Устройство для управления асинхронным двухфазным двигателем Советский патент 1985 года по МПК H02P7/36 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромашинных системах автоматики.

Цель изобретения - .улучшение массогабаритных показателей и расширение функциональных возможностей путем обеспече нип реверса двигателя.

На фиг. 1 и 2 представлена электрическая схема устройства управления асинхронным двухфазным двигателем; на фиг. 3 - таблица с алгоритмом переключения диодно-транзисторного ключа при прямом (верхние обозначения включенного В или запер того 3 состояний транзисторов) и обратном (нижние обозначения) вращении ротора асинхронного двигателя; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняюш,ие работу устройства.

Устройство для управления асинхронным двухфазным двигателем содержит блок I пилообразных напряжений, синхронизированных с частотой напряжения питания, блок 2 абсолютного значения входного сигнала и индикатор 3 полярности входного сигнала, которые входами подключены к датчику входного сигнала, блок 4 сравнения, соединенный первым и вторым входами .с вь1ходамй блока пилообразных напряжений, а третий вход соединен с выходом блока 2 абсолютного, значения входного сигнала. Два выхода блока сравнения соединены со вторым и третьим входами блока 5 определения момента включения диодно-транзисторного ключа, первый вход которого соединен с выходом индикатора 3 полярности входного сигнала, а выход подключен к входу блока 6 гальванической развязки и усиления сигналов управления диодно-транзисториым ключом 7, который подключен параллельно обмотке 8 двухфазного электродвигателя 9, имеющего вторую обмотку. 10.

Блок определения момента включения диодно-транзисторного ключа содержит два инвертирующих элемента И-НЕ 11 и 12, один элемент И 13 и выходной элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14; при этом два входа первого инвертирующего элемента И-НЕ и первый вход элемента И 13 соединены между собой, образуя первый вход блока определения момента включения диодно-транзисторного ключа, второй и третий входы которого являются соответственно вторым входом элемента И 13 и первым входом второго инвертирующего элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом первого инвертирующего элемента И-НЕ 11, выходы элемента И 13 и второго инвертирующего элемента И-НЕ 12 соединены с двумя входами выходного элемента ИСКЛЮЧАЮЩИЕ ИЛИ 14.

Блок 4 сравнения состоит из двух идентичных компараторов 15 и 16, два входа которых объединены и образуют вход блока сравнения, а оставшиеся свободные входы

подключены к двум выходам генератора 1 пилообразных напряжений.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии входного сигнала (UBi 0) на выходе индикатора 3 полярности формируется сигнал логического нуля, нуле вой сигнал присутствует и на выходе блока 2 абсолютного значения входного сигнала.

В результате на выходе блока 4 сравнения получают два напряжения со скважностью, равной единице. Эти два напряжения и сигнал логического нуля поступают на входы блока 5 определения момента включения

5 диодно-транзисторного ключа, на выходе которого формируется сигнал«0 Последний после прохождения оптроннойпары блока 6 инвертируетсяи отпирает транзистор усиления сигналов. В результате на диодно-транзисторный ключ 7 подается отрицательное

0 (запирающее) напряжение смещения. Ключ 7 заперт и статорные обмотки 8 и 10 двигателя 9 включень последовательно с источником переменного напряжения Un. Поскольку напряжения (токи) статорных обмоток

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

При наличии входного сигнала положительной полярности () на выходе блока 3 индикации полярности входного сигнала формируется сигнал «1, а на выходе блока 4 сравнения формируются два прямоугольных напряжения U и UlJ. (фиг. 4), смещенных по фазе в соответствии с опорными напряжениями Ut и Ui и имеющих одинаковую скважность, определяемую уровнем входного сигнала UBX- В интервале 0«4 с.:1(фиг. 4) на первый и третий„входы блока 5 поступают сигналы U и U4, равные «1, а на второй вход - сигнал Ui,

равный «О. В результате работы блока5 на его выходе присутствует сигнал «1, который после прохождения блока 6 включает диодно-транзисторный ключ 7. В рассматриваемом интервале времени ()

статорная обмотка 8 замкнута накоротко, а к обмотке 10 прикладывается напряжение питания (фиг. 4). В интервале времени aij 4ii /izHa все три входа блока поступают сигналы «1, образуя на его выходе сигнал, равный «О. При этом ключ 7 заперт, а к

0 последовательно включенным обмоткам 8 .и 10 прикладывается напряжение питания Un. В интервале времени )изГна первый и второй входы блока 5 поступают сигналы «1, а на третий вход - сигнал «О. В результате работы блока 5 на его выходе присутствует сигнал 0, что обеспечивает запирание ключа 7. В течение следующей полуволны напряжения питания процессы в устройстве управления повторяются и в обмотках 8 и 10 формируются отрицательные импульсы, статориого напряжения. Значения статорных напряжений и угол фазового сдвига первых гармонических составляющих зависят от скважности выходного сигнала блока 4 сравнения. С увеличением абсолютного значения входного сигнала от нуля до максимума увеличивается угол фазового сдвига первых гармонических составляющих статорных напряжений (токов) соответственно от нуля до предельного значения, близкого к 90°. этом вращаюш,ий электромагнитный момент асинхронного двигателя также возрастает от О до максимального значения. С целью повышения выходной мощности двигателя рекомендуется в устройстве использовать несимметричный асинхронный двигатель, статорные обмотки которого имеют неодинаковое число витков. Подключая параллельно диодно-транзисторному ключу статорную обмотку с большим числом витков, удается повысить намагничивающую силу по оси этой обмотки и приблизить эту намагниичивающую силу по своему значению к намагничивающей силе, действующей по оси другой статорной обмотки двигателя. В . этом случае вращающееся магнитное поле асинхронного двигателя имеет меньшую эллиптичность, обеспечивая повышение выходной механической мощности двигателя. Происходящее при этом перераспределение значений напряжений Ug и Uia (щтр.иховые кривые на фиг. 4) увеличивает угол фазового сдвига между первыми гармониками напряжений, приближая его к 90° при максимальном входном сигнале .(т.е. при ЛдягЗ). Предлагаемое устройство обеспечивает реверсивное управление асинхронного двигateля. При изменении полярности входного сигнала в интервале времени 0 t oCiHa первый и второй входы блока 5 поступают сигналы «О, а на третий вход - сигнал «1. На выходе блока 5 получаем сигнал «О, который имеет место и на интервале « 1 л. Ключ 7 заперт, и напряжение питания Un на интервале времени перераспределяется между статорными обмотками. На интервале времени (flt.f на первый и третий входы блока 5 поступают сигналы «О, а на второй - сигнал «U. На выходе блока 5 появляется сигнал «I, обеспечивающий в рассматриваемом интервале времени ()) включение ключа 7. и щунтирование обмотки 8. Возникает обратный порядок следования фаз первых гармоник напряжений статора, что и обеспечивает реверс. Предлагаемое устройство позволяет с помощью одного силового элемента (диодио-транзисторного ключа) .обеспечить плавное регулирование скорости вращения асинхронного двигателя как в прямом так и в обратном направлениях, а также обеспечить эффективное динамическое торможение. За счет исключения из схемы фазосдвигающего конденсатора и доведения до минимально возможного числа силовых элементов удается значительно сократить массу и габариты аппаратуры управления. К другому положительному свойству устройства относится его высокая схемная надежность, выражающаяся в том, что независимо от состояния ,диодно-транзисторного ключа в силовой схеме устройства никогда не возникает аварийньш режим сквозного короткого замыкания. Выход из строя ключа или его ложное срабатывание вызывает лишь торможение асинхронного двигателя.

О О

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВУХФАЗНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее диоднотранзисторный ключ переменного тока и схему управления, составленную из последова.тельно соединенных блока пилообразных напряжений, блока сравнения и блока гальванической развязки и усиления сигналов управления, отличающееся тем, что, с целью улучщения его массогабаритных показателей и расщирения функциональных возможностей путем обеспечения реверса асинхронного двухфазного, двигателя, диоднотранзисторный ключ соединен параллельно с одной из фазных обмоток статора, двигателя, в схему управления введены индикатор полярности входного сигнала, блок абсолютного значения входного сигнала и блок определения момента включения диоднотранзисторного ключа, а блок сравнения составлен из двух идентичных компараторов, первые входы которых образуют первый и второй входы блока сравнения , другие входы компараторов объединены и образуют третий вход блокз сравнения, а выходы компараторов образуют два выхода блока сравнения, генератор пилообразного напряжения с двумя выходами, подключенными к первому и второму входам блока сравнения, входы индикатора полярности входного сигнала и блока абсолютного значения входного сигнала подключены к датчику входногосигнала, а их выходы соединены соответственно с первым входом блока определения включения днодрю-транзисторного ключа н с третьим входом блока сравнения, два выхода которого соединены с вторым и третьим входами блока определения момента включения диодно-транзнсторного ключа, выход блока определения момента включения диодно-транзисторного ключа соединен с входом блока гальванической развязки и усиления сигналов управ ления диодно-транзисторным ключом. (Л 2. Устройство по п. I, отличающееся тем, цто блок определения момента включения с: диодно-транзисторного ключа выполнен ввиде двух инвертирующих элементов И-НЕ, одного элемента И и выходного элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом два входа первого инвертирующего элемента И-НЕ и первый вход элемента И сое.динены и образуют первый вход блока определения моа: мента включения диодно.-транзнсторного С5 ключа, второй и третий входы которого обю разованы соответственно вторым входом элемента И и первым входом второго инверел тирующего элемента И-НЕ, второй вход СП) которого соединен с выходом первого инвертирующего элемента И-НЕ, выходы элемента И и второго инвертирующего элемента И-НЕ соединены с двумя входами выходного элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Un.

О iff oC2 . n

Un

-/t

Un и 10

-%

L-- «2

Mt

ггг

t

Фиг Л