Устройство для управления электродвигателем переменного тока

 

Использование: в электроприводах информационно-измерительных гироскопических систем. Сущность: в устройство для управления электродвигателем переменного тока введены одновибраторы 18, 23, 28, RS-триггер 19, D-триггер 21, инвертор 20, логические элементы 2 И 24, 26, 27, И-НЕ 22, "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 25. Указанные элементы позволяют уменьшить время выхода электродвигателя с номинальной на заданную регулируемую частоту вращения. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах информационно-измерительных гироскопических систем.

Наиболее близким техническим решением является "Устройство для управления электродвигателем переменного тока" (а.с. 1669369, кл. Н 02 Р 7/42), которое содержит задающий генератор, первый делитель частоты, блок периодического смещения фаз, усилитель мощности, фазосдвигающий элемент, второй делитель частоты, аналоговый и цифровой компараторы, инвертор, четыре логических элемента 2И, триггер, схему формирования импульсов обнуления, счетчик импульсов. Недостатком известного технического решения является большое время выбега с номинальной на заданную регулируемую частоту вращения.

Целью изобретения является сокращение времени выхода электродвигателя с номинальной на заданную регулируемую частоту вращения, позволяющую увеличить скорость прецессии гироскопа для быстрого разворота гиростабилизатора из одного положения в другое.

Указанная цель достигается за счет введения в устройство трех одновибраторов, второго RS-триггера, второго инвертора, D-триггера, логического элемента 2И-НЕ, пятого, шестого и седьмого логических элементов 2И, логического элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ". При этом обеспечивается при поступлении управляющего сигнала "Разворот" торможение электродвигателя путем изменения на 180^o фазы напряжения запитки статорной обмотки f 90^o до достижения заданной регулируемой частоты вращения, что значительно уменьшает время выхода на режим, а следовательно, и сокращает время разворота на заданный угол.

На фиг. 1 дана структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство для управления электродвигателем переменного тока содержит задающий генератор 1, первый 2 и второй 3 делители частоты, блок 4 периодического смещения фаз, усилитель 5 мощности, фазосдвигающий элемент 6, аналоговый 7 и цифровой 8 компараторы, первый 9 и второй 20 инверторы, семь логических элементов 2И 10-13, 24, 24, 26, 27, первый 14 и второй 19 RS-триггеры, схему 15 формирования импульсов обнуления, счетчик 16 импульсов, первый 18, второй 23 и третий 28 одновибраторы, логический элемент 2И-НЕ 22, D-триггер 21 и логический элемент "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 25. Задающий генератор 1 и первый делитель 2 частоты соединены последовательно. Выход первого делителя 2 частоты соединен со входом второго делителя 3 частоты, первым входом фазосдвигающего элемента 6, выход и второй вход которого соединены соответственно со входом и первым выходом блока 4 периодического смещения фаз. Первые входы третьего 12 и четвертого 13 логических элементов 2И объединены и соединены с выходом логического элемента 2И-НЕ 22, первый вход которого предназначен для подачи управляющего сигнала "Разворот", а второй вход соединен с выходом второго инвертора 20. Вход инвертора 20 соединен с выходом второго логического элемента 2И 11, первый вход которого подключен к выходу первого 14 RS-триггера, а второй его вход соединен с выходом второго делителя 3 частоты, входом инвертора 9, первым входом схема 15 формирования импульсов обнуления, входом третьего 28 одновибратора и вторым входом шестого 26 логического элемента 2И, первый вход которого соединен с выходом D-триггера 21 и первым входом логического элемента 2И 24. Второй вход схемы 15 формирования импульсов обнуления соединен с выходом первого 2 делителя частоты. Первый и второй выходы блока 4 периодического смещения фаз соединены со вторыми входами соответственно третьего 12 и четвертого 13 логических элементов 2И, выходы которых соединены соответственно с первым входом логического элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 25 и первым входом усилителя мощности 5. Второй вход логического элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 25 подключен к выходу логического элемента 2И 26, а выход ко второму входу усилителя мощности 5. Выходы последнего предназначены для подключения к зажимам статорной обмотки электродвигателя 17. Один из выходов усилителя 5 мощности соединен со входом аналогового компаратора 7, выход которого подключен к первому входу первого 10 логического элемента 2И, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом инвертора 9 и первым входом счетчика 16 импульсов, выход которого подключен к первому входу цифрового компаратора 8, третий вход которого подключен к выходу одновибратора 28. Второй вход цифрового компаратора 8 предназначен для подачи кода задания частоты вращения электродвигателя 17. Первый выход цифрового компаратора 8 подключен к первому входу седьмого 27 логического элемента 2И, ко второму входу которого подключен второй выход D-триггера 21. Выход седьмого 27 логического элемента 2И подключен к первому входу RS-триггера 14, второй вход которого подключен к выходу схемы 15 формирования импульсов обнуления и второму входу счетчика 16 импульсов. Второй выход цифрового компаратора 8 подключен ко второму входу пятого 24 логического элемента 2И. Выход пятого 24 логического элемента 2И подключен ко входу одновибратора 23, выход которого подключен ко второму входу второго 19 RS-триггера и третьему входу D-триггера 21, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу первого инвертора 9 и выходу второго 19 RS-триггера, первый вход которого подключен к выходу первого одновибратора 18, вход которого предназначен для подачи сигнала "Разворот".

Устройство работает следующим образом. При включении питания задающий генератор 1 начинает формировать частоту, которая поступает на вход первого 2 делителя частоты, сигнал с выхода которого подается на входы фазосдвигающего элемента 6 и второго 3 делителя частоты. С выхода элемента 6 сигнал поступает на блок 4 периодического смещения фаз и через третий 12 и четвертый 13 логические элементы 2И на первые входы соответственно логического элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 25 и усилителя мощности 5, при этом при отсутствии управляющего сигнала "Разворот" элемент 25 не инвертирует сигнал с выхода элемента 12, который далее поступает на усилитель 5 мощности, с выхода которого на статорную обмотку электродвигателя 17. После разгона электродвигателя частота его вращения становится номинальной, равной частоте запитки. Для разворота гиростабилизатора в другое положение подается сигнал "Разворот", по переднему фронту которого на первом одновибраторе 18 формируется импульс, устанавливающий второй RS-триггер 19 в состояние "лог. 1", при этом разрешается прохождение сигнала через логический элемент 2И-НЕ 22 на вторые входы третьего 12 и четвертого 13 логических элементов 2И. При этом определенное время τ_и, задаваемое сигналом с выхода второго делителя 3 частоты, происходит либо торможение (при наличии сигнала "Разворот" и частоте вращения электродвигателя больше заданной), либо разгон электродвигателя (при наличии сигнала "Разворот" и частоте вращения электродвигателя меньше заданной), как показано на фиг. 2.

Сигнал "лог. 1" с выхода второго RS-триггера 19 поступает на вход "D" D-триггера 21. По переднему фронту импульса τ_п, поступающего с выхода второго делителя 3 частоты через первый инвертор 9 на вход "С" D-триггера 21, "лог. 1" появляется на первом (прямом) выходе D-триггера 21, на первом входе пятого логического элемента 2И 24 и на первом входе пятого логического элемента 2И 24 и на первом входе шестого логического элемента 2И 26, на котором происходит совпадение с импульсом τ_и. С выхода логического элемента 2И 26 сигнал поступает на второй вход логического элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 25 и обеспечивает инвертирование сигнала с выхода третьего логического элемента 2И 12 в течение времени τ_и. На втором (инверсном) выходе D-триггера 21 появляется при этом "лог. 0", который блокирует прохождение сигнала с выхода А В цифрового компаратора 8 и тем самым поддерживает выход первого RS-триггера 14 в состоянии "лог. 1", которая при наличии сигнала "Разворот" пропускает на вторые входы третьего 12 и четвертого 13 логических элементов 2И сигнал τ_и, который, совпадая с частотой запитки, проходит без инверсии на первый и с инверсией на второй входы усилителя 5 мощности, чем обеспечивается торможение электродвигателя в течение времени τ_и. На время паузы τ_п запитка электродвигателя блокируется, происходит его выбег и за время τ_п происходит оценка частоты ЭДС, наводимой в статорной обмотке электродвигателя, т.е. частоты вращения электродвигателя. В конце времени оценки τ_п на третьем одновибраторе 28 формируется импульс, подаваемый на вход А <В цифрового компаратора 8. Как только в результате торможения частота вращения электродвигателя Ω_вр. станет меньше заданной регулируемой частоты Ω_рег., на выходе А <В по окончании времени очередной оценки частоты вращения τ_п появляется сигнал "лог. 1", который через пятый логический элемент 2И 24 поступает на вход второго одновибратора 23, на котором по переднему фронту этого сигнала формируется импульс, сбрасывающий второй RS-триггер 19, и прямой выход D-триггера 21 в "лог. 0", который прекращает инвертирование сигнала запитки статорной обмотки электродвигателя f 90^o, а "лог. 1" на инверсном выходе D-триггера 21 разрешает прохождение сигнала с выхода А В цифрового компаратора 8. Так как при последней оценке частоты вращения на выходе А В "лог. 0", то первый RS-триггер не сбрасывается в "лог. 0", тем самым разрешая прохождение сигнала τ_и через логический элемент 2И 11, инвертор 20 и логический элемент 2И-НЕ 22 на вторые входы третьего 12 и четвертого 13 логических элементов 2И, тем самым обеспечивая сразу доразгон электродвигателя. Далее на время разворота регулируется скорость вращения электродвигателя. Если она меньше заданной, то в течение времени τ_и осуществляется доразгон электродвигателя, если больше, то за счет установления RS-триггера 14 в "лог. 0" прохождение частоты запитки блокируется на третьем 12 и четвертом 13 логических элементах 2И. Таким образом, устройство позволяет значительно (в 6-8 раз) уменьшить время выхода электродвигателя с номинальной на заданную регулируемую частоту вращения, которая в свою очередь позволяет обеспечить быстрый разворот гиростабилизатора из одного положения в другое.

Формула изобретения

Устройство для управления электродвигателем переменного тока, содержащее задающий генератор, первый и второй делителя частоты, фазосдвигающий элемент, блок периодического смещения фаз, первый, второй, третий и четвертый логические элементы 2И, инвертор, аналоговый и цифровой компараторы, RS-триггер, схему формирования импульсов обнуления, счетчик импульсов и усилитель мощности, отличающееся тем, что в него введены первый, второй и третий одновибраторы, второй RS-триггер, D-триггер, второй инвертор, пятый, шестой и седьмой логические элементы 2И, логический элемент 2И-НЕ и логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом задающий генератор и первый делитель частоты соединены последовательно, выход первого делителя частоты соединен с входом второго делителя частоты, первым входом фазосдвигающего элемента, выход и второй вход которого соединены соответственно с входом и первым выходом блока периодического смещения фаз, при этом первые входы третьего и четвертого логического элементов 2И объединены и соединены с выходом логического элемента 2И-НЕ, первый вход которого предназначен для подачи управляющего сигнала "Разворот", а второй вход соединен с выходом второго инвертора, при этом вход второго инвертора соединен с выходом второго логического элемента 2И, первый вход которого подключен к выходу первого RS-триггера, а второй его вход соединен с выходом второго делителя частоты, входом первого инвертора, первым входом схемы формирования импульсов обнуления, входом третьего одновибратора и вторым входом шестого логического элемента 2И, первый вход которого соединен с выходом D-триггера и первым входом пятого логического элемента 2И, при этом второй вход схемы формирования импульсов обнуления соединен с выходом первого делителя частоты, первый и второй выходы блока периодического смещения фаз соединены с вторыми входами соответственно третьего и четвертого логических элементов 2И, выходы которых соединены соответственно с первым входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и первым входом усилителя мощности, при этом второй вход логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к выходу шестого логического элемента 2И, выход к второму входу усилителя мощности, выходы которого предназначены для подключения к зажимам статорной обмотки электродвигателя, при этом один из выходов усилителя мощности соединен с входом аналогового компаратора, выход которого подключен к первому входу первого логического элемента 2И, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого инвертора и первым входом счетчика импульсов, выход которого подключен к первому входу цифрового компаратора, второй вход которого предназначен для подачи кода задания частоты вращения электродвигателя, а третий вход которого подключен к выходу третьего одновибратор, при этом первый выход цифрового компаратора подключен к первому входу седьмого логического элемента 2И, к второму входу которого подключен второй выход D-триггера, при этом выход седьмого логического элемента 2И подключен к первому входу первого RS-триггера, второй вход которого подключен к выходу схемы формирования импульсов обнуления и второму входу счетчика импульсов, при этом второй выход цифрового компаратора подключен к второму входу пятого логического элемента 2И, выход пятого логического элемента 2И подключен к входу второго одновибратора, выход которого подключен к второму входу второго RS-триггера, и третьему входу D-триггера, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу первого инвертора и выходу второго RS-триггера, первый вход которого подключен к выходу первого одновибратора, вход которого предназначен для подачи сигнала "Разворот".

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2