Устройство для управления электродвигателем переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электродвигателями переменного тока, в частности трехфазными и четырехфазными шаговыми электродвигателями. Целью изобрете- ВИЯ является расширение области применения . Поставленная цель достигается введением второго релейного элемента 6, двух пороговых элементов 7,8, управляемого коммутатора 9 и управляемого ключевого элемента 10. Устройство позволяет управлять как 3-фазными, так и 4-фазными электродвигателями , причем изменение фазности выходного напряжения устройства достигается лишь за счет изменения напряжения уставок, подаваемых на релейные и пороговые элементы . Частота и направление вращения подключенных к устройству электродвигателей определяется амплитудой и знаком входного сигнала, подаваемого на выявитель 1 модуля и знака входного сигнала. 5 ил. (Л оо со (S)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) с5в 4 H 02 P 7/42. "1 5rY рОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1

pt

j c

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3933804/24-07 (22) 19. 07. 85 (46) 23.05.87. Бюл. 1(19 (7 1) Физико-технический институт им. А, Ф. Иоффе (72) М. Н, Глазов и Л, Ф. Иванцов (53)621.313.13- 133.3-525(088.8) (56) Дискретный электропривод с шаговыми двигателями. / Под ред. М, Г, Чиликина, М.: Энергия, 1971.

Авторское свидетельство СССР

Ф 782 117 кл. Н 02 P 7/628, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электродвигателями переменного тока, в частности трехфазными и четырехфазными шаговыми электродвигателями. Целью изобрете- ния является расширение области применения, Поставленная цель достигается введением второго релейного элемента 6, двух пороговых элементов 7,8, управляемого коммутатора 9 и управляемого ключевого элемента

10, Устройство позволяет управлять как З-фазными, так и 4-фазными электродвигателями, причем изменение фазности выходного напряжения устройства достигается лишь за счет иэменения напряжения уставок, подаваемых на релейные и пороговые элементы. Частота и направление вращения подключенных к устройству элек-, тродвигателей определяется амплитудой и знаком входного сигнала, подаваемого на выявитель 1 модуля и знака входного сигнала. 5 ил.

t 13

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигате лями переменного тока, в частности трехфаэными и четырехфаэными шаговыми электродвигателями.

Целью изобретения является расширение области применения как на четырехфазные, так и на двух-трехфазные электродвигатели.

На фиг, l представлена структурная схема устройства для управления электродвигателем перемнного тока; на фиг ° 2 - схема вь1явителя; на фиг. 3 — схема управляемого коммутатора; на фиг. 4 и 5 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для управления электродвигателем переменного тока содержит выявитель 1 модуля и знака входного сигнала, управляемый переключатель 2, делитель 3 напряжения, интегратор 4, первый 5 и второй 6 релейные элементы, первый 7 и второй 8 пороговые элементы, управляемый коммутатор 9, управляемый ключевой элемент 10, первый ll и второй

12 диоды, первый 13, второй 14 и третий 15 усилители мощности. Первый выход выявителя 1 модуля и знака входного сигнала через управляемый переключатель 2 и делитель 3 напряжения подключен соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам интегратора 4, а второй выход выявителя 1 модуля и знака входного сигнала соединен с управляющим входом управляемого коммутатора 9, Выход интегратора 4 соединен непосредственно с входом второго релейного элемента 6 и с первыми входами первого 7 и второго 8 пороговых элементов и через первый репейный элемент 5 с управляющим входом управляемого переключателя 2 и с входом первого усилителя 13 мощности.

Выход второго релейного элемента 6 подключен к первому входу управляемого коммутатора 9 и к силово.му входу управляемого ключевого элемента 10, выход которого через первый диод ll соединен с вторым входом управляемого коммутатора 9. Выход первого порогового элемента 7 через второй диод 12 соединен с вторым входом управляемого коммутатора

9, выходы которого подключены к

127!3 2

t0 лителя 22, 50

45 входам соответственно второго 14 и третьего 15 усилителей мощности.

Выход второго порогового элемента 8 соединен с управляющим входом управляемого ключевого элемента 10. Выходы усилителей 13, 14 и 15 мощности предназначены для подключения к фаз" ным обмоткам электродвигателя, а вторые входы первого 7 и второго 8 пороговых элементов — для подключения к соответствующим источникам опорных напряжений.

Выявитель 1 модуля и знака входного сигнала содержит сумматор 16 и диодный ключ 17. Объединенные вход сумматора 16 и диодного ключа 17 образуют вход выявителя 1 модуля и знака входного сигнала, а выходы сумматора 16 и диодного ключа 17 являются соответственно первым и вторым выходами выявителя 1 модуля и знака входного сигнала. Сумматор

16 выполнен на операционном усилителе (ОУ) 18 с входными резисторами

19 и 20 и резистором 21 обратной связи, Диодный ключ 17 содержит операционный усилитель 22 с диодом

23 и резистором 24 в цепи основной отрицательной обратной связи (ООС), входной резистор 25, нелинейную отрицательную обратную связь, состоящую из стабилитрона 26, диода 27 и резистора 28 смещения, предотвращающую насыщение операционного усилителя 22 при отрицательных входных сигналах, когда цепь основной отрицательной обратной связи с диодом

23 разрывается.

Кроме того, операционный усилитель 22 охвачен положительной обратной связью (ПОС) на резисторах 29 и 30, обеспечивающей скачкообразное изменение напряжения на выходе диодного ключа 17, образованном катодом диода 31, анод которого подключен к выходу операционного усиНа фиг, 3 приведена схема управляемого коммутатора 9, содержащего управляемые ключи 32 — 35 с общей цепью 36 управления, первым 37 и вторым 38 входами, Ключи 32 и 35 являются нормально замкнутыми, а ключи 33 и 34 — нормально разомкнутыми, Нормальное (исходное) состояние ключей соответствует нулевому управляющему напряжению в цепи 36 управления.

3 13127

Устройство для управления электродвигателем переменного тока работает следующим образом.

При управлении 3-фазным двигателем в исходном состоянии при отсут- 5 ствии входного сигнала устройство находится в заторможенном состоянии.

При U> 0 напряжения U и U на выходах диодного ключа (на аноде диода 23) и сумматора 16 равны нулю, 10 вследствие чего интегратор 4 не изменяет своего выходного напряжения и находится в насыщении. Поэтому релейные элементы 5 н 6 и пороговые элементы 7 и 8 не переключаются и íà j5 две или одну из трех обмоток двигателя подается напряжение ° Так, если

;интегратор 4 находится в состоянии положительного насыщения, то на выходе первого релейного элемента 5 20 действует единичный сигнал (положительное напряжение), включающий обмотку 1, подсоединенную к неинвертирующему выходу усилителя 13 мощнос" ти. При этом второй релейный эле- 25 мент 6 устанавливается в нулевое положение, а пороговые элементы 7 и

8 — в единичное, в результате чего в зависимости от положения управляемого коммутатора 9 включается об- 30 мотка управления, подсоединенная к усилителю 14 или 15 мощности. Если же интегратор 14 находится в состоянии отрицательного насыщения, то первый релейный элемент 5, пороговые элементы 7 и 8 устанавливаются в нулевое положение, а второй релейный элемент 6 — в единичное, Это приводит к размыканию управляемого ключевого элемента 10 и в зависимости от положения коммутатора 9 одна из обмоток управления (II или III) оказывается под током. (Обмотка I на выходе усилителя 13 мощности в этом случае обесточена), 45

Таким образом, при положительном насыщении интегратора 4 две из трех обмоток двигателя находятся под током, а при отрицательном насыщении под током оказывается одна обмотка.

Независимо от числа обмоток, находящихся под током, при отсутствии входного сигнала двигатель, подключенный к устройству управления, остается в заторможенном состоянии, поскольку его обмотки управления не переключаются.

Рассмотрим работу устройства при наличии входного сигнала Ug> . Пусть

13 4

Б „ (О. В этом случ е на выходе

ОУ 18 возникает положительное напряжение, под действием которого замыкается ПОС через резисторы 19 и

20 и нелинейная ООС через стабилитрон 26 и диод 27. В результате на втором выходе выявителя 1 модуля и знака входного сигнала появляется положительное напряжение U> примерно равное опорному напряжению стабилитрона 26, Это напряжение управляет коммутатором 9, устанавливая его в положение, при котором замыкаются ключи 33 и 34 и размыкаются ключи 32 и 35. В результате первый вход коммутатора 9 (фиг. 3) соединяется с входом усилителя 15 мощности, а второй вход — с входом усилителя !4 мощности, Поскольку напряжение U = 0 (диод 23 не проводит), напряжение U на первом выходе выявителя 1 модуля определяется выражением

Rzi

U - =--- U

R 19 вХ где R15 1 „ " сопротивления резисторов 19 и 21.

При R = Rz„ U =lUв,!, Напряжение

U поступает на интегратор 4, причем в зависимости от состояния переключателя 2 происходит линейное увеличение или уменьшение выходного напряжения интегратора U„, Так, если первый релейный элемент 5 находится в единичном состоянии, поло жительное напряжение U поступая на оба входа интегратора 4, доминирует на его инвертирующем входе, посколь-, ку на его неинвертирующем входевключен резистивный делитель 3. Поэтому выходное напряжение Uä интегратора 4 убывает до порога отI пускания U релейного элемента 5 (временные диаграммы на фиг. 4).

В момент времени t когда U „ достигает значения Б, релейный элемент 5 переходит в нулевое состояние, при котором переключатель 2 переключается, При этом напряжение

U через делитель 3 поступает только на неинвертирующий вход интегратора 4, что изменяет направление интегрирования, и выходное напряжение

U интегратора 4 начинает увеличиваться, Напряжение Бц достигает в момент времени t порога срабаты и

2 вания 11, после чего первый релейный элемент 5 вновь устанавливается

5 13 в единичное состояние и процесс повторяется.

При одинаковых резисторах дели" теля 3 напряжения скорость убывания и нарастания напряжения U„ Hà выходе интегратора 2 одинакова. Поэтому при выполнении равенства

lЦ =!!1 1 Ц интеРвалы времени нарастания и убывания напряжения U„ равны, и на выходе интегратора 4 возникают симметричные колебания треугольной формы, Скорость изменения напряжения UÄ IIa выходе интегратора 4 определяется током заряда (разряда х. ) конденсатора интегрлтора 4.

Частота колебаний f напряжения

UI, прямо пропорционально напряжению входного сигнала U бх

Выходное напряжение первого релейного элемента 5, поступающее на вход усилителя 13 мощности и также изменяющееся с частотой f, используется для управления (коммутации) первой обмотки управления (I) двигателя.

В процессе изменения напряжения происходит переключение второго релейного элемента 6 и пороговых элементов 7 и 8 в соответствии с временными диаграммами, показанными на фиг. 4. Так, второй релейный элемент 6., формирующий второе управляющее напряжение (U, ), устанавливается в единичное состояние, когда напряжение U достигает порога сра,и батывания Б, и переходит в нулевое состояние, когда 0 равно порогу отпускания U6 Пороги U и U6 выби-! (! (! раются исходя из требуемого фазового сдвига q между первым (П ) и вторым (U-) управляющими напряжениtI я ми °

Для 3-фазного двигателя при

120 необходимо обеспечить (U = U = --, Моменты переключения !! Uc

6 6 3 пороговых элементов 7 н 8 определяются уставками U u U, причем для получения третьего управляющего напряжения (11;„), сдвинутого относительно второго (U -) на 120, должны !

19 выполняться условия 1! =П = — и

Ц9

= U = — —. Положительный полупе3!

27!3 6 складывается иэ двух последовательных интервалов времени, и . В интервалах t., когда И„П +, первый пороговый элемент 7 вырабатывает по

5 ложительное напряжение которое че рез второй диод !2 поступает на второй вход коммутатора 9. В этих интервалах второй пороговый элемент

8 также находится в единичном состоIp янин, благодаря чему управляемый ключевой элемент IO замыкается.

Однако первый диод II не пропускает отрицательное напряжение с выхода второго релейного элемента 6 на второй вход коммутатора 9, В интервалах времени Г„ на тот же вход коммутатора 9 через первый диод II и клю- чевой элемент 10, замыкаемый единичным сигналом второго порогово2О го элемента 8, поступает положительное напряжение с выхода второго релейного элемента 6.

Таким образом, на входах коммутатора 9 действуют второе (U-) и тре-!! тье (U;„) управляющие напряжения, изменяющиеся с частотой, пропорциональной входному напряжению U

8»

Рассмотрим работу устройства при подаче на вход положительного сигна3п ла UII<. При этом происходит скачкообразное изменение сигнала U на

Z выходе выявителя 1 модуля и знака входного сигнала. Этот скачок из единичного состояния в нулевое обусловлен появлением на выходе ОУ 22 отрицательного напряжения, которое не проходит через диод 31. На пер- вом выходе выявителя 1 по-прежнему действует положительное напряжение

4О U>Ä, Отрицательное напряжение на выходе ОУ 22 открывает диод 23 и ОУ 22 охватывается ООС через этот диод и резистор 24 °

Напряжения U9 u U на выходах

45 диодного ключа 17 и сумматора !6 определяются выражениями

Rgy

Ри R2 9((R30 Вли янием ПОС пренебрегаем

RZo 25 19

Если выполняется условие

К2ф 2

2о 29 19 то напряжение риод третьего управляющего напряжения (U;), формируемого на втором входе управляемого коммутатора 9, R2< Usx

19

1О

25

55

131 и при К„ К „имеем 0 Б „. Поэтому работа устроиства при положительном входном сигнале происходит так же, как и в рассмотренном выше случае, когда U< О. Отличие состоит лишь в том, что при U О коммута" тор 9 устанавливается в положение, при котором замыкаются ключи 32 и

35, а ключи 33 и 34 размыкаются. В результате второе управляющее напряжение (111) прикладывается к входу усилителя 14 мощности, а третье (U;„) — к усилителю !5 мощности, и обмотки управления двигателя переключаются в прямой последовательносTH I-Т,II-II-1?, III-III-IIII I и т.д., что обеспечивает изменение направления вращения двигателя.

Скорость вращения двигателя, пропорциональная частоте f коммутации обмоток управления, по-прежнему изменяется прямо пропорционально входному напряжению U бх

Работа устройства в режиме управления 4-фаэным двигателем происходит следующим образом.

Напряжение на выходе интегратора

4 Uz опережает напряжение П первого релейного элемента 5 на угол

Т(/2 (фиг. 4), а напряжение Ц на выходе второго релейного элемента 6 при нулевых порогах переключения этого элемента находится в противофазе с напряжением U интегратора 4.

Поэтому между напряжениями Ug и U на всех частотах сохраняется фазовый сдвиг It/2. Напряжения U и Ug на выходах пороговых элементов 7 и

8 при нулевых уставках U +, U сов" падает по фазе с напряжением U интегратора 4 и, следовательно, опережают напряжение U< на tt/2. Выходное напряжение U используется для управления I u II фазами двигателя.

Управление II u IV фазами двигателя осуществляется напряжениями с выходов Вых1, Вых2 коммутатора 9, на входы которого поступают сигналы U и U — причем управляемый ключевой элемент 10 в положительные полупериоды напряжения U разомкнут, так как управляющее напряжение БВ поступающее на его управляющий вход, в эти полупериоды отрицательно. Следовательно, коммутации обмоток управления II u IV осуществляется двумя противофаэными напряжениями, одно из которых (U ) опережает на угол и/2, а другое (U ) отстает

2713 8 от Ut; на It/2. При этом, если U „ 7 О (ключи 32 и 34 замкнуты), то обмотка II переключается под действием напряжения Б, обмотка ?Ч вЂ” под действием U, благодаря чему обеспечивается прямой порядок коммутации обмоток управления IV 1-I II-II

III-III,IV-,... и т.д.

Таким образом, изобретение позволяет управлять как З-фазными, так и 4-фазными электродвигателями переменного тока, причем изменение фазности выходного напряжения устройства достигается лишь при изменении напряжений уставок, а частота и направление вращения подключенных к нему электродвигателей определяется амплитудой и знаком входного сигнала. формула изобретения

Устройство для управления электродвигателем переменного тока, содержащее выявитель модуля и знака входного сигнала с двумя выходами, первый выход которого через управляемый переключатель и делитель напряжения подключен соответственно к инверти30 рующему и не Hвepтирующему входам интегратора, выход которого соединен с входом первого релейного элемента, три усилителя мощности, выходы которых предназначены для подключения к фазным обмоткам электродвигателя, вход первого усилителя мощности соединен с выходом первого релейного элемента и с управляющим входом управляемого переключателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения как на четырехфазные,. так и на двух-трехфазные электродвигатели введены второй релейный элемент, два пороговых элемента, управляемый ключевой элемент, два диода и управляемый коммутатор, первый усилитель мощности снабжен инверсным выходом, вход второго релейного элемента и первые входы первого и второго пороговых элементов объединены и подключены к выходу интегратора, второй выход выявителя модуля и знака входного сигнала подключен к управляющему входу управляемого коммутатора, выход второго релейного элемента соединен с первым входом управляемого коммутатора и с силовым входом управляемого карпиевого элемен9 1 та, выход которого через первый диод соединен с вторым входом управляемого коммутатора, выходы которого соединены с входами соответственно второго и третьего усилителей мощности, выход первого порогового элемента через второй диод соединен с вторым входом управляемого коммута312713 !О тора, выход второго порогового элемента подключен к управляющему входу управляемого ключевого элемента, вторые входы первого и второго пороговых элементов предназначены для подключения к соответствующим источникам опорных напряжений.

ФиаЯ

1312713

Ц

Вх

Составитель С. Позднуков

Техред Л.Сердюкова Корректор А. Тяско

Редактор А. Шандор

Заказ 1978/54 Тирам 661 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Укгород, ул. Проектная, оектная 4