Электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и м.б. использовано в автоматизированном электроприводе постоянного тока с широтно-импульсным управлением . Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Электропривод содержит электродвигатель I, транзисторный мост 2-5, подключенный одной диагональю к источнику постоянного напряжения, а другой - к якорю электродвигателя. Введены два логических элемента

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1457135 . А1 511 4 Н 02 Р 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4115901/24-07 (22) 30.06.87 (46) 07.02.89.Бюл, У 5 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (72) В.М.Никитин, В.М.Пименов и Г.П.Охоткин (53) 621.316.718.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1408514, кл. Н 02 Р 7/28, 1986.

Авторское свидетельство СССР

Р 1288880, кл. Н 02 P 5/06, 1985. (54) ЗЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и м.б. использовано в автоматизированном электроприводе постоянного тока с широтно-импульсным управлением. Цель изобретения — расши" рение Функциональных возможностей.

Злектропривод содержит электродвигатель 1, транзисторный мост 2-5, подключенный одной диагональю к источнику постоянного напряжения, а другой — к якорю электродвигателя.

Введены два логических элемента

1457135

2 ИЛИ 23,24 и индикатор 25 полярности, вход которого подключен к выходу задатчика 18 сигналов управления °

Аналоговый инвертор 12, два аналоговых ключа 13,14, логические элементы

2 ИЛИ 23,24 и 3 ИЛИ-HE 15,16 с их связями образуют узел выделения пол, ного аналога тока нагрузки (ЭПТ) транзисторного моста по сигналам

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу, и может быть использовано в автоматизированном электроприводе постоянного тока с широтно-импульсным управлением.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

На чертеже приведена схема электропривода.

Электропривод содержит электродвигатель 1, транзисторный мост 2-5 с обратными диодами, подключенными параллельно переходу коллектор-эмиттер каждого из транзисторов.-В цепь первой диагонали моста подключена якорная обмотка электродвигателя 1 постоянного тока, Цо цепи второй диагонали транзисторный мост подключен к источнику постоянного напряжения.

Резистивные датчики 6 и 7 тока включены между общей точкой устройства и соответственно эмиттером транзистора

4 и эмиттером транзистора 5. К входу каждого из транзисторов моста подключен выход логического элемента

2 И, а именно на входе транзисторов

2 — 5 — выходы логических элементов

8 — 11. Аналоговый инвертор 12 и два аналоговых ключа 13 и 14, входы которых соединены с выходами датчиков

6 и 7 тока - с датчиком 7 тока соединены непосредственно, а с датчиком тока 6 — через аналоговый инвертор

12.

Электропривод включает два логических элемента 3 ИЛИ-НЕ 15 и 16, объединенные первые входы которых соединены с базой транзистора 4, объединенные вторые их входы соедидвух резистивных датчиков тока 6,7.

В сочетании с релейным регулятором тока типа "двЬйной токовый коридор" обеспечивается эффективное формирование тока ЭПТ в полном соответствии с управляющим сигналом во всех режимах работы:. при пуске, торможении и реверсе с любой частоты вращения.

1 ил.

2 иены с базой транзистора 5, а третьи входы логических элементов 3 ИЛИ-НЕ соединены соответственно с объединенными вторыми входами логических элементов 2И 9 и 10 и объединенными вторыми входами логических элементов

2И 8 и ll; релейный регулятор 17 тока с двумя входами и двумя парами прямых 18 и 19 и инверсных 20 и 21

1р выходов, первый вход регулятора 17 тока соединен с объединенными выхода1 ми аналоговых ключей 13 и 14, второй — с выходом задатчика 22 сигнала управления, а выходы 18 — 21 ре15 гулятора тока соединены с первыми— входами логических элементов 8-11.

Электропривод, кроме того, содержит два логических элемента 2 ИЛИ

23 и 24, индикатор 25 полярности

2р напряжения с прямым и инверсным выхо. дом.

Выходы логических элементов 2

ИЛИ 24 и 24 подключены соответственно к управляющим входам аналоговых

25 ключей 13 и 14, первые входы логических элементов 2 ИЛИ 23 и 24 соединены соответственно с базами транзисторов 4 и 5 моста, а вторые входы — с выходами логических элементов 3 ИЛИ3Q НЕ 15 и 16. Вход индикатора 25 полярности подключен к выходу задат чика 22 сигналов управления, а прямой и инверсный выходы соединены соответственно с третьими входами ло35 гических элементов 3 ИЛИ-НЕ 15 и 16.

Аналоговый инвертор 12, два аналоговых ключа 13 и 14, два логических элемента 2 ИЛИ 23 и 24 и два логических элемента 3 ИЛИ-НЕ 15 и 16 с

4р указанными взаимосвязями образуют узел выделения полного аналога тока

7135

3 145 нагрузки (ЭПТ) транзисторного моста по сигналам двух резистивных датчиков

6 и 7 тока ° Релейный регулятор 17 ти- па "двойной токовый коридор" выполнен на двух операционных усилителях и двух инверторах. Каждый из операционных усилителей охвачен положительной обратной связью через резистор для реализации характеристики

"петля гистерезиса". Кроме того, к входу каждого из усилителей подключены по три входных резистора. Первые и вторые резисторы усилителей попарно объединены и образуют соответственно первый и второй входы регулятора тока, а третьи подключены к источникам напряжения смещения. Тре-: тий резистор первого усилителя подключен к источнику напряжения смещения отрицательной полярности, а второго — положительной полярности.

В результате обеспечивается взаимное смещение характеристик "петля гистерезиса" первого усилителя относительно второго. К выходу усилителей подключены инверторы для реализации инверсного однополярного выходного сигнала. Выходы усилителей и инверторов являются выходами релейного регулятора 17 тока. Усилители с указанными резистивными связями являют ся пороговыми элементами, переключающимися по разности сигналов пер вого и второго входов и сигнала смещения. Поэтому в дальнейшем будем считать усилитель с резистивными связями, имеющий положительное смещение характеристики, первым пороговым элементом с прямым и инверсным выходами, а второй — вторым пороговым элементом.

В составе релейного регулятора 17 тока типа "двойной токовый коридор" имеются два.пороговых элемента 26 и 27, на входах которых выделяется разность входным сигналов, а именно управляющего сигнала и сигнала, пропорционального току нагрузки. В моменты, когда разность сигналов превышает пороги срабатывания элементов

26 и 27, они переключаются по выходу.

Для обеспечения согласованности работы пороговых элементов на их входы дополнительно подаются сигналы смещения порогов, а именно пороги срабатывания и отпускания первого элемента

26 имеют положительное смещение относительно нулевой разности, а поро10

50 ги второго элемента 27 — отрицательное смещение.

Индикатор 25 полярности напряжения задания представляет собой компаратор с прямым и инверсным выходами.

При изложении принципа работы устройства для управления электродвигателем будем считать сигналы высокого уровня на входах или выходах логических элементов единичными, а низкого уровня — нулевыми.

Злектропривод работает следующим образом.

При подаче с задатчика 22 сигнала управления положительной полярности индикатор 25 полярности устанавливается в единичное состояние по прямому выходу, а релейный регулятор тока 17 переключается.в единичное состояние по выходам 18 и 19 и нулевое— по выходам 20 и 21. Единичными сигналами с выхода индикатора полярности и регулятора тока логические элементы 2 И 9 и 10 устанавливаются в единичное состояние по выходу и тем самым переводят транзисторы 3 и 4 в открытое состояние. Транзисторы 2 и 5

5 закрыты, так как на входы логических элементов 2 И 8 и 11 подаются нулевые сигналы. Состояние транзисторного моста с двумя открытыми транзисторами из четырех будем называть в дальнейшем режимом (Р2) . Одновременно с включением транзисторов 3 и 4 замыкается аналоговый ключ 13 единичным сигналом, поступающим с выхода логического элемента 2 И 10 через логический элемент 2 ИЛИ 23. При этом аналоговый ключ 14 остается разомкнутым, так как на его управляющий вход подается нулевой сигнал с выхода логического элемента 2 ИЛИ 24.

При подаче на транзисторный мост питающего напряжения в цепи, образованной открытыми транзисторами 3 и 4, якорной обмоткой электродвигателя 1 и резистивным датчиком 6 тока, начинает протекать ток, увеличивающийся по величине. При этом напряжение на . выходе датчика 6 тока аналогично току электродвигателя 1 по форме и имеет положительную полярность относительно общей точки устройства, Это напряжение передается на выход узла выделения тока нагрузки через аналоговый инвертор 12 и аналоговый ключ

13. В результате инвертирования

5 1457 укаэанного сигнала достигается пол-ное совпадение его с током якорной обмотки электродвигателя 1 как по форме так и по полярности. СоответУ

5 ствие между направлением протекания тока в нагрузке транзисторного моста и полярностью сигнала датчика тока, определяется полярностью управляющего напряжения. Положительной полярности управляющего напряжения должна соответствовать отрицательная полярность токового сигнала и наоборот.

Будем рассматривать процесс выделения тока нагрузки для характерных )В режимов работы электродвигателя постоянного тока, формируемых релейным регулятором 17 тока.

По мере увеличения тока в обмотке электродвигателя 1 и соответственно сигнала на первом входе релейного регулятора 17 тока уменьшается раз» ность сигналов на входах пороговых элементов. Далее наступает момент времени, когда разность напряжений 25 управления с выхода датчика тока уменьшается до нулевого значения, а затем изменяет свой знак и достигает величины порога отпускания первого элемента 26. Последний переключается 30 в нулевое состояние по выходу IB. В соответствии с нулевым сигналом на первом выходе релейного регулятора

17 тока появляется нулевой сигнал на выходе логического элемента 9 и зак,рывается транзистор 3. Состояние транзисторов 2„ 5, 4 и цепи выделения тока нагрузки (датчик 6 тока, ключ 13 и инвертор 12) остаются неизменными. Режим работы транзисторно- 4р

ro моста, при котором открыт только один транзистор, будем называть режимом один (Pl). Ток ЭПТ в этом режиме замыкается по цепи: открытый транзистор 4,датчики : 6 и 7 тока и шунтирующий диод транзистора 5 под дейст. вием индуктивности якорной обмотки.

Поскольку в да ном цепи отсутству" ет источник питания, ток ЭПТ в режи- б0 ме один начинает спадать. При сниженин тока ЭПТ до уровня срабатывания первого порогового элемента 26 последний переключается в единичное состояние по выходу 1, переводя транзистор 3 в открытое состояние. С этого момента времени транзисторный мост вновь принимает состояние режима два и процесс работы устройства начинает

135 периодически повторяться в описанной последовательности.

В якорной обмотке ЭПТ протекает ток, ограниченный на заданном уровне порогами переключения порогового элемента 27. Под действием тока в якорной обмотке ЭПТ разгоняется, увеличивая противоЭДС и через определенный интервал времени может достигнуть .установившейся частоты вращения. В данном режиме работы ЭПТ ток моста, выделяемый посредством резистивного датчика 6, инвертора 12 и ключа 13, является полным аналогом тока нагрузки как по форме, так и по полярности.

Теперь рассмотрим процесс выделения тока ЭПТ при его реверсировании.

С этой целью изменим полярности управляющего напряжения на противоположную. В соответствии с отрицательной полярностью управляющего напряжения переключаются индикатор 25 полярности напряжения и релейный регулятор

17 тока. Первый переключается в единичное состояние по инверсному выхо-. ду и в нулевое — по прямому, а второй принимает нулевое состояние по выходам 18 и 19 и единичное по выходам 20 и 21, В результате закрываются транзисторы 3 и 4 моста и открываются транзисторы 2 и 5. Одновременно переключаются аналоговые ключи 13 и 14. Ключ 13 закрывается нулевым сигналом, поступающим с вьжода логического элемента 2 И 10, а ключ 14 открывается единичным сигналом с выхода элемента 11. Запирание транзисторов 3 и 4 моста ведет к коммутации тока ЭПТ в цепь источника питания через обратные диоды транзис торов 2 и 5 и резистивный датчик 7 тока. Так как ток обмотки ЭПТ направлен встречно полярности источника питания, то он интенсивно уменьшается до нуля, а затем нарастает в. этой цепи в прямом направлении через открытые транзисторы. В момент смены направления протекания тока на резистивном датчике 7 тока изменяется полярность отображающего ток сигнала и соответственно на входах пороговых элементов регулятора тока начинает выполняться вычитание входных сигналов.

Через определенный интервал времени разность сигналов становится равной нулю, а затем изменяет свой знак. При дальнейшем увеличении раз1457135 ности сигналов до уровня срабатыва.ния второго порогового элемента 27 последний переключается в нулевое состояние по инверсному выходу 21 °

Нулевым сигналом закрывается транзистор 2 моста. Ток обмотки ЭПТ замыкается в цепь, образованную открытым транзистором 5, двумя датчиками 6 и 7 тока и обратным диодом транзистора 4. 10

Ток в указанной цепи продолжает нарастать по величине под действием

ЭДС ЭПТ и соответственно увеличивать разность сигналов на входе пороговых элементов. Выполнение тока ЭПТ про- 16 изводится с резистивного датчика 7 тока и передается на выход через аналоговый ключ 14. Сигнал на выходе узла выделения тока полностью повторяет ток обмотки ЭПТ. Затем наступа- 20 ет момент времени, когда разность на входах пороговых элементов становится равной уровню срабатывания перво=". го порогового элемента 26.

Переключение последнего ведет к запиранию транзистора 5. В результате прошедших переключений закрываются все транзисторы моста ° Данному режиму присвоим название режим ноль (РО). В этом режиме ток ЭПТ, не изме- 30 няя своего направления, замыкается в цепь источника питания через обратные диоды транзисторов 3 и 4 и резистивный датчик 6 тока. Одновременно с закрыванием транзисторов происходит переключение аналоговых ключей. Ключ

14 закрывается, а ключ 13 открывается, данное переключение выполняется логическими элементами 3 ИЛИ-НЕ .15 и 16 по сигналам индикатора 25 поляр- 40 .ности напряжения. В рассматриваемый момент времени возникновения режима . ноль при отрицательной полярности управляющего сигнала на всех входах логического элемента 3 ИЛИ-НЕ 15 45 появляются нулевые сигналы, а на его выходе — единичный сигнал, Единичным сигналом открывается аналоговый ключ

l3 поступающий через элемент 2 ИЛИ

23. 50

Таким образом, одновременно с коммутацией тока ЭПТ из цепи датчика 7 тока в цепь датчика 6 тока переключается цепь съема тока. Ток снимается с датчика 6 тока и через аналоговый инвертор 12 и ключ 13 передается на выход узла выделения тока. В результате выходной сигнал узла выделения тока полностью отображает ток

ЭПТ. В режиме ноль ток интенсивно снижается по величине, что приводит к уменьшению разности сигналов на входах пороговых элементов до нулевого значения и последующему увеличению ее с изменением знака ° При достижении разностным сигналом уровня отпускания. первого порогового элемента

26 последний переходит в единичное состояние по инверсному выходу 20.

Единичным сигналом открывается транзистор 5 и наступает режим один. Ток

ЭПТ коммутируется из цепи обратного диода транзистора 2 в цепь открытого транзистора 5.

Одновременно с открыванием транзистора 5 происходит переключение аналоговых ключей. Ключ 13 закрывается, а ключ 14 открывается единичным сигналом, приходящим с управляющей цепи открытого транзистора 5. Съем тока ЭПТ производится с датчика 7 тока и передается на выход через аналоговый ключ 14. Форма сигнала и

его полярность соответствуют току

ЭПТ ° Режим переключения транзисторов моста Рl и PO чередуются в описанной последовательности до тех пор, пока под действием тока, тормозного момента, частота вращения ЭПТ не снизится до близкой к нулевому значению. В этом случае нарастание тока в обмотке ЭПТ под действием ЭДС в режиме один прекращается, а затем в указанном режиме происходит сниже" ние тока. Разность сигналов на входах пороговых элементов увеличивается и достигает уровня отпускания второго порогового элемента 27. На инверсном выходе 21 релейного регулятора 17 тока появляется единичный сигнал, которым открывается тран" зистор 2. Силовая схема принимает состояние режим два. Под действием питающего напряжения ток интенсивно нарастает в обмотке ЭПТ. Выделение тока ЭПТ производится с резистивного датчика 7 тока и передается на выход через аналоговый ключ 14, Затем наступает момент срабатывания второго порогового элемента. На его инверсном выходе 21 единичный сигнал сменяется на нулевой и соответственно сигналу закрывается транзистор 2 моста. Силовая схема принимает состояние режим один.

Далее происходит поочередное чередование режимов один и два. В обоформула изобретения

Электропривод, содержащий электродвигатель, транзисторный мост с четырьмя обратными диодами и двумя резистивными датчиками тока, к одной диагонали которого подключена якорная обмотка электродвигателя, а к другой — источник питания, отрицательный вывод последнего соединен с эмиттерами третьего и четвертого

50

9 1457 их режимах (Pl и P2) цепь съема тока

ЭПТ остается неизменной. Снимаемый сигнал полностью отображает ток ЭПТ, ЭПТ останавливается, а затем начинает разгоняться в противоположное направление. Через некоторый промежуток времени ЭПТ разгоняется до частоты вращения, близкой к установившейся.

ЭДС ЭПТ становится почти равной пи- 10 тающему напряжению по величине. Поэтому в режиме два увеличение тока сменяется его спадом, а чередование режимов (Р1 и P2) автоматически заменяется устойчивым режимом два. Сни- )5 жение тока происходит до тех пор, пока не наступит электромагнитное равновесие между моментом нагрузки и моментом (током), развиваемым ЭПТ.

С этого момента времени ЭПТ вращает- 20 ся с постоянной частотой вращения.

Съем тока ЭПТ производится в соответствии с режимом два с резистивного датчика 7 тока.

Таким образом, в предлагаемом уст- 25 ройстве обеспечивается качественное выделение полного аналога тока в цепи нагрузки транзисторного моста по сигналам цвух резистивных датчиков тока, включенных относительно общей 30 точки устройства, без использования узла гальванической развязки. В сочетании с релейным регулятором тока типа "двойной токовый коридор" уст ройство обеспечивает эффективное формирование тока ЭПТ в полном соот1 ветствии с управляющим сигналом во всех режимах работы: при пуске, торможении и реверсе с любой частоты вращения, что расширяет функциональные - 40 вбзможности электропривода.

135

10 транзисторов моста через первый и второй датчики тока, четыре логических элемента 2И, выходы которых подключены к базам одноименных транзисторов моста, два аналоговых ключа и аналоговый инвертор, входы аналоговых ключей соединены с выходами датчиков тока, первого непосредственно, а второго через аналоговый инвертор, два логических элемента 3

ИЛИ-НЕ, объединенные первые входы которых соединены с базой третьего транзистора, а объединенные вторые их входы — с базой четвертого транзистора, третьи входы первого и второго логических элементов 3 ИЛИ-НЕ соединены соответственно первый — с объединенными вторыми входами второго и третьего логических элементов

2 И, а второй — с объединенными вторыми входами первого и четвертого логических элементов 2 И, релейный регулятор тока с двумя входами и двумя парами прямых и инверсных выходов, первый вход регулятора соединен с объединенными выходами аналоговых ключей, второй — с выходом задатчика сигнала управления, а выходы регулятора тока подключены к первым входам логических элементов 2 И, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него-введены два логических элемента 2 ИЛИ и индикатор полярности напряжения с прямым и инверсным выходами, выходы первого и второго логических элементов 2 ИЛИ подключены соответственно к управляющим входам первого и второго -аналоговых ключей, первые входы укаэанных элементов соединены соответственно с базами третьего и четвертого транзисторов моста, а вторые — с выходами первого и второго логических элементов 3 ИЛИ-НЕ, вход индикатора полярности напряжения подключен к выходу задатчика сигнала управления, а прямой и инверсный выходы соединены со ответственно с третьими входами первого и второго логических элементов

3 ИЛИ-НЕ.