Устройство для управления электродвигателем постоянного тока Советский патент 1987 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в. электроприводах постоянного тока.

Целью изобретения является расширение области применения за счет ограничения тока в режиме торможения .

На фиг,1 приведена схема устройства для управления электродвигателем постоянного тока; на фиг,2 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство для управления электродвигателем 1 содержит мост на транзисторах 2 5, к одной диагонали которого подключен электродвигатель 1, а к другой - источник питания, первьй 6 и второй 7 диоды, первый датчик 8 тока, а также триггер 9, первую 10 и вторую.1 схемы И, второй датчик-i 12 тока, третий 13 и четвертый 14 диоды, третью 15 и четвертую 16 схемы И, выходы которых соединены с базами третьего 4 и четвертого 5 транзисторов, два пороговых элемента 17 и 18 с несимметричной петлей гистерезиса, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первой 10 и второй 11 схем И, а также третьей 15 и четвертой 16 схем И, четыре ключа 19 - 22, выходы которых: объединены и соединены со входами пороговых элементов 17 и 18, два инвертора 23 и 24 и две трехвходовые схемы ИЛИ-НЕ 25 и 26, причем датчики 8 и 12 токов выполнены в виде резисторов и включены в цепь эмиттеров соответственно первого 2 и второго 3 транзисторов.

Выходы датчиков 8 и 12 токов соединены со --входами первого ключа 19 и первого инвертора 23 и со входами второго ключа 20 и второго инвертора 24, выходы инверторов подключены ко входам соответственно третьего 2 и четвертого 22 ключа, управляющий вход первого 19 ключа соединен с пер .выми входами схем ИЛИ-НЕ 25 и 26 и с базой первого 2 транзистора, управляющий вход второго ключа соединен со вторыми входами схем ИЛИ-НЕ 25 и 26 и с базой второго 3 транзистора, выходы первой. 25 и второй 26 схем ИЛИ-НЕ - с управляющими входами соответственно третьего 21 и четвертого 22 ключей, прямой выход триггера 9 подключен к третьему входу первой 25 схемы ИЛИ-НК и к вторым вхо-

5

дам первой 10 и четвертой 16 схем И, инверсный выход триггера подключен к третьему входу второй 26 схемы ИЛИ-НЕ и к вторым входам второй 1I

и третьей 15 схем И, диоды 6,7,13 и 4 включены между эмиттерами и коллекторами соответствующих транзисторов 2-5 встречно полярности источника питания.

Совокупность ключей 19 - 22 инверторов 23 и 24 и схем ИЛИ-НЕ 25 и 26 обеспечивает формирование непрерывного сигнала на входах пороговых элементов, пропорционального то5 ку электродвигателя 1 .

Устройство работает следующим образом.

Допустим, на вход S триггера 9 подан единичный сигнал Ug, . Соглас0 но с входным сигналом S триггер 9 устанавливается в единичное состояние по прямому выходу, Единичный СИ1-

нал с прямого выхода триггера поступает на вторые входы логических схем И 10 и 16, На первые входы всех четырех логических схем И 10, 11, 15 и 16 поступают .единичные сигналы с выходов пороговых элементов 17 и 18. В результате на выходах логических схем

И 10 и 16 появляются единичные сигналы, которые переводят транзисторы 2 и 5 в открытое состояние. Кроме то- . го, единич1- ым сигналом с выхода схемы И 10 замыкается быстродействующий

5 ключ 19 и через него выход резистив- ного датчика 8 тока подключается к общему входу пороговых элементов 17 |И 18. Нулевой сигнал на общем входе пороговых элементов соответствует

0 отсутствию тока в силовой цепи устройства. Поэтому пороговые элементы сохраняют принятое единичное состояние по выходу. I

г При подёче питания н-а транзисторный мост в силовой цепи через открытый транзистор 5, электродвигатель 1, транзистор 2 и датчик 8 тока начинает протекать ток, нарастающий по

Q величине. Пропорционально току электродвигателя 1 увеличивается сигнал на выходе датчика тока 8 и соответственно сигнал на общем входе пороговых элементов 7 и 18 которые имеют

неодинаковые по уровню пороги срабатывания. Порог срабатывания элемента 17 нилсе порога срабатывания элемента 8 на величину половины петли гистерезиса элемента 18.

При достижении током уставки срабатывания порогового элемента 17 (момент времени t, на фиг.З) последний переключается в нулевое состояние по выходу, В соответствии с нулевым сигналом порогового элемента 7 появляется нулевой сигнал на выходе схемы И 16 и закрывается транзистор 5. Ток электродвигателя замыкается по цепи транзистор 2, датчики 8 и 12 тока и диод 7, При снижении тока до уровня включения порогового элемента 17 (момент времени tj на виг.З) последний переключается в единичное состояние по выходу и, в свою очередь, переводит транзистор 5 в открытое состояние, В дальнейшем процесс .работы устройства периодически повторяется в описанной последовательности. В якорной обмотке протекает ток, ограниченный на заданном уровне порогами переключения порогового элемента, которые определяются шириной петли гистерезиса (фиг.2), При выходе на установившуюся частоту вращения ток в якорной обмотке снижается до величины, меньшей порогов срабатывания элемента 17 (момент времени t на фиг.З), и устройство принимает первоначальное состояние, при котором открыты транзисторы 2 и 5.

Для реверсирования или торможения электродвигателя необходимо снять единичный сигнал и подать сигнал Ug,( на R-вход триггера 9. Согласно входным сигналам RS-триггер устанавливается в единичное состояние по инверсному выходу и в нулевое состояние по прямому. Соответственно с переключением триггера появляются нулевые- сигналы на выходах схем И 10 и 16 и единичные - на выходах схем И 11 и 15, так как на первые входы этих элементов поступают единичные сигналы с выходов пороговых элементов. Транзисторы 2 и 5 закрываются, транзисторы 3 и 4 открываются, кроме того, размыкается- ключ 19 и замыкается ключ 20.

В момент запирания транзисторов 2 и 5 ток электродвигателя замыкается через обратные диоды 7 и 13 и датчик 12 тока. При этом направление тока встречно полярности источника питания и против ЭДС электродвигателя. Ток снижается до нуля (интервал времени на фиг.З), а затем начинает резко нарастать в этой цепи в прямом направлении через открытые транзисторы 3 и 4. Сигнал, пропорциональный току, выделяется на датчике 5 12 тока и с его выхода поступает на общий вход пороговых элементов через замкнутый ключ 20.

При достижении током величины порога срабатывания элемента -17 (момент времени tg на фиг.З) последний переключается в нулевое состояние по выходу. Нулевым сигналом с его выхода закрывается транзистор 4. С этого момента ток замыкается по цепи

5 через открытый транзистор 3, датчики 8 и 12 тока и обратньш диод 6. Под действием ЭДС в этой цепи ток продолжает нарастать. При достижении током уровня уставки срабатывания порогово0 го элемента 18 (момента времени tj) последний переключается в нулевое состояние по выходу. Нулевым сигна-, лом с выхода элемента 18 транзистора 3 переводится в закрытое состояние.

Ток протекает через обратные диоды 6 и 14 и датчик 8 тока. Одновременно с закрыванием транзистора 3 размыкается ключ 20 и замыкается ключ 21. В момент снижения тока до уровня включе0 ния порогового элемента 18 (tg на фиг.З) последний переключается в единичное состояние по выходу. В соответствии с переключением открывается транзистор 3, размыкается ключ 21 и

5 замыкается ключ 20. Далее процесс работы устройства повторяется в опи- -. санной последовательности.

Таким образом, осуществляется ог0 раничение тока вращающегося электродвигателя постоянного тока (ЭПТ) на интервале его торможения. Под действием тока в якорной обмотке ЭПТ интенсивно тормозится. При снижении

5 частоты вращения до величины, близкой к нулевому значению, нарастанне -тока под действием ЭДС прекращается, и происходит его снижение (момент времени t, на фиг.З), В момент сни0 жения тока до уровня срабатывания порогового элемента 17 (момент времени tj на фиг.З) последний переключается в единичное состояние по выходу, В соответствии с этим откры5 вается транзистор 4. Через открытые транзисторы 4 и 3 и датчик 12,тока в якорной обмотке будет нарастать ток под действием напряжения источника питания.

Нарастание тока приводит к включению порогового элемента 17 в нулевое состояние по выходу с последующим запиранием транзистора 4 и замыканием тока по цепи: транзистор 3, датчики 8 и 12 тока и диод 6, На общий вход пороговых элементов поступает сигнал с датчика 12 тока через открытьй ключ 2, Далее процессы переключения транзистора 4 периодически повторяются. По истечении некоторого времени электродвигатель останавливается, затем начинает разго- няться в противоположную сторону, Процесс ограничения тока на данном этапе аналогичен описанному процессу пуска.

При реализации процессов пуска и торможения электродвигателя необходимо в момент полной остановки ротора снять питающее напряжение с транзисторного моста или уменьшить уставку токоограничения до нуля.

Устройство обеспечивает ограничение тока электродвигателя во всех режимах работы: при пуске, торможении и реверсе с любой частоты вращения.

Формула изобретения

Устройство для управления электродвигателем постоянного тока, содержащее транзисторный мост, к одной ди- 35 с управляющими входами соответствен- агонали которого подключен электро- но третьего и четвертого ключей, двигатель, а к другой - источник пи прямой выход триггера подключен к тания, первый и второй диоды, первый третьему входу первой схемы датчик тока, триггер, первую и вто- и к вторым входам первой и четвертой рую схемы И, выходы которых соединены схем И, инверсный выход триггера под- с базами первого и второго транзисто- ключей к третьему входу второй схемы ров, эмиттерами связанных с отрицательным выводом источника питания, вторые входы схем И объединены и связаны с выходом триггера, о т л и ч а- 45 ю щ е е с я тем, что, с целью рас1-1Т1И-НЕ и к вторьм входам второй и третьей схем И, диоды включены между эмиттерами н коллекторами соответст- вуюощх транзисторов встречно полярности источника питания.

5

0

5

0

ширения области применения за счет ограничения тока в-режиме торможения в него введены второй датчик тока, третий и четвертый диод, третья и четвертая схема И, выходы которых соединены с базами соответственно третьего и четвертого транзисторов, два пороговых элемента с несимметричной петлей гистерезиса, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первой и второй схем И и с первьп-1и входами третьей и четвертой схем И, четыре ключа выходы которых объединены и соединены со входами пороговых элементов с несимметричной петлей гистерезиса, два инвертора и две трехвходовые схемы ИЛИ-НЕ, причем датчики токов выполнены в виде резисторов и вклочены в цепь эмиттеров соответственно первого и второго транзисторов, выходы датчиков тока соединены соответственно с входами первого ключа и первого инвертора и с входами второго ключа и второго инвертора, выходы инверторов подключены ко входам соответственно третьего и четвертого ключа, управляющий вход первого ключа соединен с первыми входами схем ИЛИ-НЕ и базой первого транзистора, управляющий вход второго ключа соединен со вторыми входами схем ИЛИ-НЕ и базой второго транзистора, первой и второй схем РШИ-НЕ соединены

с управляющими входами соответствен- но третьего и четвертого ключей, прямой выход триггера подключен к третьему входу первой схемы и к вторым входам первой и четвертой схем И, инверсный выход триггера под- ключей к третьему входу второй схемы

1-1Т1И-НЕ и к вторьм входам второй и третьей схем И, диоды включены между эмиттерами н коллекторами соответст- вуюощх транзисторов встречно полярности источника питания.

и)Фиг.г

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах постоянного тока. Расширение области применения за счет ограничения тока в режиме торможения обеспечивается применением двух пороговых элементов 17, 18 с несимметричной петлей гистерезиса i и логической схемы управления транзисторами 2,3,4,5 мостового преобразователя. Ограничение тока при этом достигается в режимах пуска, торможения и реверса с любой частотой вращения, 2 ил. W С

Составитель В. Трохименко Редактор Н. Егорова, Техред И.ВересКорректор А. Тяско

Заказ 782Г/57 Тираж 683

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по д.елам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.д,4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное