Устройство для управления асинхронным двухфазным двигателем Советский патент 1987 года по МПК H02P7/36 

Изобретение относится к электроехнике и может быть использовано в лектромашинных системах автоматики.

Цель изобретения - повьшение экоомии электроэнергии и эффективности торможения асинхронного двухфазного вигателя.

На фиг,1 изображена схема устройства управления асинхронным двухфазным двигателемJ на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу данного устройства.

Схема устройства включает в себя датчик входного сигнала 1 (фиг.1), блок абсолютных значений входного сигнала 2, индикатор полярности входного сигнала 3, блок пилообразных напряжений 4, индикатор входного сигнала 5, блок сравнения 6, блок определения моментов включения диодно- транзисторного ключа 7, блок гальванической развязки и усиления импульсов управления 8, диодно-транзисторный ключ переменного тока 9, индикатор частоты вращения ротора 10, включающий в себя резистивный датчик тока 1 1 , диодный мост 12, LC-фильтр 13 и формирователь 14 сигнала частоты вращения ротора; блок формирования импульсов управления ключевым элемен том 15, состоящий, из логических элементов И 16 и ИЛИ 17, блок 18 гальванической развязки и усиления импульсов управления ключевым элемен

40

том, ключевой элемент 19, асинхронный 35 развязки и усиления импульсов управления соединен с управляющим электродом ключевого элемента 19. В блоке формирования 1ймпульсов управления 15 первый и второй входы образованы входами логического элемента И 16, выход которого соединен со вторым входом логического элемента ИЛИ 17, первый вход и выход которого являются соответственно третьим входом и ходом блока 15. В блоке 7 определения моментов включения диодно-транзисторного ключа входы первого элемента И-НЕ 23 соединены с первым входом указанного блока и первым входом

50 третьего элемента И-НЁ 25, второй

вход которого соединен со вторым входом блока 7, третий вход которого соединен со вторым входом второго логического элемента И-НЕ 24, первый

55 вход которого соединен с выходом первого логического элемента И-НЕ 23, а выход его и выход третьего логического элемента И-НЕ 25 подключены ко входу логического элемента ИСКПЮдвухфазный двигатель 20, фазные обмотки статора 21 н 22, Блок определения моментов включения диодно- транзисторного ключа 7 состоит из трех логических элементов И-НЕ 23-25 и логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 26.

Между собой блоки соединены следующим образом. Входы индикатора полярности входного сигнала 3 и блока абсолютных значений входного сигнгша 2 объединены между собой и подключены к задатчику входного сигнала 1, выход индикатора 3 подключен к первому входу блока определения моментов включения диодно-транзицторного ключа 7,, второй и третий входы которого подключены к выходам блока сравнения 6, выход блока 2 подключен к первому входу блока сравнения 6, второй и третий входы которого соединены с выходами блока пилообразных напряжений 4, вход блока 4 служит для подключения к источнику переменного напряже10

15

20

25

30

НИН, выход блока 7 соединен с:о входо 1 блока гальванической развязки и усиления импульсов управления 8 диодно- транзисторным ключом 9. Диодно-тран- зисторный ключ 9 соединен параллельно с ветвью, образованной последовательным соединением фазной обмотки статора 21 двигателя 20 с диагональю диодного моста 12, в другую диагональ которого параллельно включен резис- тиЕшый датчик тока 11, LC-фильтр 13, к указанной ветви подключен последовательно соединенные вторая фазная обмотка статора 22, ключевой элемент 19 и источник переменного напряжения. В качестве ключевого элемента 19 используется симметричный тиристор (си- мистор). В индикатор частоты вращения ротора 10 наряду с датчиком тока 1 1 , диодным мостом 12 и LC-фильт- ром 13 входит формирователь 14 сигнала частоты вращения ротора, вход которого соединен с выходом фильтра 13 J а выход является выходом индикатора 10, который соединен с первым входом блока формирования импульсов управления 15 ключевым элементом 19. Второй вход блока 15 соединен с выходом узла формирования однополупе- риодного напряжения блока пилообразных напряжений 4, третий вход блока 15 через индикатор входного сигнала 5 подключен к выходу блока 2. Выход блока 15 через блок 18 гальванической

ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 26, выход которого соединен с выходом блока 7.

Устройство работает следующим обазом.

При наличии входного сигнала, на- 5 пример, положительной полярности (и и) на выходах блоков 3 и 5 форируются сигналы 1, а на выходе блока сравнения 6 формируются прямоугольные импульсы Ug и Ug со сква- О жностью, определяемой абсолютным значением входного сигнала U , и смещенных по фазе в соответствии с опорными пилообразными напряжениями и и и (фиг.2). Две последователь- ности импульсов Ug и Ug поступают на вход блока определения моментов включения диодно-транзисторного ключа 7 в котором под действием сигнала блока 3 происходит выделение одной 20 из этих последовательностей импульсов с последующей ее передачей на блок гальванической развязки 8, Согласно фиг.2 под действием сигнала 1 блока 3 на выходе блока 7 появляется импульс и, аналогичный импульсу Ug. В интервале времени О t ol, ди- одно-транзисторный ключ 9 будет выключен. Сигнал 1 блока 5 пост-упаёт на один из в-ходов логического элеента ИЛИ 17 блока 15, что обеспечиает на его выходе сигнал 1 независимо от сигнала на другом входе 17. Под действием сигнала 1 ключевой элемент 19 полностью включен и напря-35

25

жение питания U прикладывается к фазным обмоткам 21:и 22 статора двигателя 20. В интервале времени ot,u)t на выходе блока 7 будет сигнал 1, что обеспечит включе- W) ние ключа 9 и шунтирование фазной обмотки статора 21 двигателя 20. В этом интервале времени к фазной обмотке 22 будет приложено напряжение питания

ется на перв1яй вход блока формирования импульсов управления 15 ключевым элементом 19, на второй вход блока 1 постоянно поступает с блока 4 одно- полупериодное прямоугольное напряжение и . В результате работы логического элемента И 16 на его выходе будет однополупериодное напряжение, равное 1. Под действием этого напряжения и напряжения Ug, равного О, на выходе логического элемента ИЛИ 17, а следовательно, и на Ви1ходе блока 15, будет напряжение U, ™ аналогичное U ., которое обеспечит однополупериодное включение ключевого элемента 19, выклочение которого происходит в моменты времени р, и уЗ , когда протекающий через него ток уменьшается до значения, близкого к нулю. При включенном состоянии 19 по фазной обмотке 22 двигателя 20 и через ключ 9 будет протекать пульсирующий ток, обеспечивающий интенсивное динамическое торможение ротора ;щигателя 20. В процессе торможения скорость вращения ротора п, уменьшается, в обмотке 21

ао индуцируети . Аналогичная работа устройства бу-45 ся ЭДС под действием которой по датдет иметь место и при отрицательной полуволне напряжения питания. Под действием напряжений U и V в двигателе 20 развивается вращающий момент, и его ротор вращается. 50

Если теперь в некоторый момент времени, например, uJt d входной сигнал станет равным Нулю, то в работе устройства произойдут следующие

изменения. Напряжения на обоих выхо- 55 и напряжение на выходе логического дах блока сравнения будет равно 1, элемента И и выходе логического элечику 11, диодному мосту 12, ключу 9 и обмотке 21 протекает ток, обеспечивающий падение напряжения и, следовательно, формирование на выходе индикатора частоты вращения ротора 10 напряжения U Равного 1. При остановке ротора в некоторый момент времени out ot.j напряжение U становится равным О, аналогичным будет

на выходах блоков 3 и 5 будут сигналы нулевого уровня О. В результате работы блока пряжение U спечивает

7 на его , равное включение рование фазной обмотки 21. Под действием индуцируемой ЭДС через ключ 9 и фазную обмотку 21 вращающегося двигателя 20 будет протекать ток и создавать падение напряжения на резис- тивном датчике тока 11. Это напряжение выпрямляется диодным мостом 12 и сглаживается LC-фильтром 13, после чего поступает на формирователь 1А сигнала состояния ротора. На выходе формирователя 14, а следовательно, и на выходе индикатора частоты вращения ротора 10, будет напряжение

и

10

равное 1. Это напряжение пода5 О 0 5

5

W)

ется на перв1яй вход блока формирования импульсов управления 15 ключевым элементом 19, на второй вход блока 15 постоянно поступает с блока 4 одно- полупериодное прямоугольное напряжение и . В результате работы логического элемента И 16 на его выходе будет однополупериодное напряжение, равное 1. Под действием этого напряжения и напряжения Ug, равного О, на выходе логического элемента ИЛИ 17, а следовательно, и на Ви1ходе блока 15, будет напряжение U, ™ аналогичное U ., которое обеспечит однополупериодное включение ключевого элемента 19, выклочение которого происходит в моменты времени р, и уЗ , когда протекающий через него ток уменьшается до значения, близкого к нулю. При включенном состоянии 19 по фазной обмотке 22 двигателя 20 и через ключ 9 будет протекать пульсирующий ток, обеспечивающий интенсивное динамическое торможение ротора ;щигателя 20. В процессе торможения скорость вращения ротора п, уменьшается, в обмотке 21

ао индуцируетчику 11, диодному мосту 12, ключу 9 и обмотке 21 протекает ток, обеспечивающий падение напряжения и, следовательно, формирование на выходе индикатора частоты вращения ротора 10 напряжения U Равного 1. При остановке ротора в некоторый момент времени out ot.j напряжение U становится равным О, аналогичным будет

мента ИЛИ, что, в свсно очередь, обеспечит полное запирание ключевого

элемента 19 и отключение фазных обмоток 21 и 22 двигателя 20 от источника питания. Таким образом, при нулевом входном сигнале и при нулевой

скорости вращения ротора п

90

О

заканчивается процесс торможения двигателя, и он отключается от источника питания. В течение паузы ( : и) t «t oL электроэнергия источника питания не расходуется.

Если в момент времени (х t Ы вновь появляется входной сигнал, например, Ug - О, то сигнал 1 на выходе блока 5 обеспечит формирование напряжения на выходе блока 15, равного I, независимо от значений сигналов на его остальных двух входах. Ключевой элемент 19 будет полностью включен, С учетом полярности и абсолютного значения входного сигнала на выходе блока 7 появится напряжение и , аналогичное напряжению u , которое обеспечивает на интервале

включение ключа 9, а на - 73 его запирание. В отрицательной полуволне процессы повторяются. В результате изменения порядка следования фаз первых гармонических составляющих напряжени и и и,., по сравнению с аналогичны ми напряжениями при U О, в дви0Х

гателе развивается момент противоположного знака, и он начинает вращаться в противоположную сторону.

.icig

интервале o/g.jJt

Данное устройство обладает способ- 35 входного сигнала и блока абсолютных

ностью при достижении входным сигналом нулевого значения автоматически переводить асинхронный двухфазный двигатель в режим эффективного динамического торможения с последующим автоматическим отключением его от источника питания при полной остановке ротора, В устройстве достигается плавное регулирование скорости вращения асинхронного двухфазного двигателя и его реверсирование при хороших массо-габаритных показателях и при высокой схемной надежности, заключающейся в том, что при любом виде отказа или ложном срабатывании силовых ключевых элементов в устройстве не возникают сквозные короткие замыкания и связанные с ними тяжелые аварийные ситуации.

Формула изобретения

«

1. Устройство для управления асин- xpoHHbiM двухфазным двигателем при

0

0

5

питании от источника однофазного переменного напряжения, содержащее ди- одно-транзисторный ключ переменного тока, предназначенный для подключения параллельно одной из двух последовательно соединенных между собой и источником питания фазных обмоток статора двигателя, и схему управления, включающую датчик входного сигнала, блок пилообразных напряжений, индикатор полярности входного сигнала, блок абсолютных значений входного сигнала, блок сравнения с тремя входами и двумя выходами, блок гальванической развязки и усиления импульсов управления , блок определения моментов включения диодно-транзисторного ключа с гремя входами и одним выходом, составленный из двух логических элементов И-НЕ и одного логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом два входа первого логического элемента И-НЕ подключены к первому входу указанного блока, третий вход которого является первым входом второго логического элемента И-НЕ, второй вход и выход второго логического И-НЕ соединены соответственно с выходом первого логического элемента И-НЕ и с вторым входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого является выходом блока определения моментов включения диодно-транзисторного ключа, входы индикатора полярности

значений входного сигнала объединены между собой и подключены к датчику входного сигнала, выход индикатора полярности входного сигнала подключен

к первому входу блока определения моментов включения диодно-транзисторного ключа, к второму и третьему входам которого подключены выходы блока сравнения, выход блока абсолютных значений входного сигнала подключен к первому входу блока сравнения, второй и третий входы которого соединены с выходами блока пилообразных напряжений, вход блока пилообразных напряжений служит для подключения к источнику переменного напряжения, выход блока определения моментов включения диодно-траызисторного ключа соединен с входом блока гальванической развязки и усиления импульсов управления диодно-транзис- торным ключом, отличающее- с я тем, что, с целью повышения экономии электроэнергии и эффективности

торможения асинхронного двухфазного двигателя, введен ключевой элемент, предназначенный для подключения фазных обмоток статора к источнику пере менного напряжения, в блок определе- ния моментов включения диодно-тран- зисторного ключа введен третий логический элемент И-НЕ, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму входам указанного блока, а выход логическог элемента И-НЁ соединен с первым входом логического элемента ИСКЛЮЧАКЛЦЕЕ ИЛИ, в схему управления дополнительно введены индикатор частоты враще- ния ротора, индикатор входного сигнала, блок формирования импульсов управления ключевым элементом, блок гальванической развязки и усиления импульсов управления ключевым элемен- том, а блок пилообразных напряжений снабжен выходом формирования однопо- лупериодного прямоугольного напряжения, при этом вход индикатора частоты вращения ротора предназначен для подключения к выводу одной из фазных обмоток статора, а выход указанного индикатора соединен с первым входом блока формирования импульсов управления ключевым элементом, второй вход которого соединен с выходом формирования однополупериодного прямоугольного напряжения блока пилообразных напряжений, а третий вход через индикатор входного сигнала связан с выходом блока абсолютных значений вход ного сигнала, выход блока формирования импульсов управления ключевым элементом через блок гальванической развязки и усиления импульсов управления ключевым элементом соединен с управляющим электродом ключевого элемента.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок формирования импульсов управления ключевым элементом выполнен на логических элементах И и ИЛИ, причем входы логичес кога, элемента И образуют первый и второй входы данного блока, а выход логического элемента И соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ, первый вход и выход которого являются соответственно третьим входом и выходом блока формирования импульсов управления ключевым элементом.

3. Устройство поп.1,отлича- ю щ е е с я тем, что индикатор частоты вращения ротора составлен из формирователя сигнала частоты вращения, выход которого образует выход указанного индикатора, резистивного датчика тока, диодного моста и LC- фильтра, причем резистивный датчик тока через LC-фильтр подключен к входу формирователя сигнала частоты вращения и включен в одну из диагонгшей диодного моста, другая диагональ которого образует вход указанного индикатора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромашинных системах автоматики. Целью изобретения является повышение экономии электроэнергии и эффективности торможения. Введение ключевого элемента 19, логического элемента 25 И-НЕ в блок 7 определения моментов включения диодно-транзисторного ключа 9, индикатора 10 частоты вращения, индикатора 5 входного сигнала, блока 15 формирования импульсов управления ключевым элементом 19, блока 18 гальванической развязки и усиления и наличие в блоке пилообразных напряжений выхода формирования одно- полупериодного прямоугольного напряжения обеспечивает автоматический перевод асинхронного двигателя при достижении входным сигналом нулевого значения, в режим динамического торможения с последующим автоматическим отключением его от источника питания при полной остановке ротора. Устройство обладает высокой надежностью, т.к. при любом виде отказа или ложном срабатывании силовых ключевых элементов не возникают сквозные короткие замыкания и связанные с ними аварийные ситуации. 2 з.п. ф-лЫ;2 ил. (/)

Ц ц

...

J--J---ВНИИПИ Заказ 1158/55 , 661.Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4