Устройство для управления реверсивным асинхронным двухфазным двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромашинных системах автоматики . Целью изобретения является расширение диапазона плавного регулирования скорости и улучшение массогабаритных показателей. Устройство для управления реверсивным асинхронным двухфазным двигателем (АД) 7 содержит импульсный полупроводниковый преобразователь 1, состоящий из трех диодг-икн

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1270861

159 4 Н 02 P 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ г, 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21 ) 36547 1 6/24-07 (22) 29.07.83 (46) 15.11.86. Бюл. Ф 42 (71) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени институт точной механики и оптики (72) В.И. Хрисанов и С.А.- Белов (53) 621.318.719.2(088.8) (56) Коссов О.А. Усилители мощности на транзисторах в режиме переключения. М.: Энергия, 1971, с. 247-255.

Лопухина Е.М., Сомихина Г.С.

Асинхронные микромашины с полым ротором. М.: Энергия, 1967, с. 256-263. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ PEBEPCHBHbIM АСИНХРОННЫМ ДВУХФАЗНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромашинных системах автоматики. Целью изобретения является расширение диапазона плавного регулирования скорости и улучшение массогабаритных показателей. Устройство для управления реверсивным асинхронным двухфазным двигателем (АД) 7 содержит импульсный полупроводниковый преобразователь 1, состоящий из трех диод1270861

15 но-транзисторных ключей (К) 2, 3, 4 переменного тока. К 2,3,4 соединены между собой последовательно и предназначены для подключения к источнику постоянного тока. К К 3,4 подключены обмотки 5,6 АД 7. Управляющие цепи К 2,3,4 подключены к схеме 8 управления. Схема 8 содержит задатчик входного сигнала, выходы которого подключены ко входам индикатора полярности входного сигнала и блоку формирования абсолютного значения входного сигнала. Выход блока фазового сдвига соединен с первыми входами блоков сравнения, вторые входы которых связаны с выходом блока форми- рования абсолютного значения входного сигнала. Выходы индикатора и блоков сравнения подключены ко входам блока распределения импульсов управления. Выходы блока распределения импульсов управления подключены к одному входу блока гальванической развязки.и усиления импульсов управления через блок управления и защиты, а к двум другим входам блока гальванической развязки непосредственно, выходы которого являются выходами схемы 8. При отсутствии входного сигнала задатчика 9 (U<„ =0) обмотки

5,6 АД 7 будут замкнуты накоротко, т.к. К 2 будет замкнут. АД 7 будет тормозиться без потребления энергии.

Изобретение относится к электротехнике, в частности может использоваться в электромашинных системах автоматики.

Целью изобретения является расширение диапазона плавного регулирова.ния скорости вращения асинхронного двухфазного двигателя и улучшение массогабаритных показателей.

На фиг. 1 изображена схема импульсного полупроводникового преобразователя совместно с асинхронным с " двф фазным двигателем; на фиг. 2— схема управления диодно-транзисторными ключами; на фиг. 3 — временные диаграммы; на фиг. 4 — таблица с алгоритмом переключений диодно-транзисторных ключей; на фиг. 5 — механические характеристики двигателя.

При наличии входного сигнала положительной полярности (U „ n) в интервале времени d„< At<.d, обмотка 5 АД 7 будет под напряжением, т.к. К 2 и 4 открыты, а К 3 заперт. В интервале

4,(Х<М включены К 2,3, а К 4 заперт и под напряжением находится обмотка

6. В течение следующей полуволны напряжения питания процессы в устройст ве повторяются и в обмотках 5,6 АД 7 будут сформированы отрицательные импульсы статорного напряжения, Операция реверса в данном устройстве обеспечивается блоком распределения импульсов управления. С помощью данного устройства осуществляется симметричная двусторонняя четвертьволновая широтно-импульсная модуляция синусоидального напряжения питания, обеспечивающая необходимый для работы АД 7 угол фазового сдвига между напряжениями (токами) статорных обмоток АД.

Для первых гармоническихсоставляющих напряжений (токов) этот угол близок к 90 и поддерживается постоянным для всех режимов работы АД, что дает возможность исключить силовой фазосдвигающий конденсатор. Обеспечение непрерывного тока статора при постоянстве формы и значений статорных напряжений приводит к увеличению линейности механических характеристик

АД 7. 5 ил.

Устройство для управления реверсивным асинхронным двухфазным двигателем (фиг. 1) содержит импульсный полупроводниковый преобразователь состоящий иэ трех диодно-транзисторных ключей переменного тока 2, 3 и

4, соединенных последовательно между собой и предназначенных для подключения к источнику переменного напряжения, при этом к двум из них, например к 3 и 4 диодно-.транзисторным ключам, подключены обмотки 5 и 6 двухфазного асинхронного двигателя 7, устройство для управления двигателем содержит также схему управления 8.

Схема управления 8 (фиг. 2) состоит иэ задатчика входного сигнала 9, олока фазового сдвига 10,двух блоков сравнения 11 и 12, индикатора поляр3 12708 ности входного сигнала 13, блока формирования абсолютного значения входного сигнала 14, блока распределения импульсов управления 15, блока управления и защиты 16 и блока гальванической развязки и усиления импульсов управления 17, при этом входы индикатора полярности входного сигнала 13 и блока формирования абсолютного значения входного сигнала 14 объединены и подключены к задатчику входного сигнала 9, выход индикатора полярности входного сигнала 13 подключен к первому входу блока распределения импульсов управления 15, выход блока 5 формирования абсолютного значения входного сигнала 14 подключен к первым входам первого и второго блоков сравнения 11 и 12, вторые входы кото-, рых соединены с первым и вторым выво-20 дами блока фазового сдвига 10, а выходы блоков сравнения 11 и 12 подключены соответственно к второму и третьему входам блока распределения импульсов управления 15, который состоит из пяти логических элементов

И-НЕ 18-22 и двух логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23 и 24, при ,этом входы первого логического элемента И-НЕ 18 объединены между собой Зр и соединены с первыми входами второго и третьего логических элементов

И-НЕ 19 и 20, образуя первый вход блока распределения импульсов управления 15, второй вход второго логического элемента И-НЕ 19 соединен с первым входом четвертого логического элемента И-НЕ 21, образуя второй вход .блока распределения импульсов управления 15, второй вход третьего логи- 4О ческого элемента И-НЕ 20 соединен с первым входом пятого логического элемента И-НЕ 22, образуя третий вход блока распределения импульсов управления 15, выход первого логическо 45 го элемента И-НЕ 18 соединен с вторыми входами четвертого и пятого логических элементов И-НЕ 21 и 22, выходы второго и пятого логических элементов И-НЕ 19 и 22 подключены к вхо- о дам первого логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23, выходы третьего и четвертого логических элементов И-НЕ .20 и 21 соединены с входами второго логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

24, выходы логического элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 23 и 24 образуют два выхода блока распределения импульсов

61 4

15, которые подключены к двум входам блока управления и защиты 16, выполненного на логическом элементе И-НЕ, выход блока управления и защиты 16 и два выхода блока распределения импульсов управления 15 через блок гальванической развязки и усиления импульсов управления 17 подключены к управляющим входам трех диодно-транзисторных ключей переменного тока

2,3 и 4.

Устройство для управления реверсивным асинхронным двухфазным двигателем работает следующим образом.

При отсутствии сигнала задатчика

9 (ц „ =О) на выходе индикатора полярности 13 формируется сигнал логического "0 . Нулевой сигнал будет и на выходе блока формирования абсолютного значения входного сигнала

14. В результате сложения опорных напряжений блока фазового сдвига 10 с нулевым сигналом блока 14 на выходе блоков сравнения 11 и 12 получим напряжения с коэффициентом заполнения, равным единице. Эти два напряжения и сигнал логического "0 с выхода блока 13 поступают соответственно на второй, третий и первый входы блока распределения импульсов управления 15. На выходах логических элементов И-НЕ 18, 19 и 20 образуются сигналы логической "1 ° На выходе логических элементов И-НЕ 21 и 22 формируются сигналы логического "0 .

На выходе логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23 и 24 формируются сигналы "1", которые подаются на входы логического элемента И-НЕ блока управления и защиты 16 и на первый и второй входы блока гальванической развязки и усиления импульсов управления 17. На выходе блока 16 образуется сигнал "0", который поступает на третий вход блока 17. Сигналы "1", поступающие на первый и второй входы блока 17, усиливаются и включают ключи 3 и 4, в то время как сигнал "0", поступающий на третий вход блока 17, запирает ключ 2, В результате обмотки статора 5 и 6 двигателя 7 отключаются от источника питания и замыкаются накоротко. Если двигатель под действием приложенного напряжения Ъращался, то с появлением нулевого входного сигнала он будет тормозиться без потребления энергии от источника питания.

127086

ПpH IIаличии жительной полярности (С1 > О, фиг. 3) на выходе блока 13 формируется сигнал l, а на выходе блоков 11 и 12 формируются прямоугольные напряжения и U, смещенные по фазе в соот-, 12

1 ветствии с опорными напряжениями U,

g U блока 10 и имеющие одинаковый

1О коэффициент заполнения, определяемый уровнем входного сигнала U . В 10 интервале времени 8 < u)t< c(z (фиг. 3) на первый и третий входы блока 15 будут поступать сигналы U > и U„z равные "1", а на второй вход — сигнал

U«, равныи "0". В результате работы 15 блока 15 íà его втором выходе будет сигнал U, равный "1", а на первом выходе сигнал U, равный "0". На выходе блока 16 будет сигнал Ц1, равный "1". После прохождения этих сиг- 20 налов через блок 17 ключи 2 и 4 будут включены, а ключ 3 заперт, В результате в рассматриваемом интервале времени (о(,<1й «,) к статорной обмотке

5 будет приложено напряжение U (фиг. 3).

В интервале времени o(< t < 6 ра2 з бота блоков 15, 16 и 17, а также импульсного преобразователя 1 будет аналогична рассмотренному случаю с 30 нулевым входным сигналом, т.е. на этом интернзле обмотки 5 и б замкнуты накоротко и .отключены от источника питания. В интервале времени: с1 <ИС < q на первый и второй входы З5 блока 15 будут поступать сигналы "1", а на третий вход — сигнал "0".. В результате работы блока 15 на его первом выходе будет сигнал "1", а на втором — "0", на выходе блока 16 бу- 40 дет сигнал "1". После прохождения этих сигналов через блок 17 ключи

2 и 3 будут включены, а ключ 4 заперт. В результате в рассматриваемом интервале времени (с <1Х<й ) к ста- 45 торной обмотке 6 будет приложено напряжение U (фиг. 3). В течение следующей полуволны напряжения питания процессы в устройстве управления повторяются.и в обмотках 5 и 50

6 двигателя 7 будут сформированы отрицательные импульсы статорного напряжения.

При изменении полярности входного сигнала для осуществления реверса 55 двигателя необходимо переключить между собой каналы прохождения сигналов управления ключами 3 и 4. В дан1 ь ном устройстве эта операция реализуется с помощью блока 15. В этом случае на выходе индикатора полярности входного сигнала 13 вместо "1" появляется сигнал 0, который поступает на первый вход блока 15, обеспечивая на первом и втором его выходах изменение сигналов между собой на противоположные тем, что были в рассмотренных интервалах времени (с 1<ь31 <с и

4 < Mt < d ) при положительном входном сигнале. Это в свою очередь приводит к обратному порядку следования фаз статора, что и обеспечивает реверс двигателя.

Алгоритм работы ключей в течение полупериода напряжения питания (фиг. 4) дан для прямого (верхнне обозначения включенного (В) или запертого (3) состояния ключей) и обратного (нижние обозначения) направления вращения ротора двигателя.

Для сравнения механических характеристик по линейности на фиг. 5 приведены кривые зависимости скорости вращения от момента на валу асинхронного двухфазного двигателю типа

АДП-362, снятые при управлении от рассмотренного устройства (сплошные кривые) и при амплитудно-фазовом однообмоточном (конденсаторном) управлении (штриховые кривые).

Значение статорного напряжения зависит от ширины выходных импульсов, которая в свою очередь увеличивается с увеличением абсолютного значения входного сигнала. При максимальном входном сигнале ширина импульсов напряжений в обмотках статора достигает около 90 при установке (с помощью блока 10) начального смещения для обмотки статора 5 в области 4045 и соответственно в области 140135 для обмотки 6.

С помощью устройства для управления реверсивным асинхронным двухфаз ным двигателем осуществляется симметричная двусторонняя четвертьволновая широтно-импульсная модуляция синусоидаильного напряжения питания, обеспечивающая необходимый для работы двигателя угол фазового сдвйга между напряжениями (токами) статорных обмоток двигателя-; Для первых гармонических составляющих напряжений (токов) обмоток статора этот угол близок к 90 и не меняется пов6| при иэменечии входного сигнала и режима работы двигателя.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет исключить из схемы управления двигателем силовой фазосдвигающий конденсатор и тем самым улучшить массогабаритные показатели.

Исключение фазосдвигающего конденсатора и обеспечение с помощью устройства непрерывного тока статора 10 при постоянстве формы и значений статорных напряжений обеспечивают увеличение линейности механических характеристик двигателя, что в свою очередь расширяет диапазон плавного ре- 5 гулирования скорости вращения.

Формула изобретения

Устройство для управления ревер- 20 сивным асинхронным двухфазным двигателем, состоящее из импульсного полупроводникового преобразователя, соединенного со схемой управления, содержащей блок фазового сдвига, блок 25 сравнения, блок гальванической раз вязки и усиления импульсов управления и задатчик входного сигнала, о т-. л и ч а ю щ е е с я тем, что, с це лью расширения диапазона плавного g0 регулирования скорости, вращения асинхронного двигателя и улучшения массогабаритных: показателей, импульсный полупроводниковый преобразователь выполнен в виде трех соединенных последовательно между собой диодно-транзисторных ключей переменного тока; при этом к двум из них параллельно каждому подключено по одной фазной обмотке статора асинхрон- 40 ного двигателя, в схему управления введен индикатор полярности входного сигнала, блок формирования абсолютного значения входного сигнала, второй блок сравнения, блок распределения им-.45 пульсов управления, блок управления и защиты,а блок фазового сдвига снабжен вторым выводом,при этомвходы индикатора полярности входного сигнала и бло,ка формирования абсолютного значения входного сигнала объединены и подключены к задатчику входного сигнала, выход индикатора полярности входного сигнала подключен к первому входу блока распределения импульсов управления, выход блока формирования абсолютного значения входного сигнала подключен к первым входам первого и второго блоков сравнения, вторые входы которых соединены с первым и вторым выводами блока фазового сдвига, а выходы блоков сравнения подключены соответственно ко второму и третьему входам блока распределения импульсов управления, который состоит из пяти логических элементов И-НЕ и двух логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом входы первого логического элемента И-НЕ объединены между собой и соединены с первыми входами второго и третьего логических элементов И-НЕ, образуя первый вход блока распределения импульсов управления., второй вход второго логического элемента И-НЕ соединен с первым входом четвертого логического элемента И-НЕ, образуя второй вход блока распределения импульсов управления, второй вход третьего логического элемента И-НЕ соединен с первым входом пятого логического элемента И-НЕ, образуя третий вход блока распределения импульсов управления, выход первого логического элемента И-HE соединен со вторыми входами четвертого и пятого логических элементов И-НЕ, выходы второго и пятого логических элементов И-HE подключены к входам первого логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы третьего и четвертого логических элементов И-НЕ соединены с входами второго логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ образуют два выхода блока распределения импульсов управления, которые подключены к двум входам блока управления и защиты, выполненном на логическом элементе И-НЕ, выход блока управления и защиты и два выхода блока распределения импульсов управления через блок гальванической развязки и усиления импульсов управления подключены к управляющим входам трех диодно-транзисторных ключей переменного тока.

127086!

1270861

Pgd/сии

8000

Pf

taboo zuou (Гсм) 800

Фиг.f

Составитель В. Тарасов

Редактор А. Гулько . Техред М.Ходанкч Корректор М. Демчик г

Заказ 6251/56 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4