Устройство для регулирования частоты вращения электродвигателя

 

Союз Советскнк

Соцнвлнстнческнк

Республик

О Л И C А H Ê Е 9о9779

ИЗОБРЕТЕН ИЯ (Sl) Дополнительное к авг. свил-ву (22) заявлено 170780 (21) 2959769/24-0 7 с присоединением заявки И (23) Приоритет (53)М. Кл.

H 02 Р S/06

ЬФРРвтваеык квинтвт

Сбсе вв Флам вэобрвтений н Оарытвр

Опубликовано 280282. Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 2802.82 (53) УДК621. 316.

718 5(088.8} (72) Авторы изобретения

В.П. Лянзбург и С. В. Касьянов,1

li

Научно-исследовательский институт элек4цомеханики (73) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к электроме.ханике и может быть использовано в автоматизированном электроприводе.

Известно устройство для регулирования частоты вращения электродвига5 геля с фазовым управлением $1 ).

Недостаток его обусловлен дискретностью фазового регулятора, в результате чего в области низких частот вращения электродвигателя его вал вращается скачкообразно, что вызывает сбои в работе фазорегулятора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является . устройство, содержащее входной преобразователь.и датчик положения с фор" мирователем угла вращения вала электродвигателя, выходы которых соединены с первыми входами операционных усилителей и через формирователи сигналов - со входами двух триггеров фа- " зового дискриминатора, выходы которо" го соединены со вторыми входами операционных усилителей, выходы которы через узел сравнения соединены с блоком регулирования напряжения, причем фазовый дискриминатор снабжен двумя парами схем совпадения (2 .

Недостатком известного устройства является возможность сбоев в переходных режимах.

Цель изобретения - повышение надежности и увеличение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в фазовый дискриминатор дополнительно введена третья пара схем совпадения, причем схемы совпадения второй пары соединены между собой по схеме RS -триггера, прямые и инверсные выходы каждого из триггеров попарно подключены ко входам соответственно первой и второй схем совпадения первой пары, прямой и инверсный выходы соответственно первого и второго триггеров связаны со входами соответственно первой и второй схем совпадения третьей пары, выходы пер90977 вой пары схем совпадения соединены со входами RS-триггера, один из выходов которого подключен ко входам первой и второй схем совпадения соответственно третьей и первой пар, а, второй выход - ко входу. первой схемы совпадения первой пары, выходы первой и второй схем совпадечия третьей пары связаны со входами сброса соответственно второго и первого тригге- ip ров.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2-4 - диаграммы сигналов.

Устройство содержит входной преобразователь 1 и датчик положения 2 с формирователем 3 угла вращения вала электродвигателя 4, выходы которых соединены с первыми входами операционных усилителей 5 I 6 и через формирователи сигналов 7 и 8 — со входами двух триггеров 9 и 10 фазового дискриминатора 11, выходы которых соединены со вторыми входами операционных усилителей 5 и 6. Выхо2$ ды усилителей 5 и 6 через узел 12 сравнения соединены со входом блока

3 регулирования напряжения, выход которого соединен с электродвигателем

4. Прямые выходы триггеров 9 и 10 соединены со входами схемы 14 совпадения первой пары, а инверсные.выходы - со входами схемы 15 этой пары. Инверсные выходы схем 14 и 15 и входы этих схем соединены со входа- Зз ми схем совпадения 16 и 17 второй пары, соединенных по схеме RS-триггера. Инверсный выход схемы 16 соединен со входами схем совпадения 18 и 19 третьей пары, вторые входы кото- рых соедин ны соответственно с прямым выходом триггера 9 и инверсным выходом триггера 10. Инверсные выходы схем 18 и 19 соединены соответственно со входами сброса триггеров

10 и 9, Устройство работает следующим образом.

На выходах преобразователя 1 и

Формирователя 3 формируются пилооб- 59 разные сигналы 0„„и Q, частоты которых соответствуют требуемой и действительной частоте вращения электродвигателя 4, а величины этих сигналов определяют требуемое и фактическое угловое положение его вала.

Формирователи 7 и 8 формируют им.пульсные сигналы Q> и Q в виде пос"

9 4 ледовательностей пауз между импульсами. Передние фронты пауз между импульсами 0 и Q g соответствуют по 8peMeHI скачкообразным изменениям сигналов U „и U соответственно (фиг. 2„ показано стрелками). Длительность пауз стабилизируется схемой формирователей, в качестве которых могут быть использованы, например, одновибраторы, запускаемые перепадами напряжений 0 п, 0 я, т.е. частота следования передних фронтов пауз пропорциональна частоте вращения электродвигателя 4.

Рассмотрим работу фазового дискриминатора (ФД) 11.

Предположим, kTO вначале частота вращения электродвигателя 4 меньше требуемого значения, определяемого частотой f импульсов сигнала U no П off этому частота f>9 импульсов сигнала

0>e fSS Г„п нарастание сигнала

0 в идет более медленно, чем сигнала

0 я (Фиг. 2). До момента времени исходное состояние сигналов Q

= О, Q - =0 и ФД на работу устройства не влияет. На выходах операционных усилителей 5 и 6 формируются напряжения 0 . и U, пропорциональные по величине напряжения 01П,0 я .0 =

= к 0 я, Ug = KU @, где к - коэффициент пропорциональности. В частном случае к = 1, На выходе схемы 12 сравнения возникает сигнал ошибки

М = 0чп-0 1 (при к - I), нарастаеций во времени; Напряжение питания, подаваемое на электродвигатель 4, также возрастает во времени пропорционально величине сигнала ошибки Ь0, вследСтвие чего частота вращения электродвигателя Q увеличивается.До момента времени t элементы ФД име1 ют след аощее исходное состояние: а, = 0, = 0, Q )„S а„-, =

Q Q =- 1. В момент времени t задним фронтом импульса сигнала Q ъ перебрасывается триггер 9 в состояние Qy 1, = О. Состояние остальных элемейтов ФД (фиг. 1) не изменяется.

Напряжение сигнала Q равно U ll<, операционный усилитель суммирует напряжение сигналов 9 H Оуя . 05 =

= 0 по+ Оуп. Поэтому напряженйе

0 продолжает возрастать, несмотря на то, что напряжение 0 п в момент времени t < скачком уменьшилось до нуля, при этом сигнал ошибки b U u

5 909 частота вращения Q увеличиваются.

Так продолжается до момента времени когда напряжение О п уменьшается до нуля, а напряжение U< до величины

U 0, задаваемой сигналом Q>. Сигнал ошибки Ь0 в этот момент времени сохраняет положительное значение: 6 U =

= Up Ugg tде Ups С Up stpt <

Поэтому частота вращения Q. продолжает возрастать, но с меньшим темпом.

Задний фронт импульса Q подтверждает включение триггера 9 в состояние

1. Так продолжается до момента времени t, когда фоомируется задний фронт импульса 0 включающий триггер 9.

1, 0 6 = О, так как сигнал Q 4 к

44 моменту времени имеет значение

1. Переход сигнала П в состоя - 6 нйе а 6= О вызывает измейение состоя4 ния сигнала на выходе схемы 15:

1 к моменту времени Т . На этом

t2 и заканчивается переходный процесс в фазовом дискриминаторе, который оказывается в исходном состоянии

1о Qg= „„ =0, = Q = аЛ9= l. Длительность этого

49 переходного процесса определяется частотными свойствами микросхем и находится в пределах одной или не-!

5 скольких микросекунд. Частота импульсив U è О„язачастую находится в диапазоне 0-100 Гц, поэтому на фиг. 2 переходные состояния сигналов показаны на их диаграммах в виде кратковременных просадок, которые не влияют на процесс регулирования частоты вращения электродвигателя 4.

Так как в момент времени

25 (tg на Фиг.3) триггер 9 переходит в исходное состояние, то напряжение

0 уменьшается на величину ОО, но сигнал ошибки и частота вращения продолжают возрастать (фиг. 2).

5я Описанный процесс переключения

ЭД периодически повторяется до момента времени t<, когда вследствие увеличения частоты вращения электродвигателя 4 соотношение между f @ и

35 изменяется: (В ) f><, и на интервале 4-t6 располагаются два перепады напряжения U g в моменты времени и и t6. В момент времени t6 включается триггер 10 (Q„ = 1), а в момент вре40 мени t начинается процесс его выключения (фиг. 3), где тг5 соответствует

t>, фиг.2). В момент времени с„. (фиг. 3) задним фронтом импульса Q> триггер 9 переводится в состояние

45, (в момент времени с, 4), при этом на входе схемы 14 возникает комбинация Q = ОЛО= 017= 1, которой соответствует ал4= О (t„5 ), что пр водит к перебросу К6-триггера:

5О 46

1 (й ), 0ЛТ= О (t47) На вход схемы 18 образуется состояние сигна" лов Q = 1, О 6= 2, вследствие чего на выходе схемы 18 формируется сигнал 04 = О (t4 ), который вызывает сброс триггера 10 в исходное состоя ние ЯЛО= О (с48). Переход 0 от 1 к

О в момент времени „ приводит к возникновению на входе схемы 14 комби

--0,=0 1, а„,= О, у

На фиг. 3 в увеличенном масштабе показаны процессы в фазовом дискриминаторе, а именно, как в момент времени t4 переключается триггер 9 в состояние Q = 1, а в момент времени t< начинается переключение триггеров

10. После завершения переходного процесса в момент времени t > триггер

10 имеет состояние Q<4,. l. При этом на входах схемы 14 совпадения образуется комбинация сигналов 09 0

= а т= 1, вследствие чего схема 14

41 переходит в состояние 0„4-. О. На входах схемы 16 образуется комбинация сигналов 0 = О, а т = О поэтО > лт му она переходит в состояние ал6= 1 за время t -t<, что приводит к переходу противоположного плеча RS-триггера в состояние а„ = 1 и образованию на входе схемы 18 комбинации сиг. налов Q = 046 †1, которая переводит схему 1о в состояние алв= О к моменту времени t6. Сигнал ал = О, воздействуя на вход к триггера 10,сбрасывает его в исходное состояние а, = J, — — 1, которое устанавливается по окончании переходного процесса в момент времени t> . На вход схемы 12 поступает комбинация сигна" лов Q 6= Q«= 1, которой соответствул6 ет сигнал Q =.О, поступающий на

49 > вход сброса триггера 9 и вызывающий

его переход в исходное состояние (Qt О) на интервале времен.; te-t9 °

Но этот переход приводит к образованию на входах схем 15 и.18 комбинаций сигналов,19 —— 0„ = 04 = 1 и

Q = О, 0 6= 1 сООтветственнО пО ко»

9 торым формируются к моменту времени сигналы Q = О и 04 = 1. В свою

Ло Л очередь, сигнал QÄ<= О вызывает переброс RS -триггера в состояние

779 6

7 9097 на ее выходе сигнал Q < 1 при .Ц причем, формирование сигнала

Q44- =1 происходит независимо от состояния сигнала и, так как в мо мент времени t„ }„y = О. Так как равенство Q = 0 равносильно равенст10 ву QЛ = 1, на выходе схемы 19 в момент времени t e образуется группа сигналов О„о= Q — = 1, которой соотЛ6 ветствует состояйие Qgp= 0 (tgp), 10 вызывающее сброс триггера 9 в исходное состояние (). При этом на входе схемы 15 возникает сочетание

l}yg= Q9 = Q 6= 1 которому соответствует Qg5 О (igq ) . Одновременно 15 состояние сигналов на входах схемы

18 нарушается (Q > = О, О = 1), что приводит к изменению состояния ее выхода (}л9 1 (рл ). Сигнал }Л5= О вызь вает сброс Р5-триггера в исходное у0 состояние Q„„= 1 (tz ), 4 . = О (Ф ), что приводит к восстановлению исходных сигналов Q -= 1 Q4< 1. На

1ъ этОм процесс выключения триггера 10 завершается. Зыходное напряжение сиг- 25 нала Я„, равное Uo, напряжение U>g суммируются операционным усилителем

6: U< — — Uo + О, а сигнал ошибки

Й0 изменяет свою полярность

;фиг. 2)> вследствие чего электродви- 50 гатель 4 переходит в режим т";зможения и его частота вращения Я. снижается. Этот режим продолжается до тех пор, пока вследствие снижения частоты вращения электродвигателя 4 на интервале времени tg-й„л не возникнут подряд два перепада напряжения

О!1и (» 9, t<0 ), вследствие чего вступит в работу триггер 9, как это описано выше. Сигнал ошибки вновь изменит 40 свою полярность, и устройство перейдет в режим стабилизации частоты вращения, величина которой определяется сигналом N>. При увеличении (уменьшении) сигнала 14> частота импульсов 45 сигнала U è крутизна нарастания их напряжения возрастают (уменьшаются), вследствие чего увеличивается (уменьшается ) частота вращения.

Таким образом достигается регулирование частоты вращения электродвигателя в широком диапазоне.

79 8 ются триггеры 9 и 10 на входе схемы

14 в момент времени t возникает комбинация сигналов Q 9 — — Q = !} = 1

Ю Л7 вследствие чего изменяется состояние сигнала Q в момент времени

Q<+= О, что приводит к перебросу

Р. -триггера: Q<<= 1 qt4.), Q =. О

/ 1

Л6 и ,t ). На входе схемы 18 возникает комбинация Q9 = Q

6 лт как Я =- 1, на входе схемы 19 образуется сочетание Ол = Q = 1, которому отвечает равенство Q = О pter-ty).

Обнуление выхода схемы 19 приводит к сбросу триггера 14 в исходное состояние: Q 9 = 0 (t - te), ÷òî обусловливает возникновение на входе схемы

15 комбинации сигналов Q 9= Ол =

«Й7 — 1 и вследствие этого — переход фя е нуяееое состояние: Q := О

Л5 (tg ty что вызывает переброс

g9-триггера в исходное состояние (} — — 1, Q<®= О. Кроме того, в момент времени tg схема 18 переходит в состояние О = 1. Переброс R5 -триггера приводит к переходу схемы 19 в состояние Q >-- 1. На этом заканчивается переходный процесс, в результате которого оба триггера 9 и lO оказываются в исходном состоянии Qy =

= Q<<= О. Как и в предыдущем случае, длительность переходного процесса определяется частотными свойствами микросхем, и поэтому находится в пределах одной или нескольких микросекунд. На диаграммах Q 9 и Q формируются при укаэанных переключениях в виде коротких пиков, не влияющих на работу устройства. Итак, совпадение во времени фронтов импульсных сигналов на входах фазового дискриминатара не приводит к появлению сигналов на его выходе.

Рассмотрим режим одновременного скачка сигналов U >!! и 0 18от макси" мального значения до нуля, чему соот- 55 ветствует совпадение во времени С, задних фронтов импульсов Q> и Q < (фиг.4). Этими фронтами перебрасываТаким образом, переключение элементов. дискриминатора происходит последовательно во времени, что исключает появление сбоев при переключениях. Совпадение во вРемени сигналов на входах дискриминатора воспринимается

Формула изобретения

9 90 им как отсутствие этих сигналов.Все это обусловливает четкую работу устройства без сбоев, что повышает его надежность. Отсутствие ложных сигналов при совпадении фронтов входных сигналов исключает бросы частоты вращения электродвигателя и тем самым уменьшает время переходного процесса.

Устроиство для регулирования частоты вращения электродвигателя,содержащее входной преобразователь и датчик положения с формирователем угла. вращения вала электродвигателя, выходы которых соединены с первыми входами операционных усилителей и через формирователи сигналов - с входами двух триггеров фазового дискриминатора, выходы которых соединены с вторыми входами операционных усилителей, выходы которых через узел сравнения соединены с блоком регулирования напряжения, причем фазовый дискриминатор снабжен двумя парами схем совпадения, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности и увеличения быстродействия, 9779 10 в фазовый дискриминатор дополнительно введена третья пара схем совпадения, причем схемы совпадения второй пары соединены между собой по схеме

РЯ-триггера, прямые и инверсные выходы каждого из триггеров попарно подключены к входам соответственно первой и второй схем совпадения первой пары, прямой и инверсный выходы соот1О ветственно первого и второго триггеров связаны с входами соответственно первой и второй схем совпадения третьей пары, выходы первой пары схем совпадения соединены с входами

15 К триггера, один из выходов которого подключен к входам первой и второй схем совпадения соответственно третьей и первой пар, а второй выход - к входу первой схемы совпадения первой щ пары, выходы первой и второй схем совпадения третьей пары связаны с входами сброса соответственно второго и первого триггеров.

25 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 474891, кл. Н 02 Р 5/06, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР зо по заявке и 2475289/24-07, кл. Н 02 Р 5/0б, 1977 (прототип).

909779

Составитель Ю. Воробьев

Редактор А.Фролова Техред И.Гергель Корректор И.Демчик

Заказ 908/76 Тираж 719 Подписное

ВИИИПМ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, I-35 Рауаская наб., д. ч/5

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