Устройство для управления асинхронным двухфазным двигателем
1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВУХФАЗНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее диоднотранзисторный ключ переменного тока и схему управления, составленную из последова .тельно соединенных блока пилообразных напряжений, блока сравнения и блока гальванической развязки и усиления сигналов управления, отличающееся тем, что, с целью улучщения его массогабаритных показателей и расщирения функциональных возможностей путем обеспечения реверса асинхронного двухфазного, двигателя, диоднотранзисторный ключ соединен параллельно с одной из фазных обмоток статора, двигателя , в схему управления введены индикатор полярности входного сигнала, блок абсолютного значения входного сигнала и блок определения момента включения диоднотранзисторного ключа, а блок сравнения составлен из двух идентичных компараторов, первые входы которых образуют первый и второй входы блока сравнения , другие входы компараторов объединены и образуют третий вход блокз сравнения, а выходы компараторов образуют два выхода блока сравнения, генератор пилообразного напряжения с двумя выходами, подключенными к первому и второму входам блока сравнения , входы индикатора полярности входного сигнала и блока абсолютного значения входного сигнала подключены к датчику входногосигнала, а их выходы соединены соответственно с первым входом блока определения включения днодрю-транзисторного ключа н с третьим входом блока сравнения, два выхода которого соединены с вторым и третьим входами блока определения момента включения диодно-транзнсторного ключа, выход блока определения момента включения диодно-транзисторного ключа соединен с входом блока гальванической развязки и усиления сигналов управ ления диодно-транзисторным ключом. (Л 2. Устройство по п. I, отличающееся тем, цто блок определения момента включения с: диодно-транзисторного ключа выполнен ввиде двух инвертирующих элементов И-НЕ, одного элемента И и выходного элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом два входа первого инвертирующего элемента И-НЕ и первый вход элемента И сое.динены и образуют первый вход блока определения моа: мента включения диодно.-транзнсторного С5 ключа, второй и третий входы которого обю разованы соответственно вторым входом элемента И и первым входом второго инверел тирующего элемента И-НЕ, второй вход СП) которого соединен с выходом первого инвертирующего элемента И-НЕ, выходы элемента И и второго инвертирующего элемента И-НЕ соединены с двумя входами выходного элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
„,с;ц„„1166256
4 н 02 v 7/36
1ВР .".,; . 2 1;. %
1
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ ТИЙ (21) 3695699/24-07. (22) 19.01.84 (46) 07,07.85. Бюл. № 25 (72) В. И. Хрисанов (71) Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени институт точной механики и оптики . (53) 621.313.333.072.9 (088.8) ,(56) 1. Коссов О. А. Усилители мощности на, транзисторах в режиме переключений.
М„«Энергия», 1971, с. 247 — 255.
2. Авторское свидетельство СССР № 646409, кл. Н 02 P 7/36, 1977. (54) (57) l. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВУХФАЗ-
НЪ|М ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее диоднотранзисторный ключ переменного тока и схему управления, составленную из последова.тельно соединенных блока пилообразных напряжений, блока сравнения и блока гальванической развязки и усиления сигналов управления, отличающееся тем, что, с целью улучшения его массогабаритных показате- лей и расширения функциональных возможностей. путем обеспечения реверса асинхронного двухфазного двигателя, диодно-транзисторный ключ соединен параллельно с одной из фазных обмоток статора двигателя, в схему управления введены индикатор полярности входного сигнала, блок абсолютного значения входного сигнала и блок определения момента включения диоднотранзисторного ключа, а блок сравнения составлен из двух идентичных компараторов, первые входы которых образуют первый и второй входы блока сравнения, другие входы компараторов объединены и образуют третий вход блока сравнения, а выходы компараторов образуют два выхода блока сравнения, генератор пилообразного напряжения с двумя выходами, подключенными к первому и второму входам блока сравнения, входы индикатора полярности входного сигнала и блока абсолютного значения входного сигнала подключены к датчику входного сигнала, а их выходы соединены соответственно с первым входом блока определения момента включения диодно-транзисторного ключа и с третьим входом блока сравнения, два выхода которого соединены с вторым и третьим входами блока определения момента включения диодно-транзисторного ключа, выход блока определения момента включения диодно-транзисторного ключа соединен с входом блока гальванической развязки и усиления сигналов управления диодно-транзисторным ключом
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок определения момента включения диодно-транзисторного ключа выполнен в виде двух инвертирующих элементов И-НЕ, одного элемента И и выходного элемента
ИСКЛ1ОЧАЮ|ЦЕЕ ИЛИ, при этом два входа первого инвертирующего элемента И-НЕ и первый вход элемента И соединены и образуют первый вход блока определения момента включения диодно-транзисторного ключа, второй и третий входы которого образованы соответственно вторым входом элемента И и первым входом второго инвсртирующего элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом первого ипвертирующего элемента И-НЕ, выходы элемента И и второго инвертирующего элемента
И-НЕ соединены с двумя входами выходиого элемента ИСКЛЮЧА10ЩЕЕ ИЛИ.
1166256 зом, 1
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромашинных системах автоматики.
Цель изобретения — улучшение массо. габаритных показателей и расширение функ. циональных возможностей -путем обеспечения реверса двигателя.
На фиг. 1 и 2 представлена электрическая схема устройства управления асинхронным двухфазным двигателем; на фиг. 3 таблица с алгоритмом переключения диодно-транзисторного ключа при прямом (верхние обозначения включенного В или запертого 3 состояний транзисторов) и обратном (нижние обозначения) вращении ротора асинхронного. двигателя; на фиг. 4— временные диаграммы, поясняющие работу устройства.
Устройство для управления асинхронным двухфазным двигателем содержит блок
1 пилообразных напряжений, синхронизированных с частотой напряжения питания, блок 2 абсолютного значения входного сигнала и индикатор 3 полярности входного сигнала, которые входами подключены к датчику входного сигнала, блок 4 сравнения, соединенный первым и вторым входами .с выходами блока пилообразных напряжений, а третий вход соединен с выходом блока 2 абсолютного. значения входного сигнала. Два выхода блока сравнения соединены со вторым и третьим входами блока 5 oII" ределения момента включения диодно-транзисторного ключа, первый вход которого соединен с выходом.индикатора 3 полярности входного сигнала, а выход подключен к входу блока 6 гальванической развязки и усиления сигналов управления диодно-транзисторным ключом 7, который подключен параллельно обмотке 8 двухфазного электродвигателя 9, имеющего вторую обмотку.!0.
Блок определения момента включения диодно-транзисторного ключа содержит два инвертируюших элемента И-HE 11 и 12, один элемент И 13 и выходной элемент ИСКЛЮЧА10ЩЕЕ ИЛИ 14; прн этом два входа первого инвертирующего элемента
И-HE и первый вход элемента И 13 соединены между собой, образуя первый вход блока определения момента включения диодно-транзисторного ключа, второй и третин входы которого являются соответственно вторым входом элемента И 13 и первым входом второго инвертируюшего элемента
И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом первого инвертируюшего элемента
И-1-!Е 11, выходы элемента И 13 и второго инвертируюшего элемента И.-НЕ 12 соединены с двумя входами выходного элемента
ИСКЛ10ЧА10ШИЕ ИЛИ 14.
Блок 4 сравнения состоит из двух идентичных компараторов 15 и 16, два входа которых объединены и образуют вход блока сравнения, а оставшиеся свободные входы подключены к двум выходам |енератора 1 пилообразных напряжений.
Устройство работает следуюшим обра5
При отсутствии входного сигнала (1)вх=
=О) на выходе индикатора 3 полярности формируется сигнал логического нуля, нуле вой сигнал присутствует и на выходе блока
2 абсолютного значения входного сигнала.
В результате на выходе блока 4 сравнения получают два напряжения со скважностью, равной единице. Эти два напряжения и сигнал логичЕского нуля поступают на входы блока 5 определения момента включения диодно-транзисторного ключа, на выходе которого формируется сигнал«0» Последний после прохождения оптронной пары блока 6 инвертируется и отпирает транзистор усиления сигналов. В результате на диодно-транзисторный ключ 7 подается отрицательное
20 (запираюшее) напряжение смещения. Ключ
7 заперт и статорные обмотки 8 и 10 двигателя 9 включены последовательно с источником переменного напряжения UII. Поскольку напряжения (токи) cTBTopHblx обмоток совпадают по фазе, то в двигателе при нулевом входном сигнале возникает пульсирующее магнитное поле, обеспечиваюшее эффективное динамическое торможение ротора.
При наличии входного сигнала положительной полярности (!.1в )0) на выходе блока 3 индикации полярности входного сигнала формируется сигнал «1», а на выходе блока 4 сравнения формируются два прямоугольных напряжения Up u Up (фиг. 4), смешенных по фазе в соответствии с опор(lI ными напряжениями UI u UI и имеюших одинаковую скважность, определяемую уровнем входного сигнала UIIr,. В интервале
0M - (4(фиг. 4) на первый и третий„входы блока 5 поступают сигналы U3 и Ш, равные «1», а на второй вход — сигнал U<, 40 равный «О». В результате работы блока 5 на его выходе присутствует сигнал «1», который после прохождения бЛока G включает диодно-транзисторный ключ 7. В рассматриваемом интервале времени (0<(I(t«.(II,) статорная обмотка 8 замкнута накоротко, а к обмотке 10 прикладывается напряжение питания (фиг. 4). В интервале времени сс,«М адна все три входа блока поступают сигналы «1», образуя на его выходе сигнал, равный «О». Прн этом ключ 7 заперт, а к
g0 последовательно включенным обмоткам 8 и 10 прикладывается напряжение питания
UII. В интервале времени а«<м1(й на первый и второй входы блока 5 поступают сигналы
«1», а на третий вход — сигнал «О». В результате работы блока 5 на его выходе присутствует сигнал »О», что обеспечивает запирание ключа 7. В течение следуюшей полуволны напряжения питания процессы в устроястве управления повторяются и в об1166256 мотках 8 и 10 формируются отрицательные импульсы. статорного напряжения. Значения статорных напряжений и угол фазового сдвига первых гармонических составляющих зависят от скважности выходного сигнала блока 4 сравнения.
С увеличением абсолютного значения входного сигнала от нуля до максимума увеличивается угол фазового сдвига первых гармонических составляющих статорных напряжений (токов) соответственно от нуля 10 до предельного значения, близкого к 90 .
При этом вращающий электромагнитный момент асинхронного двигателя также возрастает от 0 до максимального значения.
С целью повышения выходной мощности двигателя рекомендуется в устройстве ис- . пользовать несимметричный асинхронный двигатель, статорные обмотки которого имеют неодинаковое число витков. Подключая параллельно диодно-транзисторномуключу статорную обмотку с большим числом витков, удается повысить намагничивающую силу по оси этой обмотки и приблизить эту намагниичивающую силу по своему значению к намагничивающей силе, действующей по оси другой статорной обмотки двигателя. В, этом случае вращающееся магнитное поле асинхронного двигателя имеет меньшую эллиптичность, обеспечивая повышение выходной механической мощности двигателя. Происходящее при этом перераспределение значений напряжений U и
Uio (штриховые кривые на фиг. 4) увеличивает угол фазового сдвига между первыми гармониками напряжений, приближая его к 90 при максимальном входном сигнале .(т.е. при << j ).
Предлагаемое устройство обеспечивает 3 реверсивное управление асинхронного двигателя. При изменении полярности входного сигнала в интервале времени 0<®t«<>ia первый и второй входы блока 5 поступают сигналы «О», а на третий вход — сигнал «1».
На выходе блока 5 получаем сигнал «О», который имеет место и на интервале 4<Ф«ь
Ключ 7 заперт, и напряжение питания Un на интервале времени 0 4Ч« перераспределяется между статорными обмотками.
На интервале времени i«et< Х на первый и третий входы блока 5 поступают сигналы
«О», а на второй — сигнал «1». На выходе блока 5 появляется сигнал «I», обеспечивающий в рассматриваемом интервале времени ( Предлагаемое устройство позволяет с помощью одного силового элемента (диолно-транзисторного ключа) .обеспечить плавное регулирование скорости вращения асинхронного двигателя как в прямом, так и в обратном направлениях, а также обеспечить эффективное динамическое торможение. За счет исключения из схемы фазосдвнгающего конденсатора и доведения до минимально возможного числа силовых элементов удается значительно сократить массу и габариты аппаратуры управления. К другому положительному свойству устройства относится его высокая схемная надежность, выражающаяся в том, что независимо от состояния,диодно-транзисторного ключа в силовой схеме устройства никогда не возникает аварийный режим сквозного короткого замыкания. Выход из строя ключа или его ложное срабатывание вызывает лишь торможение асинхронного двигателя. 1166256 1 66256 1166256 Иг . и о 1$ Составитель В. Тарасов Редактор О: Бугир Техред И. Верес Корректор А. Обручар За к аз 4320/51 Тираж 646 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР ио делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4
