Устройство для управления четырехфазным двигателем переменного тока

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЧЕТЫРЕХФАЗНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА по авт. св. № 886182, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения {очности и помехоустойчивости ,в него введены резистор, источник опорного напряжения, компаратор и ключ, подключенный параллельно конденсатору двухвходового интегратора , управляющий вход ключа соединен с выходом компаратора, первый вход которого подключен к входу переключателя на инвертирующем входе интегратора , второй вход подключен к источнику опорного наряжения, a выход усилителя с изменением скака коэффициента передачи соединен с не инвертирующим входом этого усилителя через резистор.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECflVSfNH ае (и) 4(51) Н 02 P 7/62

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

1 10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTKPblTMA (61) 886182 (21) 3619869/24-07 (22) 11.07.83 (46) 07.02.85.Бкл. 9 5 (72) М.Н.Глазов (53) 621.313.13/133.3-525(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 886182, кл. Н 02 Р 7/62, 1980. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ЧЕТЫРЕХФАЗНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА по авт. св. Ф 886182, о т л ич а ю щ .е е с я тем, что, с целью

° повышения Фочности и помехоустойчиности,в него введены резистор, источник опорного напряжения, компаратор и ключ, подключенный параллельно конденсатору двухвходового интегратора, управляюший вход ключа соединен с выходом компаратора, первый вход которого подключен к входу переключателя на инвертирующем входе интегратора, второй вход подключен к источнику опорного напряжения, а выход усилителя с изменением -нака коэффициента передачи соединен с не инвертирующим входом этого усилителя через резистор.

1 11389

Изобретение относится к электротехнике, а.именно к управлению шаговыми двигателями,и может быть исполь зовано в системах автоматического управления различными технологически- 5 ми процессами, где требуется широкий диапазон регулирования скорости исполнительных механизмов.

По основному авт. св. У 886182 известно устройство для управления четырехфазным двигателем переменного тока, содержащее четыре усилителя мощности, двухвходовый интегратор, репейный элемент, усилитель с изменением знака коэффициента передачи, операционный усилитель с диодным ключом и резистивным делителем в обратной связи, транзисторный ключ и инвертор, причем транзисторный ключ соединяет вход устройства с выходом 20 диодного ключа, цепь обратной связи усилителя выполнена из двух резисторов, включенных последовательно с диодом, общая точка резисторов соединена с неинвертирующим входом интег-. 25 ратора, а транзистор инвертора, управляющий переключателем, подключен к выходу диодного ключа (1) .

Недостатком известного устройства ЗО является низкая помехоустойчивость при малых входных сигналах. Когда входное напряжение близко к нулю сигнал помехи может вызывать скачкообразные изменения напряжения на выходе операционного усилителя с циодным

3s ключом, поскольку при одной полярности сигнала обратная связь через диод разрывается и операционный усилитель .имеет очень высокий коэффициент усиления. Это приводит к коммутации с частотой помехи транзисторного ключа на входе усилителя с изменением знака коэффициента передачи.

Кроме того, нри отключении входно-4"

ro сигнала выходное напряжение интегратора изменяется из-за смещения нуля операционного усилителя. Поэтому после снятия входного сигнала может произойти переключение релейного эле-5О мента или релейного элемента и усили теля с изменением коэффициента передачи (в зависимости от момента сня- тия входного сигнала). В результате после снятия входного сигнала двига- >5 тель может делать один или два лишних шага. Это снижает точность системы управления.

8 2

Целью изобретения является повышение точности и помехоустойчивости устройства управления.

Поставленная цель достигается тем. что в устройство для управления четырехфазным двигателем переменного тока, содержащее четыре усилителя мощности, двувходовый интегратор, репейный элемент, усилитель с изменением знака коэффициента передачи, операционный усилитель с диодным ключом и резистивным делителем в обратной связи, транзисторный ключ и инвертор, причем транзисторный ключ соединяет вход устройства с выходом диодного ключа, цепь обратной связи выполнены из двух резисторов, включенных последовательно с диодом, общая точка резисторов соединена с неинвертирующим входом интегратора, а транзистор инвертора, управляющий переключателем, подключен к выходу диодного ключа, введены резистор, источник опорного напряжения, компаратор и ключ, подключенный параллельно конденсатору двувходового интегратора, управляющий вход ключа соединен с выходом компаратора, первый вход которого подключен к входу переключателя на инвертирующем входе интегратора, второй вход подключен к источнику опорного напряжения, а выход усилителя с изменением знака коэффициента передачи соединен с неинвертирующим входом этого усилителя через резистор.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит (фиг. 1) усипители 1-4 мощности инверторы 5 и 6, регулируемый источник 7 напряжения (тока) в обмотках двигателя с входом

8 уставки и входом 9 обратной связи, двувходовый интегратор 10 с интегрирующим конденсатором 11 и входным резистором 12, переключатель 13 на

ИОП-транзисторах 14 и 15, релейный элемент 16, усилитель 17 с изменением знака коэффициента передачи, построенный на операционном усилителе 18 с входными резисторами 19-22, диодным ограничителем 23, 24 и транзисторным ключом 25 на инвертирующем входе. Блок 26 выделения модуля входного сигнала U выполнен на операционном усилителе 27 с входным резистором 28, резисторами 29 и 30 и диод1138918 м-0,5Ч л 0,51 gx

l = Э

3 ным ключом 31 в основной обратной, связи, диодом 32 и стабилитроном 33 в дополнительной обратной связи и

МОП-транзисторном ключе 34. Выход блока 26 выделения модуля подключен к входу переключателя 13 и входу 8 уставки регулируемого источника:. В состав устройства также входит инвертор 35 Hà MOII-транзисторе 36, цепь управления которого подключена к вы- 10 ходу релейного элемента 16, соединенному с одним из входов управления переключателя 13, другой вход управления которого соединен с выходом инвертора 35, компаратор 37 на опера- 15 ционном усилителе 38, первый вход 39 которого подключен к выходу блока 26, а второй вход 40 соединен с источником опорного напряжения V0, и ключ 41 на МОП-транзисторе, подключенный параллельно конденсатору 11 двухвходового интегратора 10, причем управляющий вход ключа 41 соединен с выходом компаратора 37. Кроме того, усилитель

17 с изменением знака коэффициента 25 передачи охвачен положительной обратной связью через резистор 42, соединяющий его выход с неинвертирующнм входом операционного усилителя 18.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии входного сигнала (V =О) компаâx ратор. 37 под действием опорного напряжения о устанавливается в положе- 5 ние, при котором ключ 41 замкнут и выходное напряжение интегратора 10 равно нулю. Релейный элемент 16 находится в одном из устойчивых состояний, а потому одна из нечетных обмоток двигателя (ф или М ) подключена к источнику 7. Благодаря введенной положительной обратной связи, охватывающей усилитель 18 (резистор

42), последний работает в,релейном режиме и находится в состоянии положительного или отрицательного насыщения. Поэтому одна из четных обмоток (У1 или 5>>) двигателя также подключена к регулируемому источнику ?. Ха-SO ким образом, при нулевом входном сигнале две из четырех обмоток двигателя находятся!пад током, а две другие обесточены и двигатель заторможен.

При этом таки в обмотках двигателя И задаются начальной уставкой V„, поскольку напряжение на выходе блока 26 выделения модуля равно нулю (V<=0).

При подаче положительного входного сигнала (Чь„ О) операционный усилитель 27 блока 26 переходит в режим ограничения и на его выходе возникает отрицательное напряжение, определяемое напряжением стабилитрона 33.

Это напряжение смещает диод 31 в непроводящем направлении и одновременно открывает МОП-транзисторный ключ

34, через который входное напряжение

V>x ïoñòóïàåò на выход блока 26 выделения модуля, в результате чего

Ч„ =Ч, „. Если Ч р Ч„, операционный усилитель 38 переходит в состояние положительного насыщения, при котором ключ 41 на МОП-транзисторе размыкается и в устройстве возникают автоколебания, обеспечивающие коммутацию обмоток двигателя в последовательности

1 t- N y Iн ю н f

Э Э Ф 3

Действительно, пусть в исходном состоянии релейный элемент 16 и усилитель 17 находятся в состоянии положительного насыщения, что соответствует подключению обмоток W -W к исх точнику 7. Под действием положительного напряжения V < на выходе релейного элемента 16,транзистор 15 переключателя 13 закрыт, а транзистор

14 открыт (транзистор 14 открывается выходным напряжением инвертора 35, транзистор 36 которого закрыт положительным напряжением U1 ) . Через открытый транзистор. 14 выходное напряжение Уу блока 26 выделения модуля подключается к резистору 12 на инвертирующем входе интегратора 10. К неинвертирующему входу интегратора

10 приложено напряжение с делителя на резисторах 29 и 30 в обратной связи операционного усилителя 27. При равенстве сопротивлений резисторов

29 и 30 на неынвертирующем входе нн» тегратора 10 действует напряжение

Y) =0,5Y<. Поэтому конденсатор 11 saряжается током где К вЂ” сопротивление резистора 12.

Заряд конденсатора 11 продолжает- ся до тех пор, пока отрицательное выходное напряжение интегратора (Ч на фиг. 2) не достигнет порога переключения У< релейного элемента 16.

После этого последний переходит в состояние отрицательного насыщения, 1138918 вследствие чего транзистор 15 замыкается, а транзистор 14 размыкается.

При этом конденсатор 11 интегратора . 10 перезаряжается под действием поло жительного напряжения $g . Перезаряд 5 конденсатора происходит под действи05 ) ьк

° ем тока — и продолжа ется до я„, .I 10 тех пор, пока положительное напряжение У интегратора. 10 Не достигнет

У1 второго порога переключения У релейного элемента 16 (фиг.2). После переключения релейного элемента 16 процесс повторяется. При равенстве токов (il-=i ) и порогов переключений (V =(V j ) интервалы времени, в течение которых напряжение интегратора

Ун изменяется от It < до У< и от ttg до одинаковы. При этом возникают

Э симметричиые колебания. Частота колебаний Г прямопропорциональн4 напряжению Ч „

1vsx3

1= — — — — р (V„+Ii 1 I Р„, С где G — емкость конденсатора 11.

Из временных диаграмм (фиг. 2) следует, что напряжение У@ отстает ЗО от напряжения Vt„на четверть периода. — Выходное напряжение Ч о усилителя 17 при надлежащем выборе сопротивления резистора 42 (при достаточно узкой петле гистереэиса релейного элемента 3S на операционном усилителе 18) в замк нутом транзисторе 25, что соответствует положительному напряжению У><, совпадает по фазе с напряжением интс гратора У14, поскольку „поступает 40 на .неинвертирующий вход операционно.

ro усилителя 18. В результате напряжение )I опережаат /I> на четверть ф периода и обмотки двигателя ком«утин руются в погчедсвательности W -И, 45

w -wI", wI -ы", w "-и", Г-ы, w то В

Л ° Ф

При отрицательном напряжении У з работа устройства происходит аналогичным образом с той лишь разницей, 5о что ключ 25 усилителя 17 находится в разомкнутом состоянии и коммутация обмоток двигателя происходит в обратной последовательности. Действитель- но, при VII>.< О на выходе усилителя 27.

55 возникает положительное напряжение, которое открывает диод 32, и операционный усилитель 27 охватывается отрицательной обратной связью через резисторы 29 .и ЭО. Одновременно напряжение 1 закрывает ключ 34 на МОП1 транзисторе, поэтому выходное напряжение Qtt блока 26 выделения модуля определяется выражением

1 4з зо

VM- — VS р X где к, R u R — сопротивления ре. 7 29 3II зисторов 28 — 30.

При К В +К о напряжение Ч V>„=)VItt l т.е. на выходе блока 26 при отрица= тельном напряжении V „формируется положительное напряжение равное по абсолютной величинеЧ .

Поскольку Vtt не зависит от знака It It, работа двухвходового интегратора lO с релейным элементом 16 и переключателем 13 происходит точно так же, как и при положительном напряжении

VSA °

Отличие состоит в работе усилителя 17. При Ve„ 0 положительное выходное напряжение У операционного усилителя 27 закрывает транзисторный ключ 25 на инвертирующем входе опера-, цион-:.ого усилителя 18. Вследствие это го напряжение интегратора f постуtI пает на оба входа операционного усилителя 18 и доминирует на инвертирую.щем входе этого усилителя, так как на неинвертирующем входе оно ослабляется делителем на резисторах 22 и 20.

В результате при Ч „< 0 усилитель l7 инвертирует выходное напряжение интег. ратора У> и напряжение У<<отстает от напряжения.Vt6 на четверть периода .

В этом случае обмотки двигателя коммутируются в последовательности

Wi-ФХ, НИ-WÈt, Wн!-WВ, W1У-И1, WД-WИ, что соответствует изменению направления вращения двигателя.

Таким образом, при наличии входного напряжения, превышающаго по абсолютной величине опорное напряжение устройство переходит в режим колебаний, обесгечнвая коммутацию обмоток двигателя с частотой, прямопропорциональной абсолютной величине входного напряжения, и в последовательности, определяемой его знаком, Рассмотрим работу устройства при снятии входного сигнала. Как только входное напряжение Уз становится меньше Ilî происходит замыкание ключа 41.

Выходное напряжение интегратора 10 практически скачком принимает значе11389 ние, близкое к нулю (момент времени на фиг. 2). Благодаря положительной обратной связи, введенной в усилитель 17 через резистор 42, этот . усилитель работает в релейном режиме и напряжение "щ на выходе усилителя 17 остается неизменным. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы остаточное напряжение на выходе ин тегратора 10 при замкнутом ключе 41 10 лежало в пределах ширины петли гистерезиса релейного усилителя 17.

Очевидно, что релейный элемент 16 также сохраняет свое состояние при скачкообразном изменении выходного 15 напряжения интегратора 10 ло нуля.

Следовательно, при отключении Чз» об,мотки двигателя, находящиеся под током, остаются во включенном состоянии, в то время, как обесточенные об- 20 мотки остаются отключенными. В ре18 8 зультате при отключении входного сигнала ротор двигателя фиксируется в заданном положении и лишние шаги, обусловленные дрейфом нуля интегратора исключаются.

При наличии помех и малых входных сигналов (04 }Ч „„) c Ч ) устройство сохраняет работоспособность за счет того, что компаратор 37 удерживает ключ 41 в замкнутом состоянии и.выходное напряжение Чп интегратора 10 практически равно нулю. Поэтому независимо от состояния транзисторного ключа 25, который может коммутиро" ваться под действием помехи за счет изменения выходного напряжения 7 усилителя 27, выходное напряжение 71 уси лителя 18 сохраняется неизменным (остаточное напряжение интегратора лежит в зоне гистерезиса статической характеристики усилителя 18).

1138918

ri

Ке

Составитель З.Горник

Редактор О.Врковецкая Техред С.Легеза Корректор 0,Тигор

Заказ 10703/43 Тираж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета, СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал . ППП " Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4