Электропривод переменного тока Советский патент 1986 года по МПК H02P7/36 

но-импульсной четвертьволновой модуляции синусоидального напряжения питания. В устройстве за счет исключения фазосдвигакяцего конденсатора удается снизить габариты аппаратуры управле- ния при одновременном повьшении жестИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромашиных счетных системах автоматики.

Целью изобретения является улуч- шение массогабаритных показателей.

На фиг. 1 представлена силовая схема.электропривода переменного тока; на фиг. 2 и 3 - блоки схемы управления; на фиг. 4 - таблица с алгоритмом переключения диодно-тран- зисторных ключей.импульсного полупроводникового преобразователя; на фиг. 5 - диаграммы напряжений в блоках электропривода.

Электропривод переменного тока (фиг. 1) содержит двухфазньй асинхронный электродвигатель 1 с двумя обмотками 2 и 3 импульсный полупроводниковый преобразователь 4, состав ленный из двух соединенных последовательно и снабженных выводами для подключении однофазной питающей сети диодно-транзисторных ключей 5 и 6, параллельно каждому из которых под- ключена соответствующая фазная обмотка синхронного электродвигателя 1, схему 7 управления, два выхода которой подключены к управляющим входам диодно-транзисторных ключей 5 и 6.

Схема 7 управления (фиг. 2) состоит из соединенных последовательно блока 8 пилообразных напряжений и блока 9 сравнения, блока 10 формирования абсолютного значения входного сигнала, индикатора 11 полярности входного сигнала, блока 12 логически операций и блока 13 гальванической развязки и усиления сигнала управления j при этом входы блока 10 форми- рования абсолютного значения входного сигнала и индикатора 11 поляр- ,ности входного сигнала объединены и снабжены выводом для подключения

кости механических и линейности регулировочных характеристик двигателя. Это увеличивает быстродействие прецизионных приборов и точность автоматического регулирования , 5 ил.

датчика входного сигнала, вход блока 10 формирования абсолютного значения входного сигнала подключен к двум другим входам блока 9 сравнения, вход блока 8 пилообразных напряжений снабжен выводами для подключения Г однофазной питающей сети, третий, второй и первый входы блока 12 логических операций подключены соответственно к выходу индикатора 11 полярности входного сигнала и к двум выходам блока 9 сравнения, выходы блока 12 логических операций подключены к двум входам блока 13 гальваническо развязки и усиления сигнала управления .

Блок 12 логических операций (фиг. 3) состоит из четырех двухвхо- довых логических элементов И 14-17, четырех двухвходовых логических элементов И-НЕ 18-21, двух двухвходовых элементов ИСКШОЧАКШЩЕ-РШИ 22 и 23, одни входы первых логических элементов И 14 и И-НЕ 18 объединены и образуют первый вход блока 12 логических операций, одни входы вторых логических элементов И 15 и И-НЕ 19 объединены и образуют второй вход блока 12 логических операций, другие входы первого и второго логических элементов И 14 и 15 и два входа третьего логического элемента И-НЕ 20 объединены и образуют третий вход блока 12 логических операций выход третьего логического элемента И-НЕ 20 подключен к другим входам первого и второго логических элементов И-НЕ 18 и 19, выход второго логического элемента И 15 подключен к одному входу первого логического элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ШШ 22, другой вход которого подключен к выходу первого логического элемента И-НЕ 18, выход первого логического элемента

И 14 подключен к одному входу второго . логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23, другой вход которого подключен к выходу второго логического элемента И-НЕ 19, выходы первого и второго ло- 5 гических элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 22 и 23 подключены к входам четвертого логического элемента И-НЕ 21 и к одним входам третьего и четвертого логический элементов И 16 и 17, дру- гие входы которых подключены к вьпсод четвертого логического элемента И-НЕ 21, вькоды третьего и четвертого логических элементов И 16 и 17 образуют выходы блока 12 логических операций.

На фиг. 5 обозначены диаграмма 24 напряжения входного сигнала; выходные напряжения 25 и .26 блока 8 пилообразных напряжений; выходные напряжения 27-28 блока сравнения; напряжения 29 и 30 на выходах блока 12 логических операций; напряжения 31 и 32 на выходах блока 13 гальванической развязки и усиления сигналов управления; напряжения 33 и 34 на фазных обмотках 2 и 3 асинхронного электродвигателя.

Блок 8 пилообразных напряжений включает в себя входной операционный усилитель (ОУ), преобразующий синусоидальное напряжение в прямоугольноеЗО той же частоты. Ограниченный по амплитуде сигнал с ОУ поступает на входы двух интеграторов со сбросом, выполненных на двух ОУ. и полевых транзисторах. Выходы интеграторов соеди- 35 нены с двумя инверторами для получения двух пилообразных напряжений 25 и 26 (фиг. 5).

Блок 10 формирования абсолютного значения входного сигнала (фиг. 2) 40 вьтолнен на операционном усилителе и реализует функцию Ug при наличии общей точки с другими блоками схему управления.

Индикатор 11 полярности входного 45 сигнала выполнен на операционном усилителе, выход которого через ограничитель уровня сигнала соединен с первым входом блока 12 логических операций.50

Блок 9 .сравнения состоит из двух одинаковых схем. На инвертирующие входы операционных усилителей подается напряжение с блока 10, а на неинвертирующие входы - опорные нап- 55 ряжения 25 и 26 (фиг. 5). В результате сложения входных сигналов на выходе блока 9 формируются прямоугольные импульсы положительной полярност 27 и 28 (фиг. 5), скважность которых пропорциональна значению входного сигнала.

Ёлок 12 логических операций выполнен на интегральных микросхемах ТТЛ- -логики и обеспечивает распределение последовательности прямоугольных импульсов по двум каналам управления силовыми диодно-транзисторными ключами 5 и 6 в соответствии со знаком и значением входного сигнала и .защит от сквозных коротких замыканий цепи преобразователя 4 в случае превьшения максимально допустимого уровня входного сигнала.

Блок 13 гальванической развязки и усиления сигналов управления состои из двух одинаковых частей, каждая из которых включает в себя входную опт- ронную пару и ключевой усилитель на одном транзисторе. Для активного запирания силовьгх транзисторов им-. пульсного преобразователя 4 с помощью диодно-резистивных цепочек осуществ- ,ляется автоматическое смещение выходных напряжений 31 и 32.

Управление реверсивным асинхронным электродвигателем 1 от источника однофазного переменного напряжения основано на широтно-импульсном формировании напряжений в фазных обмотках 2 и 3 статора электродвигателя 1. Поскольку фазосдвигающий конденсатор при этом не используется, то необходимый для нормальной работы двигателя 1 угол фазового сдвига между напряжениями (токами) обмоток 2 и 3 статора создается при помощи широтно-импульс- ной четвертьволновой модуляции синусоидального напряжения питания.

Электропривод работает следующим образом.

При отсутствии входного сигнала (и. 0) на выходе индикатора 11 полярности входного сигнала формируется сигнал О, нулевой сигнал будет и на выходе блока 10 формирования а.бсолютного значения входного сигнала. В результате на выходе блока: 9 сравнения формируются два напряжения со сважностью, равной единице. Эти два напряжения и сигнал О поступают на входы блока 12 логических операций. На выходе блока 12 формируются сигналы О, которые после прохождения оптронных пар блока 13 гальванической развязки и усиления

инвертируются и отпирают транзисторы усилителей импульсов. В результате н диодно-транзисторные ключи 5 и 6 подается отрицательное (запирающее) напряжение смещения. Ключи 5 и 6 запираются и статорные обмотки 2 и 3 двигателя 1 подключаются последовательно к питающей сети. Поскольку напряжения (токи) статорных обмоток 2 и 3 совпадают по фазе, то в двигателе 1 при нулевом входном сигнале возникает пульсирующее магнитное поле, обеспечивающее эффективное динамическое торможение ротора.

При наличии входного сигнала положительной полярности (Н g 0) на - выходе блока 11 формируется сигнал 1, а на выходе блока 9 - два прямоугольных напряжения 27 и 28, сме- щенные по фазе в соответствии с опорными напряжениями 25 и 26 и имеющие одинаковую скважность, определяемую уровнем входного сигнала 24. В интер вале времени 35-36 (фиг. 5) на трети и первый входы блока 12 поступают сигналы с одного выхода блока 9 и выхода блока 11 сигналы 28 и 24, равные 1, а на второй вход - сигт над 27, равный О. В результате ра- боты блока 12 на его первом выходе присутствует сигнал 1, а на вто- ром - О. После прохождения этих сигналов через блок 13 ключ 5 замыкается, а ключ 6 размыкается. В ре- зультате в рассматриваемом интервале |времени (-39-35 иJ39-37) статорная обмотка 2 замкнута накоротко, а к обмотке 3 приложено напряжение питания. Б интервале времени 35-36 и 37-38 на все три входа блока 12 поступают сигналы 1, образуя на его выходе сигналы, равные О. При этом ключи 5 и 6 запираются и к последовательно включенным обмоткам 2 и 3 прикладывается напряжение питания. В двигателе 1 развивается демпфирующий момент, повышающий линейность механических и регулировочных характеристик. В интервале времени 36-40, 38-40 на первый и второй входы блока 12 поступают сигналы 1, а на третий вход - сигнал О. В результате работы блока 12 на его первом выходе сигнал О, а на втором - 1. После прохождения этих сигналов через блок 13 ключ 5 размыкается, а ключ 6 замыкается. В результате в

рассматриваемом интервале времени 36-40 и 38-40 к стартовым обмоткам 2 и 3 прикладываются напряжения 33 и 34 (фиг. 5). В течение следующей полуволны напряжения питания процессы в электроприводе повторяются и в обмотках 2 и 3 сформируются отрицательные импульсы статорного напряжения. Значения статорных напряжений и угол фазового сдвига первых гармог нических составляющих зависят от ркважности выходного сигнала блока 9.

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 При этом вращающий электромагнитный момент асинхронного электродвигателя также возрастает от О до максимального значения. Предельная продолжительность проводящих состояний ключей 5 и 6 л равна четверти периода напряжения питания. При дальнейшем увеличении продолжительности проводящих состояний ключей 5 и 6 в силовой цепи возникает режим сквозного короткого замыкания, для устранения которого в блоке 12 имеется узел защиты, запирающий каналы управления ключами 5 и 6 при входных сигналах, превьшающих максимально допустимые значения, при которых на выходах логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ Ш1И 23 и 22 одновременно появляются сигналы 1.

В данном электроприводе обеспечивается реверсивное управ гение электродвигателем 1. При изменении полярности входного сигнала в интервалах времени 40-36 и 40-38 (фиг. 5) на первый и второй входы блока 12 поступают сигналы О, а на третий вход - сигнал 1. На первом вькоде блока 12 появляется сигнал О, а на втором - 1, т.е. противоположные.тем, .что были при Ugj 0. Изменяются при этом сигналы на противоположные и в интервалах времени 36-40 и 38-40 (фиг. 5), что приводит к обратному порядку следования фаз напряжений статора и к реверсу асинхронного электродвигателя 1.

В результате исключения фазосдвй- гающего конденсатора значительно (примерно в два раза) снижаются масса

и габариты аппаратуры управления электродвигателей при одновременном повышении жесткости механических и линейности регулировочных характеристик двигателя, что положительно влияет на точность и быстродействие прецизионных приборных систем автоматического регулирования.

Изобретение обеспечивает повьппен- ную надежность и технологичность монтажно-сборочных работ.

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий двзосфазньй асинхронный электродвигатель, импульсный полупроводниковый преобразователь и схему управления, составленную из соединенных последовательно блока пилообразных напряжений и блока сравнения , блока гальванической развязки и усиления сигналов управления, выходы которого подключены к управляющим входам импульсного полупроводникового преобразователя, вход блока пилообразньк напряжений снабжен выводами для присоединения однофазной питающей сети, отличающий- с я тем, что, с целью улучшения мае согабаритных показателей, в схему управления введены индикатор полярности входного сигнала, блок формирования абсолютного значения входного сигнала и блок логических опера- ций, составленный из четырех двух- входовых логических элементов И, четьфех двухвходовых логических элементов И-НЕ, двух двухвходовых логических элементов ИСКЛЮЧАКНЦЕЕ ИЛИ одни входы первых логических элементов И и И-НЕ объединены и образуют первый вход блока логических опера- jprii, одни входы вторых логических элементов И и И-НЕ не объединены и образуют второй вход блока логических операций, другие входы первого и второго логических элементов И и два входа третьего логического элемента И-НЕ объединены и обра-

o

5

0

5

зуют третий вход блока логических операций, выход третьего логического элемента И-НЕ подключен к другим входам первого и второго логических элементов И-НЕ, выход второго логического элемента И подключен к одному входу логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, другой вход которого ПОДК.ГПОчен к выходу первого логического элемента И-НЕ, выход первого логического элемента И подключен к одному входу второго логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу второго логического элемента И-НЕ, выходы первого и второго логического элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к входам четвертого логического элемента И-НЕ и к одним входам соответственно третьего и четвертого логических элементов И, другие входы которых подключены к выходу четвертого логического элемента И-НЕ, выходы третьего и четвертого логических элементов И образуют выходы блока логических операций, импульсный полупроводниковый преобразователь выполнен в виде двух диодно- транзисторнык ключей переменного тока, соединенных последовательно и снабженных выводами для подключения однофазной питающей сети, параллельно каждому диодно-транзисторному. ключу подключена соответствующая фазная обмотка асинхронного электродвигателя, входы индикаторы полярности входного сигнала и блока формирования абсолютного значения входного сигнала объединены и снабжены выводом для подключения датчика вход-- ного сигнала, выход блока формирования абсолютного значения входного сигнала подключен к двум двугим входам блока сравнения, два выхода которого и выход индикатора полярности входного сигнала подключены соответственно к третьему, второму и первому входам блока логических операций, два выходакоторого подключены ксоотве- тствующим входамблока гальванической развязки иусиления сигналов управленияФиб, Г

фиг. 3

Фиг.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматике. Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей. Устройство содержит двзпсфазный асинхронный двигатель (АД), импульсный преобразователь, схему управления, выполненную на блоке S пилообразных напряжений, блоке 9 сравнения, блоке 10 формирования абсолютного значения входного сигнала. В схему управления введены индикатор 11 полярности входного сигнала, блок логических операций и блок гальванической развязки и усиления сигнала управления. Управление АД основано на широтно-импульс- ном формировании напряжений в фазных обмотках статора АД при помощи щирото $ (Л го 4 00 о to 00