества переходраспределения и усиления сигналов по- ных процессов по скорости двигателя ступают на сумматор 14, на выходе ко- при сильных возмущениях обеспечиваторого формируется периодически по- ется при использовании в блоке 5 упвторяющаяся последовательность пря- равления обратной связи по проиэводмоуголъпых импульсов, структура кото- ной от частоты вращения, формируемой р р деляется последовательностью на выходе блока 19 дифференцирования °

35 подключения входов сумматора 14 к вы- Программное торможение (остановка) ходам сдвигового регистра 12 через двигателя 17 в соответствии с заданвторые управляемые ключи 13 (кривая ным угловым перемещением его вала

Л на фиг 2) ф r. 2). ..Формированныи импульс-40 обеспечивается с помощью блока 20 ный сигнал поступает на буферный уси- интегрирования,.выходной сигнал котолитель 15 обеспечивающий работу де- рого поступает на вход цифрового прошифратора 8 на низкоомную нагрузку, цессора 22 для обработки и формироСледящий сигнал с буферного усилите- вания соответствующих команд, ля 15 (к иная И фи 3) (ривая И, фиг. 3) поступает 45 Конкретный алгоритм работы устройна вход первого усилителя 9, который ства обеспечивается соответствующей усиливает сигнал, не меняя его формы программой, заложеной в цифровой про(р, Фиг. ) для надежной рабо- цессор, tt может иэменяться путем пе(к ивая 11 Л ч) ты управляемого ключа 1 переменного репрограммирования последнего. тока, включенного последовательно с 5р Возможны други варианты построеобмоткой управления 16 исполнитель- ния цепей обратной связи по скорости, ного двигателя 17. Напряжение на выхо- ускорению и положению вала двигателя, де управляемого ключа 1 переменного например, на основе импульсного даттока (на обмотке управления 16 ис- чика скорости, который можно непосредполнительного двигателя 17) имеет пре- ственно сопрягать с цифровым процесрывисто-синусоидальную форму (кривая сором 22 без промежуточного аналогоО, фиг. 3) ° Для обеспечения режима цифрового преобразователя 2 1 ° динамического торможения двигателя В данном устройстве управления

17 в паузах на обмотку управления 16,асинхронным двигателем по сравнению

1525852 с прототипом достигается увеличение плавности регулирования и стабильности частоты вращения вала двигателя.

Это объясняется тем, что при описаном импульсном управлений средняя скорость в установившемся режиме зависит не только от постоянных времени в периоды разгона и торможения двигателя и от заполнения периода импульсного уп- 10 равляющего сигнала, как в прототипе, но и от структуры сигнала, Соотношение между периодом напряжения двигателя Т и периодом импульсного управляющего сигнала кода Т, при котором обеспечивается удобное сопряжение с ЭВМ, определяется выражением

Т = 2Т, rpe Т „— целое число. 20

Реализация преимуществ предлагаемого импульсного управления по сравнению с прототипом обеспечивается при значениях m 2, минимальным из которых является m = 3, т.е. Т„ = 8Т. 25

При таком соотношении и одинаковых постоянных времени в периоды разгона и торможения двигателя 17 устройство обеспечивает 33 ступени регулирования, так как при одном и том же запол.30 кении средняя частота вращения определяется еще и структурой импульсного управляющего сигнала.

В таблице приведены в двоичной форме структуры импульсного управляю35 щего сигнала для различных козффициЛ ентов заполнения, где 1 — соответствует импульсу, т,е. сигналу с длительностью, равной периоду питающего, NT напряжения Π— пауза. Здесь: =-,-- 40

Т

k где N —. число импульсов в периоде управляющего сигнала.

Структуры импульсного управляющего сигнала прототипа (номера 1, 2, 6, 45

12, 21, 27, 32, 33) являются частными случаями структуры импульсных управляющих сигналов данного устройства, На фиг. 4 представлена регулировочная характеристика двигателя — зависимость средней частоты вращения в установившемся .режиме в относительных о единицах от вида (т.е. от номера N ) импульсного управляющего сигнала с5 (сплошная — прототип, пунктирная — данное устройство). Для значений m > 3 плав ность регулирования по сравнению с прототипом еще более возрастает, так как увеличивается число структур управляющих сигналов.

Таким образом, изобретение позволяет повысить стабильность частоты вращения электродвигателя, повысить плавность регулирования, уменьшить пульсации мгновенной частоты вращения, Формула изобретения

Устройство для управления двухфазным асинхронным электродвигателем, содержащее управляемый ключ перемен» ного тока, вход которого предназначен для подключения к питающей сети, а выход — к обмотке управления электродвигателя, управляемый выпрямитель, вход которого предназначен для подключения к питающей сети, а выход соединен с входом управляемого ключа постоянного тока, выход которого предназначен для подключения к обмотке управления электродвигателя, блок управления, первый выход которого через блок формирования сигналов управления соединен с управляющим входом выпрямителя, последовательно соединенные формирователь тактовых импульсов, делитель частоты, дешифратор и первый и второй усилители, входы формирователя тактовых импульсов предназначены для подключения к питающей сети, выход BTopOI усилителя соединен с управляющим входом ключа Постоянного тока, второй выход блока управления соединен с первым управляющим входом дешифратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения стабильности частоты вращения электродвигателя и плавности регулирования, делитель частоты выполнен с К каскадами деления и снабжен дополнительно К-1 выходами, дешифратор снабжен дополнительно К-1 информационными входами, К вторыми управляющими входами и и третьими управляющими входами и выполнен иэ К первых управляемых ключей, сдвигового регистра с и выходами и вторых управляемых ключей, сумматора с.п входами и буферного усилителя, выход которого образует выход дешифратора, первые выводы К первых управляемых ключей образуют К информационных входов дешифратора и соединены с соответствующими К выходами делителя частоты, вторые выводы К первых управляемых ключей объединены и подключены к информационному входу сдв гового регистра, каждый иэ п выходов ко1525852 1О равляемых ключей образуют соответственно К вторых и п третьих управляющих входов дешифратора и соединены соответственно с К третьими и и четвертыми выходами блока управления, выход первого усилителя соединен с управляющим входом ключа переменного тока. торого через соответствующий иэ и вторых управляемых ключей соединен с соответствующими из п входов сумматора, выход которого соединен с входом буферно1.о усилителя, управляющий вход

5 сдвигового регистра образует первый управляющий вход дешифратора, управляющие входы К первых и и вторых уп2 3 4 5

У сигнала структура л

У сигнала структура

Ф сигнапа структура о

Ф сигнала структура

Л.

У сигнала структура

Ь

У сигнала структура

Ф сигнала структура

/\г

О, 125

0,375

11

0,375

16

0 5

21

0,625

26

0,625

31

0,750

0,250

0,375

12

0 5

17

0,5

22

0,625

27

0,625

32

11111111

0,875

0,250

0,375

13

0,5

18

0 5

23

0t625

28

0,750

33

1111111

1 г

100 10000

0,250

t 1000100

0,375

14

0 5

19 ! 1001010

0,5

24

0,625

29

0,750

0,250

1О

0,375

0,5

0 5

0,625

0,750

1525852 иэ.

78 юионеа амс

Составитель С,Позднухов

Редактор В.Ковтун Техред Л.Сердюкова

Корректор А.Обручар

Заказ 7240/52 Тира:к 551 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101