Электропривод постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах печатающих устройств, манипуляторах и роботах. Целью изобретения является повьшение быстродействия электропривода при сохранении широкого диапазона регулирования скорости. В устройство введен блок 13 вычисления мгновенной скорости вращения вала электродвигателяs первый вход которого подключен к выходу первого блока 10 потенциальной развязки,а второй вход через второй блок 12 потенциальной развязки к датчику тока 11. Третий и четвертый входы указанного блока подключены соответственно к второму и третьему вькодам блока 8 формирования импульсов , а выход - к второму входу пи-регулятора CKopocTsi 5. В установившемся режиме блок 13 формирует на основании данных о мгновенных значениях тока якоря и дискретно измеренных значениях ЭДС вращения на выходе 25 сигнал,пропорциональный мгновенному значению скорости вращения вала электродвигателя. 1 з,п, ф-лы 5 3 ил. ё гж.1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

<бН у Н 02 Р 5/06

Фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3972036/24-07 (22). 04.11.85 (46) 30. 11.87. Бюл. Р 44 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) В.А.Гурьянов, В.В.Кротенко, А.Н.Пискарев, В.A.Ñèíèöûí, В.A.Òoëìà÷åâ и В.С.Томасов (53) 621.316.718.5(088.8) (56) Патент США Ф 4292574, кл. 318-331, 1981

Авторское свидетельство СССР

Ф 1121/64, кл. Н 02 P 5/06, 1984. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах печатающих устройств, манипуляторах и роботах. Целью изоб— ретения является повышение быстродействия электропривода при сохранении широкого диапазона регулирования скорости. В устройство введен блок 13 вычисления мгновеннои скоро"ти вращения вала электродвигателя„ первый вход которого подключен к выходу первого блока 10 потенциальной развязки,а второй вход через второй блок 12 потенпиальной развязки к датчику тока 11. Третий и четвертый входы указанного блока подключены соответственно к второму и третьему выходам блока 8 формирования импульсов, а выход — к второму входу

ПИ-регулятора скорости 5. В установившемся режиме блок 13 формирует на основании данных о мгновенна.х значениях тока якоря и дискретно измеренных значениях ЗЦС вращения на выходе 25 сигнал, пропорциональный мгновенному значению скорости вращения вала электродвигателя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1356169

Ъ

DQ

4k

ВО

Изобретение относится к" электротехнике и может быть использовано в электроприводах механизмов с двигателями постоянного тока, не имеющими встроенных тахогенераторов.

Целью изобретения является повышение быстродействия электропривода при сохранении широкого диапазона регулирования скорости.

На фиг. i изображена функциональная схема электропривода;на фиг. 2 то же,блока вычисления мгновенной скорости вращения вала электродвигателя

4 постоянного тока;на фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие работу электропривода.

Электропривод постоянного тока содержит электродвигатель i постоянного тока, датчик 2 напряжения, широтно-импульсный транзисторный преобразователь 3 с блоком 4 управления, ПИрегулятор 5 скорости, блок 6 задания скорости вращения, блок 7 запрета, блок 8 формирования временных интервалов, блок 9 памяти, первый блок 10 потенциальной развязки, датчик 11 тока, второй блок 12 потенциальной развязки и блок 13 вычисления мгновенной скорости вращения вала элек-. тродвигателя i постоянного тока.

Широтно-импульсный преобразователь 3 выполнен на транзисторах па мостовой схеме. Выход преобразовате-. ля 3 через датчик 11 тока соединен с якорной обмоткой электродвигателя параллельно которой подключен датчик 2 напряжения, выполненный в виде резистивного делителя напряже- ния. Вход широтно-импульсного преобразователя 3 подключен к выходу бло— ка 4 управления преобразователем, один вход 14 которого подключен к выходу ПИ-регулятора 5 скорости, а другой вход 15 через блок 7 запрета подключен к первому выходу 16 блока 8 формирования временных интервалов. Кроме того, блок 8 формирования временных интервалов имеет выходы 17,18.Выход 17 подключен к пер-. вому входу 19 блока 9 памяти, второй вход 20 которого подключен к датч.лку 2 напряжения, а вьгход блока 9 па-мяти подключен к входу блока 10 по=" тенциальной развязки.

Блок 13 первым входом "1 подключен к выходу первого блока 10 по-. тенциальной развязки, вторым входом

23 подключен через второй блок 12 потенциальной развязки к выходу датчика 11 тока, третьим входом 23 к второму выходу 17 блока 8 формирования временных интервалов, четвертым входом 24 — к третьему выходу 18 блока 8. Выход 25 блока 13 подключен к первому входу 26 ПИ-регулятора

5 скорости, второй вход 27 которого

;;одключен к выходу блока 6 задания скорости.

Блок 13 содержит (фиг. 2) первый

28 и второй 29 интеграторы,устройство 30 выборки-хранения аналогового сигнала„ первый 31, второй 32,третий 33, четвертый 34, пятый 35 и шестой 36 резисторы, первый 37,второй

38 и третий 39 управляемые электронные ключи, первый 40 и второй

41 конденсаторы, включенные в цепи обратных связей интеграторов 28,29.

Первый вход 21 блока 13 через первый резистор 31 подключен к входу интегратора 29, а через последовательно соединенные второй резистор

32 и первый ключ 37 — к входу первого интегратора 28. Второй вход 22 блока 13 подключен через последова— тельно соединенные третий резистор

33 и второй 38 к входу первого,ко,торый через последовательно соединенные четвертый резистор 34 и третий ключ 39 подключен к выходу первого. Точка соединения третьего резистора 33 и второго ключа 38 через пятый резистор 35 подключена к выходу второго интегратора 29, вход которого через шестой резистор 36 подключен к выходу устройства 30 выборки-хранения, первый вход 42 которого подключен к выходу первого интегратора 28, а второй вход 43 — к четвертому входу 24 блока 13, третий вход 23 которого подключен к управляющим входам первого 37, второго

38 и третьего 39 ключей. Выход 25 блока 13 вычитания мгновенной скорости вращения вала подключен к выходу первого интегратора 28.

Электропривод работает следуюшим образом.

На интервале времени „Т„ на выходе 16 блока 8 формирования временных интервалов существует импульс напряжения U, (фиг. За),разрешающий с помощью блока 7 работу широтноимпульсного преобразователя 3. При этогл напряжение q Ha якоре электродвигателя (фиг. Зг) в течение време1356169

55 ни „ Ти представляет последовательность импульсов II Т „ постоянной амплитуды с периодом следования Т и относительной продолжительК ностью г пропорциональной величине сигнала на входе 14 блока 4 управления широтно — импульсного преобразователя 3. Под действием напряжения U течет ток I якоря электродвигателя 1 (фиг. Зб).

Сигнал, пропорциональный току якоря I (фиг. Зг) снимается с выхода второго блока 12 потенциальной развязки датчика 11 тока якоря и подается на второй вход 22 блока 13, при этом электронные ключи 37, 39 находятся в разомкнутом, а ключ 38 в замкнутом состоянии. л

Вычисление мгновенного значения а скорости вращения вала электродвигателя 1 а (фиг. Зж) осуществляется первым интегратором 28 блока 13 на основании данных о токе якоря в моменте нагрузки электродвигателя 1, причем величина постоянной интегратора T„,, определяемая значениями параметров резистора 33 и конденсатора 40, равна паспортному значению механической постоянной Тп электродвигателя 1.

На интервале времени (1 — „) Т„ на выходе 16 блока 8 отсутствует импульс напряжения и блок 7 запрета формирует сигнал на запирание всех транзисторов силового моста, ток якоря падает до нуля (фиг. Зд), замыкаясь,через обратные диоды моста встречно источнику питания. К концу интервала времени (1 — у„) Ти когда ток якоря равен нулю, импульс йапряжения (фиг. Зб), разрешающий измерение ЭДС вращения, подается с выхода 17 блока 8 на первый вход 19 блока 9 памяти и на вход 23 блока 13.

В течение времени существования импульса U в блоке 9 памяти происхо2 дит запись сигнала, снимаемого с датчика 2 напряжения, пропорционального ЭДС .вращения. К моменту окончания импульса U выходной сигнал первого блока 10 потенциальной развязки пропорционален ЭДС вращения.

В течение времени существования. импульса U электронные ключи 37,39 и ЗЯ под действием импульса П переводятся соответственно в замкнутое и разомкнутое состояние. Таким образом, в блоке 13 образуется цепь (первый вход 21, резистор 32, замкнутые ключи 37 и 39, резистор 34, первый интегратор 28) для коррекции л вычисляемого значения сд мгновен5 ной скорости до величины измеренного значения ЭДС вращения и„ подаваемого на вход 21 блока 13 с выхода первого блока 10 потенциальной развязки 10. Значение вычисляемой мгновенной скорости и корректируется до величины измеряемого значения

ЭДС Я в течение существования

А импульса Б . Постоянная времени

2 с которой протекает коррекция,определяется параметрами резистора 34 и конденсатора 40.

В момент окончания импульса U ключи 37, 39 и 38 возвращаются в ис-

Z0 ходное состояние — соответственно открытое и закрытое,а блок 13 переходит в режим вычисления мгновенной скорости у на основании данных о токе якоря и с учетом введенных об

25 измеренном значении ЭДС вращения о а . Следующий импульс U осущестА вляет очередную коррекцию вычисляел мого значения а мгновенной скорости до величины измеренного значения

ЭДС вращения g и т.д.

Проводимая указанным способом коррекция вычисляемого значения мгновенной скорости позволяет существенно снизить динамические ошибки блока 13, обусловленные отличием зало35 женного задания в блоке 13 паспортной механической постоянной Т„ от ее истинного значения Тлп.

Учет статического момента сопротивления М на валу электродвигатес ля 1 (фиг. Зе),вызывающего изменение ускорения на интервале времени | „ Т„ и обуславливающего наличие падающего участка скорости а (фиг. Зж) на интервале времени (1 — g„) Тц, осуществляе ся при вычислении мгнои венного значения у путем вычисления л величины М неизмеряемого статисти- ческого момента (фиг. 3e).Вычисление и величины М происходит в блоке вычисления статического момента, построенного на устройстве 30 выборкихранения аналогового сигнала и втором интеграторе 29 блока 13, На вход второго интегратдра 29 через резистор 31. подается измеренное на предыдущем интервале значение ЭДС вращения а, через резистор 36 подаетД э ся измеренное с помощью устройства

1356169

30 выборки-хранения (являющегося моделью устройства измерения ЭДС вращения) значение у вычисляемого сигл» нала скорости.

Измерение вычисляемого значения мгновенной скорости устройством 30 осуществляется под действием вырабатываемых блоком 8 импульсов U> (фиг. Зв) по времени предшествующих импульсам U (фиг. Зб),причем импульсы U, вырабатываемые блоком

8, подаются с его выхода 18 на вход 24 блока 13, откуда поступают на вход 43 устройства 30 выборкихранения аналогового сигнала.

Разность между значениями Q< и л (а в. начальный момент вычисления пропорциональна статическому моменту сопротивления;она убывает по мере того, как значение вычисленного момента сопротивления K на выходе второго интегратора 29 (и подаваемого на вход первого интегратора 28 через резистор 35) стремится к величине, пропорциональной истинному значению момента сопротивления M при этом вычисляемое значение мгнол венной скорости .а стремится к истинному значению мгновенной скорости (д (фиг. Зж).

Таким образом, в установившемся режиме, характеризуемом постоянст-. вом статического момента сопротивления на валу электродвигателя 1, так как M< = const, блок 13 вычисления мгновенной скорости вращения вала как на интервале времени „ Т„ так на интервале времени (1 - „) Ти, формирует на основания данных о мгно венных значениях тока якоря и дискретно измеренных значениях ЭДС вращения на выходе 25 сигнал, пропорциональный мгновенному значению скорости вращения вала электродвигателя 1,сохраняя при этом высокие регулировочные характеристики.

Формула изобретения

1. Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель постоянного тока, к якорной обмотке которого подключен датчик напряжения и преобразователь с блоком управления, один вход блока управления соединен с выходом ПИ-регулятора скорос ти,первый вход которого. соединен с выходом блока задания скорости,второй вход блока управления через блок запрета подключен к первому выходу блока формирования временных интервалов, второй выход которого подключен к первому входу блока памяти, второй вход которого подключен к выходу датчика напряжения, выход блока памяти подключен к входу первого блока потенциальной развязки, датчик тока якоря, о т л и ч а юшийся тем,что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно введены второй блок потенци15 альной развязки, блок вычисления мгновенной скорости вращения вала электродвигателя постоянного тока, первый вход которого подключен к выходу первого блока потенциальной

20 развязки, второй вход подключен через второй блок потенциальной развязки к датчику тока якоря, третий вход — ° к второму выходу блока формирования временных интервалов, четвертый вход25 к третьему выходу блока формирования временных интервалов,а выход блока вычисления мгновенной скорости вращения вала электродвигателя подключен к второму входу ПИ-регулятора

30 скорости.

2, Электропривод nо п. 1, о тл и ч а ю.шийся тем,что в нем блок вычисления мгновенной скорости вращения вала электродвигатеЗБ ля имеет четыре входа и один выход и содержит два интегратора, устройство выборки-хранения аналогового сигнала, шесть резисторов и три уп-. равляемых электронных ключа, причем

40 первый вход блока вычисления мгно- венной скорости вращения вала электродвигателя через первый резистор подключен к входу второго интегратора,а через последовательно соеди4r ненные второй резистор и первый ключ — к входу первого интегратора, подключенному через последовательно соединенные второй ключ и третий резистор к .второму входу блока вычис50 ления мгновенной скорости вращения . вала электродвигателя и через последовательно соединенные третий ключ и четвертый резистор к выходу первого интегратора, точка соединения треть55 его резистора и второго ключа через пятый резистор подключена к выходу второго интегратора, вход которого через .шестой резистор подключен к выходу устройства выборки-хранения

1356169 аналогового сигнала, первый выход которого подключен к выходу первого интегратора, а второй вход — к четвертому входу блока вычисления мгновенной скорости вращения вала электродвигателя,третий вход которого подключен к управляющим входам первого, второго и третьего электронных ключей, выход блока вычисления мгновенной скорости вращения вала элек5 тродвигателя подключен к выходу первого интегратора.

1356169

Составитель И.Кряхтунова

Техред И,Ходанич

Редактор И. Келемеш

Корректор М.Иаксимишинед

Заказ 5808/52 Тираж 659

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, 11осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписн ое

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