Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматике. Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей. Устройство содержит двзпсфазный асинхронный двигатель (АД), импульсный преобразователь, схему управления, выполненную на блоке S пилообразных напряжений, блоке 9 сравнения, блоке 10 формирования абсолютного значения входного сигнала. В схему управления введены индикатор 11 полярности входного сигнала, блок логических операций и блок гальванической развязки и усиления сигнала управления. Управление АД основано на широтно-импульсном формировании напряжений в фазных обмотках статора АД при помощи щирото $ (Л го 4 00 о to 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 Н 02 Р 7/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BT0PCH0IVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

%NBA|I(. . ;, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3681424/24-07 (22) 28. 12.83 (46) 30.07.86. Вюл. и 28 (71) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени. институт точной механики и оптики (72) В.И.Хрисанов и С.А.Белов (53) 621.313.333(088.8) (56) Коссов О.А. Усилители мощности на транзисторах в режиме переключений. М.: Энергия. 1971, с. 247-255, рис. 10-8.

Патент ФРГ Ф 2525301,, кл. Н 02 P 7/48, 1976.

Алексеенко А.Г. Применение прецизионных аналоговых интегральных микросхем, N.: Советское радио. 1980, с. 10-11, 18-19, 78-80, 105-106, рис. 1, 3, 1.80 3.4, 3.6.

„„Я0„„1248023 А 1 (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматике. Цель изобретения — улучшение массогабаритных показателей.

Устройство содержит двухфазный асинхронный двигатель (АД), импульсный преобразователь, схему управления, выполненную на блоке 8 пилообразных напряжений, блоке 9 сравнения, блоке

10 формирования абсолютного значения входного сигнала. В схему управления введены индикатор 11 полярности входного сигнала, блок логических операций и блок гальванической развязки и усиления сигнала управления. Управление АД основано на широтно-импульсном формировании напряжений в фазных обмотках статора АД при помощи широт1248023

35 но-импульсной четвертьволновой модуляции синусоидельного напряжения питания. В устройстве эа счет исключения фазосдвигающего конденсатора удается снизить габариты аппаратуры управления при одновременном повышении жестИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромашиных счетных системах автоматики.

Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей.

На фиг. 1 представлена силовая схема электропривода переменного тока на фиг. 2 и 3 — блоки схемы уп- равления; на фиг. 4 — таблица с 10 алгоритмом переключения диодно-транзисторных ключей. импульсного полупроводникового преобразователя; на фиг. 5 — диаграммы напряжений в блоках электропривода. 15

Электропривод переменного тока (фиг. 1) содержит двухфазный асинхронный электродвигатель 1 с двумя обмотками 2 и 3, импульсный полупроводниковый преобразователь 4, состав- 20 ленный из двух соединенных последовательно и снабженных выводами для подключения однофазной питающей сети диодно-транзисторных ключей 5 и 6, параллельно каждому из которых под- 25 ключена соответствующая фазная обмотка синхронного электродвигателя 1, схему 7 управления, два выхода которой подключены к управляющим входам диодно-транзисторных ключей 5 и 6. 30

Схема 7 управления (фиг. 2) состоит из соединенных последовательно блока 8 пилообразных напряжений и блока 9 сравнения, блока 10 формирования абсолютного значения входного сигнала, индикатора 11 полярности входного сигнала, блока 12 логических операций и блока 13 гальванической развязки и усиления сигнала управления, при этом входы блока 10 форми- 40 рования абсолютного значения входного сигнала и индикатора 11 полярности входного сигнала объединены и снабжены выводом для подключения кости механических и линейности регулировочных характеристик двигателя °

Это увеличивает быстродействие прецизионных приборов и точность автоматического регулирования

5 ил. датчика входного сигнала, вход блока

10 формирования абсолютного значения входного сигнала подключен к двум другим входам блока 9 сравнения, вход блока 8 пилообразньм напряжений снабжен выводами для подключения ", однофазной питающей сети, третий, второй и первый входы блока 12 логических операций подключены соответственно к выходу индикатора 1 1 полярности входного сигнала и к двум выходам блока 9 сравнения, выходы блока 12 логических операций подключены к двум входам блока 13 гальванической развязки и усиления сигнала управления.

Блок 12 логических операций (фиг. 3) состоит из четырех двухвходовых логических элементов И 14-17, четырех двухвходовых логических элементов И-НЕ 18-21, двух двухвходовых элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22 и 23, одни входы первьм логических элементов И 14 и И-НЕ 18 объединены и образуют первый вход блока 12 логических операций, одни входы вторых логических элементов И 15 и

И-НЕ 19 объединены и образуют второй вход блока 12 логических операций, другие входы первого и второго логических элементов И 14 и 15 и два входа третьего логического элемента

И-НЕ 20 объединены и образуют третий вход блока 12 логических операций, выход третьего логического элемента

И-HE 20 подключен к другим входам

1 первого и второго логических элемен- тов И вЂ” НЕ 18 и 19, вьмод второго логического элемента И 15 подключен к одному входу первого логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22, другой вход которого подключен к вьходу первого логического элемента И-НЕ 18, выход первого логического элемента

1248023 4

И 14 подключен к одному входу второго . логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

23, другой вход которого подключен к выходу второго логического элемента

И-НЕ 19, выходы первого и второго ло- 5 гических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22 и 23 подключены к входам четвертого логического элемента И-НЕ 21 и к одним входам третьего и четвертого логический элементов И 16 и 17, другие входы которых подключены к выходу четвертого логического элемента И-НЕ 21, выходы третьего и четвертого логических элементов И 16 и 17 образуют выходы блока 12 логических операций.

На фиг. 5 обозначены диаграмма 24 напряжения входного сигнала; выходные напряжения 25 и 26 блока 8 пилообразных напряжений; выходные напряжения

27-28 блока сравнения; напряжения 29 0 и 30 на выходах блока 12 логических операций; напряжения 3 1 и 32 на выходах блока 13 гальванической развязки и усиления сигналов управления, напряжения 33 и 34 на фазных обмотках2

2 и 3 асинхронного электродвигателя.

Блок 8 пилообразных напряжений включает в себя входной операционный усилитель (ОУ), преобразующий синусоидальное напряжение в прямоугольноеЗ0 той же частоты. Ограниченный по амплитуде сигнал с ОУ поступает на входы двух интеграторов со сбросом, выполненных на двух ОУ и полевых транзисторах. Выходы интеграторов соеди- 35 иены с двумя инверторами для получения двух пилообразных напряжений 25 и 26 (фиг. 5) .

Блок 10 формирования абсолютного значения входного сигнала (фиг. 2) 4р выполнен на операционном усилителе и реализует функцию U, 1U „! при наличии общей точки с другими блоками схему управления.

Индикатор 11 полярности входного 45 сигнала выполнен на операционном усилителе, выход которого через ограничитель уровня сигнала соединен с первым входом блока 12 логических операций. 50

Блок 9,сравнения состоит из двух одинаковых схем. На инвертирующие входы операционных усилителей подается напряжение с блока 10, а на неинвертирующие входы — опорные нап- Sg ряжения 25 и 26 (фиг. 5). В результате сложения входных сигналов на выходе блока 9 формируются прямоугольные импульсы положительной полярности

27 и 28 (фиг. 5), скважность которых пропорциональна значению входного сигнала.

Блок 12 логических операций выполнен на интегральных микросхемах ТТЛ-логики и обеспечивает распределение последовательности прямоугольных импульсов по двум каналам управления силовыми диодно-транзисторными ключами 5 и 6 в соответствии со знаком и значением входного сигнала и защиту от сквозных коротких замыканий цепи преобразователя 4 в случае превышения максимально допустимого уровня входного сигнала.

Блок 13 гальванической развязки и усиления сигналов управления состоит из двух одинаковых частей, каждая из которых включает в себя входную оптронную пару и ключевой усилитель на одном транзисторе. Для активного эапирания силовых транзисторов им-. пульсного преобразователя 4 с помощью диодно-резистивных цепочек осуществ,ляется автоматическое смещение выходных напряжений 3 1 и 32.

Управление реверсивным асинхронным электродвигателем 1 от источника однофазного переменного напряжения основано на широтно-импульсном формировании напряжений в фазных обмотках 2 и 3 статора электродвигателя 1.

Поскольку фазосдвигающий конденсатор при этом не используется, то необходимый для нормальной работы двигателя

1 угол фазового сдвига между напряжениями (токами) обмоток 2 и 3 статора создается при помощи широтно-импульсной четвертьволновой модуляции синусоидального напряжения питания.

Злектропривод работает следующим образом.

При отсутствии входного сигнала (Н „ = О) на выходе индикатора 11 полярности входного сигнала формируется сигнал "0", нулевой сигнал будет и на выходе блока 10 формирования абсолютного значения входного сигнала. В результате на выходе блока 9 сравнения формируются два напряжения со сважностью, равной единице.

Эти два напряжения и сигнал "0" поступают на входы блока 12 логических операций. На выходе блока 12 формируются сигналы "0", которые после прохождения оптронных пар блока 13 гальванической развязки и усиления

1248023 инвертируются и отпирают транзисторы усилителей импульсов. В результате на диодно-транзисторные ключи 5 и 6 пода. ется отрицательное (запирающее) 5 напряжение смещения ° Ключи 5 и 6 запираются и статорные обмотки 2 и 3 двигателя 1 подключаются последовательно к питающей сети. Поскольку напряжения (токи) статорных обмоток

2 и 3 совпадают по фазе, то в двигателе 1 при нулевом входном сигнале и возникает пульсирующее магнитное поле, обеспечивающее эффективное динамическое торможение ротора.

При наличии входного сигнала положительной полярности (Ю „ > О) на выходе блока 11 формируется сигнал

"1", а на выходе блока 9 — два прямоугольных напряжения 27 и 28, смещенные по фазе в соответствии с опорными напряжениями 25 и 26 и имеющие одинаковую скважность, определяемую уровнем входного сигнала 24. В.интервале времени 35-36 (фиг. 5) на третий 5 и первый входы блока 12 поступают сигналы с одного выхода блока 9 и выхода блока 11 сигналы 28 и 24, равные ."1", а на второй вход — сиг- ная 27, равный "О". В результате работы блока 12 на его первом выходе присутствует сигнал "I", а на втором — "О". После прохождения этих сигналов через блок 13 ключ 5 замыкается, а ключ 6 размыкается. В ре- 35 зультате в рассматриваемом интервале ! ,времени (39-35 и 39-37) статорная обмотка 2 замкнута накоротко, а к обмотке 3 приложено напряжение питания. В интервале времени 35 36 и 40

37-38 на все три входа блока 12 поступают сигналы "1", образуя íà его выходе сигналы, равные "О". При этом ключи 5 и 6 запираются и к последовательно включенным обмоткам 2 и 3 45 прикладывается напряжение питания .

В двигателе 1 развивается демпфирующий момент, повышающий линейность механических и регулировочных характеристик. В интервале времени 36-40, 50

38-40 на первый и второй входы блока 12 поступают сигналы "1", а на третий вход — сигнал "0". B результате работы блока 12 на его первом выходе сигнал О, а на втором — 55

"1". После прохождения этих сигналов через блок 13 ключ 5 размыкается, а ключ 6 замыкается. В результате в рассматриваемом интервале времени

36-40 и 38-40 к стартовым обмоткам

2 и 3 прикладываются напряжения 33 и 34 (фиг. 5). В течение следующей полуволны напряжения питания процессы в электроприводе повторяются и в обмотках 2 и 3 сформируются отрицательные импульсы статорного напряжения. Значения статорных напряжений и угол фазового сдвига первых гармо : нических составляющих зависят от скважности выходного сигнала блока 9.

С увеличением абсолютного значения входного сигнала от нуля до максимума увеличивается угол фазового сдвига P первых гармонических составляющих статорных напряжений (токов) соответственно от нуля до предельного значения, близкого к 90 . При этом вращающий электромагнитный момент асинхронного электродвигателя также возрастает от О до максимального .значения. Предельная продолжительность проводящих состояний ключей 5 и 6 равна четверти периода напряжения питания. При дальнейшем увеличении продолжительности проводящих состояний ключей 5 и 6 в силовой цепи возникает режим сквозного короткого замыкания, для устранения которого в блоке 12 имеется узел защиты, запирающий каналы управления ключами 5 и б при входных сигналах, превышающих максимально допустимые значения, при которых на выходах логических элементов ИСКЛ!ОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23 и 22 одновременно появляются сигналы "1".

В данном электроприводе обеспечивается реверсивное управление электродвигателем 1. При изменении полярности входного сигнала в интервалах времени 40-36 и 40-38 (фиг. 5) на первый и второй входы блока 12 поступают сигналы "О", а на третий вход — сигнал

"1". На первом выходе блока 12 появляется сигнал "О", а на втором — "1", т.е, противоположные.тем, .что были при U „ ) О. Изменяются при этом сигналы на противоположные и в интервалах времени 36-40 и 38-40 (фиг. 5), что приводит к обратному порядку следования фаэ напряжений статора и к реверсу асинхронного электродвигателя 1.

В результате исключения фазосдвигающего конденсатора значительно (примерно в два раза) снижаются масса

i248023 и габариты аппаратуры управления электродвигателей при одновременном повышении жесткости механических и линейности регулировочных характеристик двигателя, что положительно влияет на точность и быстродействие прецизионных приборных систем автоматического регулирования.

Изобретение обеспечивает повышенную надежность и технологичность монтажно-сборочных работ.

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, 15 содержащий двухфазный асинхронный электродвигатель, импульсный полупроводниковый преобразователь и схему управления, составленную из соединенных последовательно блока пило- 20 образных напряжений и блока сравнения, блока гальванической развязки и усиления сигналов управления, выходы которого подключены к управляющим входам импульсного полупроводникового преобразователя, вход блока пилообразных напряжений снабжен выводами для присоединения однофазной питающей сети, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения мас-30 согабаритных показателей, в схему управления введены индикатор полярности входного сигнала, блок формирования абсолютного значения входного сигнала и блок логических операций, составленный из четырех двухвходовых логических элементов И, четырех двухвходовых логических элементов И-НЕ, двух двухвходовьм логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,д0 одни входы первых логических элементов И и И-HE объединены и образуют первый вход блока логических операпий, одни входы вторых логических элементов И и И-НЕ не объединены

ЩЕЕ ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу первого логического элемента И-НЕ, выход первого логического элемента И подключен к одному входу второго логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу второго логического элемента И-НЕ, выходы первого и второго логического элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к входам четвертого логического элемента И-НЕ и к одним входам соответственно третьего и четвертого логических элементов И, другие входы которых подключены к выходу четвертого логического элемента И-НЕ, выходы третьего и четвертого логических элементов И образуют выходы блока логических операций, импульсный полупроводниковый преобразователь выполнен в виде двух диоднотранзисторных ключей переменного тока, соединенньм последовательно и снабженных выводами для подключения однофазной питающей сети, параллельно каждому диодно-транзисторному. ключу подключена соответствующая фазная обмотка асинхронного электродвигателя; входы индикаторы полярности входного сигнала и блока формирования абсолютного значения входного сигнала объединены и снабжены выводом для подключения датчика вход-. ного сигнала, выход блока формирования абсолютного значения входного сигнала подключен к двум двугим входам блока сравнения, два выхода которого и выход индикатора полярности входного сигнала подключены соответственно к третьему, второму и первому входам блока логических операций, два выходакоторого подключены ксоответствующим входамблока гальванической развязки иусиления сигналов управления.

1248023

1248023

Тираж 631

Подписное

ВНИИХИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Редактор А. Лежнина

Заказ 4138/56

Составитель В. А3тешечкин

Техред Л.Сердюкова Корректор В. Бутяга