Устройство для управления четырехфазным двигателем переменного тока Советский патент 1985 года по МПК H02P7/62 

:о эо :о Изобретение относится к электротехнике, а.именно к управлению шаго выми двигателями,и может бытьисполь зовано в системах автоматического управления различными технологическими процессами, где требуется широкий диапазон регулирования скорости исполнительных механизмов. По основному авт. св. № 886182 известно устройство для управления четырехфазным двигателем переменного тока, содержащее четьфе усилителя мощности, двухвходовый интегратор, релейный элемент, усилитель с изменением знака коэффициента передачи, операционный усилитель с диодным ключом и резистивным делителем в обратной связи, транзисторный ключ и инвертор, причем транзисторный ключ соединяет вход устройства с выходом диодного ключа, цепь обратной связи усилителя вьшолнена из двух резисторов, включенных последовательно с диодом, общая .точка резисторов соеди нена с неинвертирующим входом интегратора, а транзистор инвертора, управляющий переключателем, подключен к выходу диодного ключа Щ. Недостатком известного устройства является низкая помехоустойчивость при малых входных сигналах. Когда входное напряжение близко к нулю сиг нал помехи может вызывать скачкообразные изменения напряжения на выходе операционного усилителя с диодным ключом, поскольку при одной полярнос ти сигнала обратная связь через диод разрывается и операционный усилитель имеет очень высокий коэффициент усиления. Это приводит к коммутации с частотой помехи транзисторного ключа на входе усилителя с изменением знак коэффициента передачи. Кроме того, при отключении входно го сигнала выходное напряжение интег ратора изменяется из-за смещения нул операционного усилителя. Поэтому пос ле снятия входного сигнала может произойти переключение релейного эле мента или релейного элемента и усили теля с изменением коэффициента передачи (в зависимости от момента снятия входного сигнала). В результате после снятия входного сигнала двнгатель может делать один или два лишних шага. Это снижает точность системы управления. Целью изобретения является повышение точности и помехоустойчивости устройства управления. Поставленная цель достигается тем. что в устройство для управления че- i тырехфазным двигателем переменного тока, содержащее четыре усилителя мощности, двувходовый интегратор, релейньй элемент, усилитель с изменением знака коэффициента передачи, ЪперациоНный усилитель с диодным ключом и резистивным делителем в обратной связи, транзисторньй ключ и инвертор, причем транзисторный ключ соединяет вход устройства с выходом диодного ключа, цепь обратной связи выполнены из двух резисторов, включенных последовательно с диодом, общая точка резисторов соединена с неинвертирующим входом интегратора, а транзистор инвертора, управляющий переключателем, подключен к выходу диодного ключа, введены резистор, источник опорного напряжения, компаратор и ключ, подключенный параллельно конденсатору двувходового интегратора, управляющий вход ключа соединен с выходом кo mapaтopa, первый вход которого подютючен к входу переключателя на инвертирующем входе интегратора, второй вход подключен к источнику опорного напряжения, а выход усилителя с изменением знака коэффициента передачи соединен с неинвертирующим входом этого усилителя через резистор. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие его работу. Устройство содержит (фиг. 1) уси.пители 1-4 мощности инверторы 5 и 6, регулируемый источник 7 напряжения (тока) в обмотках двигателя с входом 8 уставки и входом 9 обратной связи, двувходовый интегратор 10 с интег- . рирующим конденсатором 11 и входным резистором 12, переключатель 13 на МОП-транзисторах 14 и 15, релейный элемент 16, усилитель 17 с изменением знака коэффициента передачи, построенный на операционном усилителе 18 с входными резисторами 19-22, диодным ограничителем 23, 24 и транзисторным ключом 25 на инвертирующем входе. Блок- 26 вьзделения модуля входного сигнала V... выполнен на операционном усилителе 27 с входным резистором 28, резисторами 29 и 30 и диодным ключом 31 в основной обратной, связи, диодом 32 и стабилитроном 33 в дополнительной обратной связи и МОП-транзисторном ключе 34. Выход блока 26 выделения модуля подключен к входу переключателя 13 и входу 8 уставки регулируемого источника.- В состав устройства также входит инвертор 35 на МОП-транзисторе 36, цепь управления которого подключена к выходу релейного элемента 16, соединенному с одним из входов управления переключателя 13, другой вход управления которого соединен с выходом инвертора 35, компаратор 37 на операционном усилителе 38, первый вход 39 которого подключен к выходу блока 26 а второй вход 40 соединен с источником опорного напряжения V, и ключ 4 на МОП-транзисторе, подключенный параллельно конденсатору 11 двухвходового интегратора 10, причем управляющий вход ключа 41 соединен с выходом компаратора 37. Кроме того, усилитель 17 с изменением знака коэффициента передачи охвачен положительной обратной связью через резистор 42, соединяющий его выход с неинвертирующим входом операционного усилителя 18.

Устройство работает следующим образом. I .

В исходном состоянии при о тсутст- ВИИ входного сигнала (Vg 0) компаратор 37 под действием опорного на пряжения VQ устанавливается в положение, при котором ключ 41 замкнут и выходное напряжение интегратора 10 равно нулю. Релейный элемент 16 находится в одном из устойчивых состояний, а потому одна из нечетных обмоток двигателя (Wj или W) подключена к источнику 7. Благодаря введенной положительной обратной связи, охватывающей усилитель 18 (резистор 42), последний работает в,релейном режиме и находится в состоянии положительного или отрицательного насыщения. Поэтому одна из четных юбмоток (V или ) двигателя также подключена к регулируемому источнику 7. ТаКИМ образом, при нулевом входном сигнале две из четырех обмоток двигателя находятся под током, а две другие обесточены и двигатель заторможен. При этом токи в обмотках двигателя задаются начальной уставкой V- , поскольку напряжение на выходе блока 26 вьщеления модуля равно нулю ().

При подаче положительного входног сигнала (У,) операционный усилитель 27 блика 26 переходит в режим ограничения и на его выходе возникает отрицательное напряжение, определяемое напряжением стабилитрона 33. Это напряжение смещает диод 31 в непроводящем направлении и одновременно открывает МОП-транзисторный ключ 34, через который входное напряжение ( поступает на выход блока 26 выделения модуля, в результате чего .avi . Если Vj, VQ , операционный усилитель 38 переходит в состояние положительного насыщения, при котором ключ 41 на МОП-транзисторе размыкается и в устройстве возникают автоколебания, обеспечивающие коммутацию обмоток двигателя в последовательности

, ,

Действительно, пусть в исходном состоянии релейный элемент 16 и усилитель 17 находятся в состоянии положительного насыщения, что соответствует подключению обмоток W -W к источнику 7. Под действием положительного напряжения V на выходе релейного элемента 16 транзистор 15 переключателя 13 закрыт, а транзистор 14 открыт (транзистор 14 открывается выходным напряжением инвертора 35, транзистор 36 которого закрыт положительным напряжением V) . Через открытый транзистор 14 выходное напряжение УМ блока 26 вьщеления модуля подключается к резистору 12 на инвертирующем входе интегратора 10. К неинвертирукяцему входу интегратора 10 приложено напряжение с делителя на резисторах 29 и 30 в обратной связи операционного усилителя 27. При .равенстве сопротивлений резисторов 29 и 30 на неинвертирующем входе интегратора 10 действует напряжение ,. Поэтому конденсатор 11 заряжается током

. VM-0.5V O.SVex

Ч

мг

где сопротивление резистора 12. Заряд конденсатора 11 продолжается до тех пор, пока отрицательное выходное напряжение интегратора ( на фиг. 2) не достигнет порога переключения V( релейного элемента 16. После этого последний переходит в состояние отрицательного насыщения.

вследствие чего транзистор 15 замыкается, а транзистор 14 размыкается. При этом конденсатор 11 интегратора .10 перезаряжается под действием положительного напряжения VA . Перезаряд конденсатора J poйcxoдит под действии продолжается до ем тока тех пор, пока полояителъное напряжение у интегратора 10 йе достигнет второго порога перетслючения V2 релейного элемента 16 (фиг.2). После перекогючения релейного элемента 16 процесс повторяется. При равенстве токов (i(i) и порогов переключений (Vfl |v,| ) интервалы времени, в течение которых напряжение интегратора Vn изменяется от V,| до V,, и от Vg до |. , одинаковы. При этом возникают симметричнее колебания. Частота колебаний f прямопропорциональн напря жению , R,2c. где 0 - емкость конденсатора 11. Из временных диаграмм (фиг. 2) следует, что напряжение отстает от напряжения V на четверть периода Выходное напрюкение усилителя 17 при надлежащем выборе сопротивления резистора 2 (при достаточно узкой петле гистерезиса релейного элемента на операционном усилителе 18) в замк нутом транзисторе 25, что соответствует положительному напряжению Vgij, совпадает по фазе с напряжением интегратора V, , поскольку Vf, поступает на неиквертирующий вход операционно го усилителя 18, ТЗ результате наггряжейие V(D опережает Vj на четверть периода и обмоти двигателя комг-гутируются в послэдовательности W -W , Wt-w, . ..... При отрицательном напряжении Vg,( работа устройства происходит аналогичным образом с.той лишь разницей. что ключ 25 усилителя 17 находится в разомкнутом состоянии и коммутагрш обмоток двигателя происходит в обрат ной последовательности. Действитель но, при V,.; О на выходе усилителя 2 возникает пололсительное напряжение, которое открывает Д11од 32, и операционный усилитель 27 охватывается о

рицательной обратной связью через резисторы 29 .и 30. Одновременно напряжение V закрывает ключ 34 на МОПтранзисторе, поэтому выходное напряжение U(| блока 26 вьщеления модуля определяется выражением 0 29 30 - сопротивления резисторов 28 - 30. При (,+R3o напряжение ) т.е. на выходе блока 26 при отрица-тельном напряжегши Vg формируется положительное напряжение Vt, равное по абсолютной величине Поскольку УН не зависит от знака Vgx, работа двухвходового интегратора 10 с релейным элементом 16 и перехслючателем 13 происходит точно так же, как и при положительном напряжении VB . Отличие состоит в работе усилителя 17. При Vgj О положительное выходное напряжение Уц операционного усилителя 27 закрывает транзисторный ключ 25 на инвертирующем входе опера-. ЦИОН-.-ОГО усилителя 18. Вследствие напряжение интегратора L поступает на оба входа операционного усилителя 18 и доминирует на инвертирующем входе этого усилителя, так как на неинвертирующем входе оно ослабляется делителем на резисторах 22 и 20. В результате при V О усилитель 1 7 инвертирзет выходное напряжение интегратора VH и напряжение отстает от напряжения .V на четверть периода. В этом случае обмотки двигателя коммутируются в последовательности , , что соответствует изменению направления вращения двигателя. Таки1 1 образом, при наличии входно го напряжения, превышающего по абсолютной величине опорное напряжение 0 9 устройство переходит в режим колебаний, обеспечивая коммутацию обмоток двигателя с частотой, прямопропорциональной абсолютной величине входного напряжения, и в последовательности, определяемой его знаком. Рассмотрим работу устройства при снятии входного сигнала. Как только входное напряжениеУЗКстановится меньше VQ происходит замыкание ключа 41. Выходное напряжение интегратора 10 практически скачком принимает значе-. 711 ние, близкое к нулю (момент времени t, на фиг. 2). Благодаря положительной обратной связи, введенной в усилитель 17 через резистор 42, йтот усилитель работает в релейном режиме и напряжение V,g на выходе усилителя 47 остается неизменным. Для выполнения зтого условия необходимо, чтобы остаточное напряжение на выходе интегратора 10 при замкнутом ключе 41 лежало в пределах ширины петли гисте резиса релейного усилителя 17. Очевидно, что релейный элемент 16 также сохраняет свое состояние прискачкообразном изменении выходного напряжения интегратора 10 до нуля. Следовательно, при отключении Мgx об мотки двигателя, находящиеся под током, остаются во включенном состоянии, в то время, как обесточенные об мотки Остаются отключенными. В ре8 . . зультате при отюпочении входного сигнала ротор дви ателя фиксируется в заданном положении и лишние шаги, обусловленные дрейфом нуля интегратора исключаются. При наличии помех и малых входных сигналов (OijVflxUVo) устройство сохраняет работоспособность за счет того, что компаратор 57 удерживает ключ 41 в замкнутом состоянии и выходное, напряжение п интегратора 10 практически равно нулю. Поэтому независимо от состояния транзисторного ключа 25, который моясет коммутироваться под действием помехи за счет изменения выходного напряжения Vij усилителя 27, выходное напряже аие усилителя 18 сохраняется неизменным (остаточное напряжение интегратора лежит в зоне гистерезиса статической характеристики усилителя 18).

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЧЕТЫРЕХФАЗНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА по авт. св. № 886182, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения {очности и помехоустойчивости,в него введены резистор, источник опорного напряжения, компаратор и ключ, подключенный параллельно конденсатору двухвходового интегратора, управляющий вход ключа соединен с выходом компаратора, первый вход которого подключен к входу переключателя на инвертирующем входе интегратора , второй вход подключен к источнику опорного наряжения, a выход усилителя с изменением скака коэффициента передачи соединен с не инвертирующим входом этого усилителя через резистор.

)

Ф1/г.2