Гаврилов П.Д.,Неверов А.А. Изучение свойств электропривода по системе ПЧ - АД, реализующего различные законы частотного управления

Подождите немного. Документ загружается.

сигнала на разных поддиапазонах, а резистор R23 – для устранения

неравномерности АЧХ генератора. Операционный усилитель имеет

встроенную защиту от короткого замыкания на выходе, поэтому ре-

зистор R18 необходим только для устранения влияния внешних це-

пей на работу генератора. Для стабилизации амплитуды колебаний в

цепь положительной обратной связи включены миниатюрные лампы

накаливания Н1–Н3. Так

, например, если по каким-нибудь причинам

увеличится амплитуда сигнала на выходе генератора, то увеличится и

ток через лампы накаливания Н1–Н3. Это приведет к их разогреву и

увеличению внутреннего сопротивления. При этом увеличится коэф-

фициент передачи в цепи положительной обратной связи, восстано-

вится баланс между ООС и ПОС, а следовательно,

и номинальное

напряжение на выходе генератора. Аналогично будет работать цепь

стабилизации и при уменьшении амплитуды выходного сигнала.

2.1.2. Принципиальная электрическая схема

цифрового датчика скорости

Для реализации закона поддержания абсолютного скольжения

= const) необходим датчик скорости вращения двигателя. В со-

временных системах автоматизированного электропривода с боль-

шими диапазонами регулирования скорости и высокими требования-

ми к ее стабилизации точность тахогенераторов может оказаться не-

достаточной. Для таких систем используются цифровые датчики ско-

рости (ЦДС). Функционально в ЦДС можно выделить две основные

части: импульсный преобразователь скорости

– датчик импульсов,

преобразующий угловую скорость вала в импульсы с частотой f, про-

порциональной скорости, и кодовый преобразователь – счетчик им-

пульсов, формирующий на интервале измерения Т цифровой код А

выходной величины датчика скорости.

Датчик импульсов выполнен на основе фотоэлектрического ко-

дового диска. По окружности диска расположены пропускающие

свет щели. Свет от источника через щель попадает на фотодиод BL1,

который при этом открыт и пропускает ток. Когда щель выходит из

луча света, фотодиод запирает цепь. Принципиальная электрическая

схема датчика импульсов приведена

на рис. 2.4.

+5B +5B

+5B

R24

R25

R23

DD1.1

VТ2

Рис. 2.4. Принципиальная электрическая схема

датчика импульсов

Микросхема DD1.1 (КР1533ЛА3) формирует прямоугольные

импульсы, которые подаются на базу транзистора VT2, где усилива-

ются до уровня логической единицы.

Непосредственно с датчика импульсов сигнал поступает на

цифровой счетчик импульсов, принципиальная схема которого пред-

ставлена на рис. 2.5. Он состоит из формирователя импульсов, соб-

ранного на микросхеме DD8, формирователя импульсов RESET

(DD2, DD3, DD4), цифровых счетчиков (DD5, DD6) и регистра

(DD7).

Сигнал с ЦДС поступает на формирователь импульсов, собран-

ный на микросхеме DD8, с выхода формирователя импульсы посту-

пают на вход счетчика импульсов, собранного на микросхемах DD5,

DD6. Сброс счетчиков осуществляется по положительному перепаду

импульса, подаваемого с мультивибратора, собранного на микросхе-

ме DD2. Цифровой код счетчика поступает на вход регистра DD7.

Импульс на тактирующий вход регистра

подается также от мульти-

вибратора DD2. Код пропорциональный скорости с выхода регистра

поступает в ЭВМ через устройство ввода-вывода для дальнейшей об-

работки.

R/C

C11

C12

C10

R25

R24

+5B

DD2.1

DD2.2

DD2.3

DD3.1

DD4.1

DD5.1

DD6.1

DD7.1

DD4.2

DD8.1

От датчика

импульсов

DD2- K155ЛА3

DD3- K155АГ3

DD4- K155ЛА3

DD5- K155ИЕ7

DD6- K155ИЕ7

DD7- K155ИР13

Dd8- K155АГ3

XР1

Рис. 2.5. Принципиальная электрическая схема

цифрового счетчика импульсов

2.2. Закон поддержания максимального )cos(ϕ

Закон поддержания максимального значения

)cos(ϕ

требует

сравнения показаний датчика угла сдвига фаз между векторами тока

и напряжения статора с предыдущим значением угла сдвига фаз.

Управляющее воздействие, возникающее при рассогласовании фак-

тического и максимального углов

, будет определяться текущими и

предельными значениями напряжения и частоты тока статора. При

этом наиболее предпочтительным является изменение напряжения,

так как варьирование частоты ведет к нежелательным изменениям

скорости, а значит, и производительности. Ограничение напряжения

производится по максимальному (номинальному) значению, так как

при его превышении двигатель переходит в режим насыщения, ха-

рактеризуемый

повышенными потерями в стали. Ограничение часто-

ты производится как «снизу» (потерями производительности), так и

«сверху». Алгоритм программы, реализующей закон поддержания

максимального значения

)cos(

, приведен на рис. 2.6.

Начало

Конец

Запоминание текущего

значения cos( )

Считывание датчика

cos( )

Да

Фактическое значение

Нет

Повышаем подводимое

напряжение

Да

cos( )

Уменьшение подводимого

напряжения

< Тeк.

Тeк.>

Остановка

программы

Нет

Да

Рис. 2.6. Алгоритм программы, реализующей

закон поддержания заданного

)cos(

2.2.1. Принципиальная электрическая схема датчика угла ϕ

Датчик предназначен для преобразования угла сдвига фаз меж-

ду векторами напряжения и тока (угла

) в параллельный цифровой

код. Чувствительными элементами датчика являются нуль органы,

собранные на оптронах U1, U2, которые вырабатывают импульс при

прохождении синусоиды тока или напряжения через ноль, причем

импульс соответствует положительной полуволне синусоиды. Но так

как форма тока и напряжения на выходе преобразователя не сину-

соидальная, то приходится ставить фильтры низких частот, собран-

ные на операционных усилителях DA5, DA6, которые выделяют пер-

вые гармоники тока и напряжения. Для увеличения мощности вы-

ходного сигнала на выходе фильтра ставятся усилительные каскады

на операционных усилителях DA4, DA8, DA7. Усиленный по мощно-

сти сигнал подается на оптроны. Сигнал с оптронов поступает на

усилительные каскады, собранные на транзисторах VT4, VT3, где

усиливается до уровня логической единицы

Принципиальная электрическая схема нуль органов представле-

на на рис. 2.7.

На рис. 2.7 обозначено:

- контакт 1 – вход сигнала по току;

- контакт 2 – вход сигнала по напряжению;

- контакт 3 – первая гармоника тока после фильтра;

- контакт 4 – первая гармоника напряжения после фильтра;

- контакт 5 – выход нуль органа по току;

- контакт 6 – выход нуль органа

по напряжению.

Сигнал с нуль органов подается в схему преобразования угла

сдвига фаз в цифровой код. Цифровой код угла образуется при по-

мощи счетчиков и регистра, которые начинают счет в момент прохо-

ждения напряжения через ноль и заканчивают счет в момент прохож-

дения тока через ноль. Таким образом, на выходе регистра

имеем зна-

чение цифрового кода, соответствующее текущему углу сдвига фаз

между током и напряжением. Схема имеет два канала цифровой об-

работки. Первый канал необходим для определения максимального

угла сдвига фаз в процессе работы, второй канал – для определения

численного значения угла сдвига фаз. Принципиальная электриче-

ская схема преобразования угла сдвига фаз

в цифровой код пред-

ставлена на рис. 2.8.

+15в

-15в

R28

R43

R42

R27

R40

R41

P29

P45R

-15в

R33

R38

R31

R36

R32

R37

R30

R35

R46

R47

P34

P39

C13

C15

C14

C16

+5в

R49

R48

R51

R50

R52

R53

Вход токового

сигнала

Вход сигнала

по напряжению

DА4 - DА8 - К544УД1

Выход

нуль органа

по току

Выход

нуль органа

по напряжению

Рис. 2.7- Принципиальная электрическая схема нуль органов

+5B

D5.1

DD16.1

DD22.1

+5B

R/C

C18

R55

+5B

DD19.1

DD14.1

DD14.2

DD14.3

DD15.1

DD21.1

DD15.2

DD21.2

DD15.3

DD21.3

C17

C19

R54

R56

DD20.1

DD20.2

DD18.1

DD23.1

DD17.1

DD24.1

DD14-К155ЛП5

DD14- КP1533ЛИ1

D14,D20,D21- КP1533ЛА3

D19 - КP1533АГ3

DD16,DD18,D22,DD23- КP1533ИЕ7

D17,D24- КP1533ИР23

XР2

XР3

Рис. 2.8. Принципиальная электрическая схема преобразования

угла сдвига фаз в цифровой код

2.3. Реализация микропроцессорного контроллера

Для обработки цифровой информации, поступающей с датчиков

абсолютного скольжения и угла сдвига фаз, в качестве устройства

ввода вывода информации применяется микропроцессорный кон-

троллер.

Контроллер интерфейса вставляется в системную плату ЭВМ и

поэтому плата, на которой он собирался, должна иметь стандартную

форму и размеры. Принципиальная электрическая схема контроллера

изображена на рис. 2.9. Рассмотрим подробно назначение элементов

этой схемы.

Прежде всего, нужно отметить, что разъем, при помощи которо-

го контроллер подключается к системной шине компьютера, конст-

руктивно

выглядит как печатные проводники, подведенные к краю

платы с двух сторон, т.е. является планарным разъемом. Этим разъе-

мом печатная плата контроллера вставляется в слот ISA, располо-

женный на материнской плате ЭВМ, окрашенный в черный цвет.

Шина данных компьютера подключается к плате интерфейса

через двунаправленный буферный усилитель DD1, который имеет

входы и

выходы с тремя состояниями (0, 1 и высокоимпедансное).

Это третье состояние используется для отключения платы контрол-

лера от системной шины компьютера в моменты времени, когда не

происходит программного обращения к портам контроллера.

Для определения момента обращения к плате контроллера ис-

пользуется дешифратор сигналов управления, представляющий из

себя логическое устройство, выделяющее из определенной логиче

ской комбинации на входах именно те, при которых происходит про-

граммное обращение к плате. Этими входными сигналами являются:

IOR-сигнал, говорящий о том, что процессор компьютера про-

изводит считывание из порта ввода-вывода;

IOW-сигнал, говорящий о том, что процессор компьютера про-

изводит запись в порт ввода-вывода;

RES-сигнал, по которому

производится аппаратный сброс ком-

пьютера и периферийных устройств;

AEN-сигнал, свидетельствующий о том, какое устройство (про-

цессор или контроллер прямого доступа к памяти) в данный момент

производит обращение к периферийному оборудованию;

RES

LD0

LD1

LD2

LD3

LD4

LD5

LD6

LD7

CS1

CS2

CS3

CS1

LA0

LA1

XS1

ЦЕПЬ

КОНТ.

бит данных 0

бит данных 1

бит данных 2

бит данных 3

бит данных 4

бит данных 5

бит данных 6

бит данных 7

выбор м/с 2

выбор м/с 3

выбор м/с 4

бит адреса 0

бит адреса 1

запись

чтение

сброс

Рис. 2.9. Принципиальная электрическая схема контролера

А0-А9-линии шины адреса, на которых устанавливается адрес

ячейки памяти или устройства ввода-вывода, к которому в данный

момент происходит обращение.

Сигналы IOR, IOW, RES, A0-A3 буферизируются микросхемой

DD6. Это нужно для того, чтобы увеличить малую нагрузочную спо-

собность шины управления компьютера.

Для выделения сигнала обращения к плате AS используются 6

старших линий адресной шины А4-А9 и сигнал AEN.

Для уточнения того, к какой именно из микросхем произошло

обращение процессора, используются сигналы шины адреса LA2-

LA3, которые поступают на дешифратор

. Для уточнения номера пор-

та в выбранной микросхеме используются два младших сигнала ши-

ны адреса LA0-LA1.

Распределение адресов портов микросхемы определено в

табл. 2.1.

Таблица 2.1

Распределение адресов портов микросхемы

Порт Адрес

DD1 Порт А 0300H

DD1 Порт В 0301H

DD1 Порт С 0302H

DD1 РУС* 0303H

DD1 Порт А 0304H

DD1 Порт В 0305H

DD1 Порт С 0306H

DD1 РУС* 0307H

*РУС – регистр управляющего слова.

Интерфейс ввода-вывода контроллера за счет применения мик-

росхемы адаптера параллельного интерфейса КР580ВВ55А является

параллельным.

Микросхема КР580ВВ55А

Микросхема КР580ВВ55А предназначена для параллельной пе-

редачи информации между микропроцессором и периферийными

устройствами и содержит три восьмиразрядных канала ввода/вывода

А, В, С.