Устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя постоянного тока

 

Союз Советских

Соцналнстнческни

Республик (11)731081: к. 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 140377 (21) 2462270/24-07

Н 02 Р 5/06 с присоединением заявки ИЫ—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 3(10580. Бюллетень ¹ 20 (53) ДК 6 21 . 3 16 . . 718,5 (088,8) Дата опубликования описания 300580 (72) Автор изобретения

Г.A.Áîéêoâ (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ СКОРОСТИ

ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО

ТОКА

1 2

Изобретение относится к электро- во мйогих изделиях "точной механики технике и может быть использовано в с высокими требованиями, предъявляеиэделиях точной механики машиностро- мыми к точности работы системы стательной, радио- и электротехнической билизации скорости двигателя. промышленности для стабилизации ско- 5 Известно также устройство для старости- вращения электродвигателя по- билизации скорости электродвигатестоянного тока. ля постоянного тока, содержащее

Известны устройства для стабили- импульсный тахогенератор, элемент зации скорости вращения, содержащие сравнения, триггер, преобразователь генератор опорной частоты, датчик 1Р периода импульса в аналоговое напрясигнала с частотой, пропорциональной жение, источник опорного напряжения, скорости вращения, частотно-фазовый элементы И, HE (2). дискриминатор, работа которых основа- Работа указанного устройства осна на синхронизации числа оборотов кована на синхронизации числа оборо-, двигателя путем сравнения частот сиг- 15 roa двигателя путем сравнения велиналов опорного генератора и датчика . чины периода сигнала импульсного скорости и питания двигателя в зави« тахогенератора, преобразованного в симости от фазорассогласования указан-. аналоговое напряжение, с опорным ных сигналов (1), Однако указанные напряжением. устройства имеют сложную схему и об- 2р Данное устройство обладает. пониладают пониженной устойчивостью, выз" женной точностью из-за ошибок в преобванной возможностью срывов синхрон- "разовании "сйгнала ъ=айалоговое йапря-" ного режима работы в условиях изме- жение. -- няющейся нагрузки двигателя. Введение в данное устройство канаКроме того, укаэанные устройства 25 ла управления по фазе. (3), содержаобладают неудовлетворительной точ- щего элемент И, два триггера, эленостью регулирования мгновенной мент задержки, электромагнитное реле, скорости,:,понижающейся с уменьшением генератор опорной частоты, фазовый регулируемых скоростей, вследствие детектор, элемент суммирования аналочего они не могут быть использованы Зр гового сигнала, делает указанное

738081

УСтройство громоздким и ограничивает область его применения.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для стабилизации скорости вра- щения электродвигателя постоянного тока, содержащее генератор, подключенный к счетному входУ счетчика импульсов, датчик скорости, механически связанный с электродвигателем, подключенный к источнику питания через ключ вой элемент. Выход датчика скорости через формирователь подключен кб входу сброса счетчика, выход которого подключен к органу сравнения, выполненному на двух элементах И и двух триггерах, у которых первый вход первого триггера соединен с датчиком скорости, второй вход— с выходом счетчика, первый выход— с вторым входом первого элемента И, а второй восход — с первым входом второго элемента И и с запускающим входом генератора. Первый вход первого элемента И и второй вход второго элемента И подключены к датчику скорости, выходы элементов И подк)йочены ко входам второго триггера, подключенного совместно с первым выходом первого триггера к элементу ИЛИ, выход которого подключен к ключевому элементу в цепи управления двигателем (4) .

Устройство обеспечивает подключение двигателя к источнику питания в том случае, если период То следования сигналов датчика числа оборотов больше эталонного интервала времени

Тэ, и отключение питания в том случае, когда период следования сигналов датчика меньше эталонного интервала времени. Эталонный ийтервал времени задается частотой колебаний зацающего генератора и числом, наб ранным на двоичном счетчике переключателем или иный устройством, позволяющим формировать эталонный интервал времени, а отсчет интервала начинается каждый раз с приходом сигнала датчика числа оборотов. Таким образом, устройство ббладает пониженной точностью стабилизации скорости в условиях изменения механического момента нагрузки, напряжение питания, двигателя и температуры окружающей среды. Точность работы такОго устройства понижается с уменьшением величины стабилиэируемой скорости, ограничивая тем самым диапазон Регулирования скоростей . л

Целью данного изобретения является повышение точности стабилизации скорости вращения и расширение диапазона регулирования скорости.

Укаэанная цель обеспечивается тем, что в блок сравнения введены датчик количественного соотношения двух сйгйалов, генератор импульса фиксированной длительности и широтно-импульсный модулятор, причем выход первого элемента И подключен к запускающему входу генератора импульса фиксированной длительности и к первому входу датчика количественного соотношения двух сигналов, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход указанного датчика — к управляющему входу широтно-импульсного модулятора, выход которого и выход генератора импульса фиксированной длительности подключены к входам элемента ИЛИ.

Кроме того, в устройство может быть введен дополнительный генера15 тор импульса фиксированной длительности, запускающий вход которого подключен-к выходу второго элемента

И, а выход к дополнительному входу ключевого элемента.

20 Сущность изобретения поясняется чертежом, на кОтОрОм представлена блок-схема устройства для стабилизации скорости вращения электродвигателя постоянного тока. Устройство содержит задающий генератор 1, выход которого соединен со счетным входом разрядного двоичного счетчика 2, датчик скорости 3, подключенный ко входу формирователя 4, выход которого подключен к первому входу триггера 5, к первым входам элементов И

6,7 и ко входу сброса счетчика 2. Выходы счетчика соединены с переключателем 8, общая цепь которого подключена ко второму входу триггера 5.

Первый выход триггера 5 подключен ко второму входу элемента И б и к первому входу элемента ИЛИ 9, а второй выход — ко второму входу. элемента

И 7 и к запускающему входу генера40 тора 1, Выход элемента И б соединен с запускающим входом генератора 10 импульса фиксированной длительности и с первым входом датчика 11 количествен45 ного соотношения двух сигналов„ второй вход которого подключен .к выходу. элемента И 7, а выход — к управляющему входу широтно-импульсного модулятора 12, подключенного совместно

gp с выходом генератора 10 импульса фиксированной длительности ко второму и третьему входам соответственно элемента ИЛИ. Выход элемента ИЛИ 9 соединен со вторым входом ключевого эле55 м -нта 13 первый вход котороro подключен к источнику l.4 питания двигателя 15, а выход соединен с обмотками двигателя 15. Вал двигателя связан с датчиком скорости 3, В устройство дополнительно может

60 бйть введен второй генератор 16 импульса фиксированной длительности, запускающий вход которого подключают к выходу второго элемента И 7, а выход - к дополнительному входу ключе65 вого элемента 13.

738081

Ус трой с тв о ра бо т ае т сл едующим образом.

При включении питания устройства триггер 5 устанавливается в случайное положение, что обуславливает два возможных варианта пуска двигателя;, первый вариант соответствует, установке триггера 5 в состояние, при котором c его первого выхода на элемент

HJIH 9 подается сигнал . Этот сигнал через элемент ИЛИ поступает на ключевой элемент 13, открывает его и подает питание на двигатель 15; второй вариант соответствует установке триггЕра 5 в положение, при котором на его первом выходе сигнал отсутствует. В этом случае на втором, инверсном выходе триггера есть сигнал, который включает задающий генератор 1.

Задающий генератор вырабатывает импульсы, которые накапливаются счетчиком 2. После накопления счетчиком числа, заданного переключателем 8, с переключателя подается сигнал на триггер 5 и переключает его в состояние, при котором с него подается сигнал на схему ИЛИ 9, открывающую ключевой элемент 13, который подает питание на двигатель.

В дальнейшем регулирование ско.рости двигателя происходит следующим образом. Сигнал с датчика 3 скорости, должным образом отработанный формирователем 4, подается на элементы И б и 7 и открывает тот из них, на который подается сигнал с триггера 5. Положение триггера 5 определяетая соотношением величины периода датчика 3 скорости и эталонного интервала времени, выработанного задающим генератором 1 и счетчиком 2, то есть определяется тем, что подан на него сигнал со счетчика 2 через переключатель 8 (заданное число на счетчик набралось раньше прихода сигнала с Формирователя) или триггер остался в положении,. приведенном предыдущим импульсом (период импульса с формирователя меньше времени набора числа на счетчике). В первом случае импульс появляется на выходе элемента И б, во втором случае - на выходе второго элемента И 7.

С приходом сигнала с формирователя одновременно с описанным сбрасывается в нулевое положение счетчик

2 для подготовки его к счету в следующем периоде, после чего триггер 5 переключается в положение, при котором выдается сигнал на задающий генератор, импульсы которого накапливаются счетчиком, С приходом следующего импульса датчика скорости описанный процесс повторяется.

Таким образом, на выходах элементов И при работе устройства выделяются сигналы, количественное соотношение которых, измеренное за промежуток времени дt характеризует величину среднего периода сигнала датчика скорости в этом промежутке времени.

С элементов И б и 7 импульсы поступают на входы датчика 11 количественного соотношения двух сигналов.

Так как выходные сигналы элементов И формируются дискретно с периодом, близким к эталонному интервалу времени Т, то для более точного измерения их соотношения необходимо, чтобы выполнялось условие л Ф )) Т,, то есть датчик количественного соотношения должен быть, инерционным устройством. В качестве такого датчика могут быть использованы интегратор, реверсивный счетчик, последовательно соединенные триггер с раздельным запуском и фильтр нижних частот, или любые другие инерционные устройства, позволяющие отслеживать количественное сдотношение двух сигна20 лов.

Выходной сигнал датчика количественного соотношения двух сигналов управляет работой широтно-импульсно= го модулятора 12, формирующего моyg дулированные по длительности импуль сы, которые поступают через эле мент ИЛИ 9 на ключевой элемент 13, вырабатывающий соответствующие импульсы тока в обмотках двигателя 15.

Частота следования импульсов тока двигателя независима от скорости вращения и может быть выбрана достаточно высокой для получения необходи,мой точности регулирования скорости. ,Сигнал синхронизации широтно-импульс ного модулятора необходимой частоты может быть получен введением в его ,состав специального генератора или от задающего генератора 1, исполь..1зуемого для получения эталонного ин4О тервала времени.

В случае, .если датчик количественногo соотношения двух сигналов вы;полнен в виде интегрирующего звена с запоминанием результата интегрирования между импульсами, его выходной .,сигнал управляет широтно-импульсным ,модулятором, который, в свою очередь,двигателем таким образом, что количественное соотношение сигналов с элементов И остается неизменным при . всех условиях работы. В этом случае система стабилизации скорости является астатической,ошибки регулирования в такой системе минимальны.

55 В случае выполнения датчика количественного соотношения двух сигнапов на последовательно соединенных триггере и фильтре нижних частот с частотой среза т (((/T, его выход-, ной сигнал будет пропорционален количественному соотношению сигналов на входах датчика. Любое воздействие внешних возмущающих факторов (нагрузки, напряжения питания двигателя, температуры окружающей среды) система стабилизации также отрабаты738081 вает, но количественное соотношение сигналов на входе датчика непостоянно, то есть при работе такой систе. .мы присутствует погрешность, вели чина которой зависит от диапазона изменения внешних факторов и коэффициентов передачи отдельных звеньев.

Выбором соответствующих значений коэффициентов передачи датчика количественного соотношения двух сигналов и широтно-импульсного модулятора можно ограничить величину погрешности заданным значением во всем диапазоне изменений внешних возмущающих фактоPoB °

В тех случаях, когда период сигнала датчика скорости больше эталонного 15 интервала времени, в момент окончания эталонного интервала переключается триггер 5 и с его первого выхода на элемент ИЛИ 9 поступает сигнал.

Этот сигнал проходит на ключевой Щ элемент 13, открывает его и тем самым определяет начало дополнительного импульса тока питания двигателя. В момент поступления сигнала с датчика скорости на выходе первого элемента И формируется импульс, запускающий генератор 10 импульса фиксированной длительности, сигнал с выхода которого, поступая через элемент ИЛИ 9 на. ключевом элементе 13, продолжает держать его в открытом состоянии до окончания импульса. Дополнительный импульс тока питания двигателя необходим для исключения возбуждения системы стабилизации скорости, имеющего место в системах автоматического регулирования, содержащих инерционные звенья, а также для сохранения быстродействия. Минимальная длительность импульса определяется из соображений получения не- 40 обходимого запаса устойчивости сис- темы стабилизации скорости, а мак симальная длительность ограничена величиной допустимых ошибок регулирования скорости. Введение дополнительного генератора импульса фиксированной длительности необходимо для улучшения дийамичес-, ких характеристик устройства при резких спадах нагрузки двигателя.Для этого во время между импульсами с выхода дополнительного генератора 16 импульса фиксированной длительности на ключевой элемент 13 подается разрешающий потенциал. Состояние ключевого элемента определяется в этом случаф сигналом на его втором входе.

В тех случаях, когда период сигнала датчика скорости меньше эталонного интервала времени, с выхода второго элемента И 7 на вход дополнительного 60 генератора 16 подается сигнал, генератор 16 запускается и формирует импульс заданной длительности, который закрывает ключевой элемент 13 и обесточивает двигатель, Длительность гене-65 рируемого импульса выбирается из условия исключения случаев увеличения скорости двигателя в момент резкого умейьшения его нагрузки.

Генератор импульса фиксированной длительности может быть выполнен в виде любого устройства, поэво!ляющего формировать импульс заданной дли тел ь н ости .

Использование изобретения позволит значительно повысить точность стабилизации скорости вращения в широком диапазоне изменений температуры окружающей среды, механического момента нагрузки и напряжения питания двигателя. В несколько раз уменьшается нижняя граница диапазона регулирования скоростей, что расширяет область применения устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для стабилизации скорости вращения электродвигателя постоянного тока, подключенного к источнику питания через ключевой элемент, содержащее задающий генератор, выход которого подключен к счетному входу счетчика, датчик скорости, механически связанный с электродвигателем, выходом соединенный через формирователь с первыми входами двух элементов И и триггера, образующих блок сравнения, и ко входу сброса счетчика, выход которого через переключатель подключен ко второму входу триггера, первый выход триггера подключен ко второму входу первого элемента И и череэ элемент ИЛИ вЂ” к ключевому элементу, второй выход триггера подключен ко второму входу второго элемента И и к запускающему входу генератора, о т л и ч а ю щ е есятем,,что, с целью повьгаения точности стабилизации скорости вращения и расширения диапазона регулирования, в блок сравнения введены ! датчик количественного соотношения двух сигнаЛов, генератор импульса фиксированной длительности и широтноимпульсный модулятор, причем выход первого элемента И подключен к запускающему входу генератора импульса фиксированной длительности и к первому входу датчика количественного соотношения двух сигналов, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход указанного датчика соединен с управляющим входом широтно-импульсного модулятора, выход которого и выход генератора импульса фиксированной длительности подключен к входам элемента ИЛИ.

2. Атройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в орган сравнения введен дополнительный генератор импульса фиксированной длительности; запускающий вход которого подключен к выходу второго элемента

Составитель A.Ãoëoâ÷åíêo

Техред М.Кузьма Корректор М.шароши

Редактор В.Левятов

Тираж 783 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2825/34

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

И, а выход — к дополнительному входу ключевого элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9399989, кп. Н 02 Р 5/16, 1974 °

2 ° Авторское свидетельство СССР

9379029, кл. Н 02 Р 5/06, 1973, 3. Авторское свидетельство СССР

Ð521643, кл. Н 02 P 5/06, 1976, 4 ° Авторское свидетельство СССР

Р363185, кл. Н 02 P 5/06, 1974.