Электропривод постоянного тока Советский патент 1987 года по МПК H02P5/06 

ча 4, а вход - к прямому выходу триггера 20, инверсный выход которого через формирователь импульсов 23 подключен к входу ключа 5, формирователь импульсов 24, зыход которого подключен к входу ключа 6, а вход - к прямому выходу триггера 21, инверсный выход которого через формирователь импульсов 25 подключен к входу ключа 7, В данном электроприводе постоянного тока во всех режимах рабо1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при импульсном регулировании частоты вращения электродвигателя постоянного тока в системах автоматизированного электропривода

Цель изобретения - упрощение элетропривода и уменьшение потерь в двигателе.

На фиг. -1 приведена блок-схема предлагаемого электропривода; на фиг. 2 - схемы однопороговых компараторов уровня, примеры исполнения на фиг, 3 и 4 - диаграммы, поясняющие работу электропривода в переходном режиме (фиг. 3) и в установившемся режиме при малой нагрузке (фиг о 4).

Электропривод, постоянного тока (фиг. 1) содержит электродвигатель 1, якорь которого подключен к источнику 2 питания через четырехклю- чевой мостовой реверсор 3, состоящий из ключей 4-7 и диодов 8-11 обратного моста последовательно соединенные тахогенератор 12, регулятор 13 скорости и элемент 14 сравнения, второй вход .которого соединен с выходом датчика 15 тока якоря электродвигателя 1, а выход - с входами первого 16, второго 17 и третьего 18 компараторов уровня, инвертор 19, выход которого соединен с S-входом первого триггера 20, R- вход которого соединен с выходом второго компаратора 17 уровня, второй триггер 21, S-вход которого соединен с выходом первого компаратора 16 уровня и дходом инвертора 19, а

ты пульсации, тока двигателя постоянны и определяются порогом срабатывания однопороговых компараторов уровня,. Контур тока не имеет зоны нечувствительности, т.е. обладает линейной регулировочной характеристикой. Переход с режима потребления энергии от источника питания в релсим возврата и наоборот не сопровождается до- полнительнымт, всплесками тока якоря двигателя. 4 ил.

R-вход - с выходом третьего компаратора 18 уровня, формирователь 22 импульсов, выход которого подключен, к входу ключа 4, а вход к прямому выходу триггера 20, инверсный выход которого через формирователь 23 импульсов подключен к входу ключа 5, формирователь 24 импульсов, выход которого подключен к входу клю- ча 6, а вход - к прямому выходу триггера 21, инверсный выход которого через формирователь 25 импульсов подключен к входу ключа 7, ,

Однопороговый компаратор 16.уров- ня, представляющий собой детектор нуля, может быть выполнен (фиг. 2а) на операционном усилителе 26 с входным резистором 27 и ограничителем отрицательного выходного напряжения на резисторе 28 и диоде 29.

Однопороговый компаратор 17 уровня с отрицательным порогом может быть выполнен (фиг. 2б) на операционном усилителе 30 с входными резисторами 31 и 32 и ограничителем отрицательного выходного напряжения на резисторе 33 и диоде 34.

Однопороговый компаратор 18 уровня с положительным порогом может быть выполнен (фиг. 2в) на операционном усилителе 35 с входными резисторами .. 36 и 37 и нелинейной обратной связью, образованной диодом 38. .

Пороги срабатывания компараторов

7 и 18 уровня обычно выбираются одиаковыми по модулю и определяются усовиями помехозащищенности электроривода.

313

Рассмотрим работу электропривода постоянного тока при переходном процессе на примере реверса с выходом тока д;вигателя на токоограничение. Уровень токоограничения определяется уровнем ограничения выходного сигнала регулятора 13 скорости, который является заданием тока U двигателя При подаче команды на реверс на вход привода изменяется полярность сигнала на выходе регулятора 13 скорости. Пусть, например, сигнал Uj становится положительным. Тогда на выходах компараторов 16 и 17 уровня устанавливаются 1, а на выходах компаратора 18 уровня и инвертора 19 - О. О на входах триггеров 20 и 21 определяют их состояние. 1 с прямого и с инверсного выходов триггера 20 поступают соответственно на входы формирователей 22 и 23 импульсов, а О с прямого и 1 с инверсного выходов триггера 21 - соответственно на формирователи 24 и 25 импульсов. Наличие 1 на входе любого формирователя импульсов приводит к появлению на его выходе сигнала управления ключом, а наличие О - -к снятию уп- .равляющего сигнала.

Таким образом, при подаче команды на реверс (смены знака И ) подается команда на выключение ключей ранее работавшей диагонали и включение ключей другой диагонали., В-данном случае снимаются сигналы управления с ключей 5 и 6 и подаются сигналы управления на ключи 4 и 7, Ток двигателя 1 (фиг. 3) сначала спадает до нуля (t,-t-,) и через диоды (в данном случае) 8 и 11 обратного моста и встречно направленный источник 2 питания, а затем меняет знак и возрастает с момента времени t по цепи источник 2 питания - ключ 4 - двигатель 1 - ключ 7 - источник 2. питания ЭДС двигателя направлена согласно с током. Начинает возрастать также пропорциональное току якоря напряжение и. датчика 15 тока, с помощью которого осуществляется отрицательная обратная связь по току двигателя 1.

Для наглядности на фиг. 3 и 4 изображено не действительное значение напряжения , а Обратное ему (-U .,. ) . В момент tj напряжение на входе компаратора 18 уровня становится равным порогу его срабатывания ли, что ведет к его опрокидыванию и

76264

появлению на выходе 1. Состояние триггера 21 не изменяется, и ток, а следовательно, -U,- продолжает возрастать. В момент tj и -и. , опрокидываются компаратор 16 уровня , (на его выходе - О) и триггер 21. На входе формирователя 24 импульсов появляется 1, а на входе фор мирр- вателя 25 импульсов - О. Сигнал

JO управления снимается с ключа 7 и появляется на ключе 6. После выключения ключа 7 образуется цепь тока якоря электродвигатель 1 - диод 10 - ключ 4 - электродвигатель 1. Так как

J5 ЭДС двигателя направлена согласно с током, ток и продолжают возрастать. Напряжение на выходе элемента 14 сравнения меняет знак (становится отрицательным) и в момент

2Q t становится равным порогу срабдты- вания компаратора 17 уровня, который опрокидывается, что влечет за собой опрокидывание триггера 20 (О на его R-входе). Появление О на пря25 мои и 1 на инверсном выходах триггера 20 Приводит к снятию управляющего сигнала с ключа 4 и появлению его на ключе 5. Ключ 4 выключается, ключ 5 включается. Образуется цепь

30 тока электродвигатель 1 - диод-10 - источник 2 питания - диод 9 - электродвигатель 1. Происходит режим рекуперации энергии двигателя в источник питания. Ток начинает спадать,

зг компаратор 17 уровня переходит в состояние с единицей на выходе. Спад тока и -Цд,- происходит до момента tJ, когда -Идт становится равным Uj и компаратор 16 уровня переходит в

40 состояние с 1 на выходе. Появляется О на выходе инвертора 19, что приводит к опрокидыванию триггера 20 и появлению О на его инверсном И 1 на прямом выходах; Ключ 5 выклю- 45 чается, а ключ 4 включается. Образуется цепь тока электродвигатель 1 - диод 10 - ключ 4 - электродвигатель .1. Ток якоря двигателя 1 снова начинает возрастать, пока в момент t

50 напряжение на выходе элемента 14 сравнения не достигнет порога срабатывания компаратора 17 уровня, и на его выходе появляется О. Опрокидывается триггер 20, появляется О на

55 его прямом выходе, что приводит к выключению ключа 4 и переходу в режим рекуперативного торможения. Ток снова спадает по цепи электродвигатель 1 - диод 10-источник 2 пита5.

ния - диод 9 - электродвигатель 1. Далее процесс коммутации повторяется.

Таким образом процесс торможения происходит при чередовании двух режимов: динамического торможения,при котором ток возрастает (замыкается через ключ 4 и диод 10), и рекупе- - ративного тарможения, когда ток якоря спадает (замыкается через диоды 10 и 9 на встречно подключенный источник 2 питания), Такое чередование режимов продолжается до тех пор пока, ЭДС двигателя велика и способна поддерживать возрастание тока динамического торможения. Этот режим характеризуется частичным возвратом энергии от двигателя в источник 2 питания. Коммутация тока осуществляется ключом 4 при выключенном ключе 7. Команду на выключение ключа 4 выдает компаратор 17 уровня, когда напряжение на его входе достигает порога срабатывания, т.е. когда ток двигателя становится больше заданного значения на величину ijl. Команду на включение ключа 4 выдает компаратор 16 уровня, когда 11 -Ид,-, т.е. ток двигателя 1 достигает заданного значения. Таким образом, размах пульсаций тока /il двигателя 1 в режиме возврата энергии в источник 2 питания определяется порогом компаратора 17 уровня, I

По мере торможения скорости и ЭДС двигателя уменьшаются,, скорость возрастания тока динамического торможения также уменьшается и в некоторый момент при динамическом торможении ток перестает возрастать. В момент t компаратор 16 уровня опрокидывается и на его выходе появляется 1 на выходе инвертора 19 - О, а на прямом выходе триггера 20 - 1.Сигнал управления снимается с ключа 5 и появляется на ключе 4. Ключ 5 выключается, ключ 4 включается. Начинает протекать ток динамического торможения двигателя 1 через диод 10 и ключ 4. Ток сначала возрастает, на выходе компаратора 16 уровня появляется О. Однако ток не достигает уровня, которому соответствует опрокидывание компаратора 17 уровня, и начинает спадать. В момент -и..,., на выходе компаратора 16 уровня появляется 1, а на выходе инвертора 19 т О, который подтвер76266

ждает состояние триггера 20. Ток

продолжает спадать, и на выходе эле- мента 14 сравнения появляется поло- жительное напряжение, которое в мо- , мент достигает порога срабатывания aU компаратора 18 уровня, на выходе которого появляется О. Изменяется состояние триггера 21, на его прямом выхо де появляется О, а 0 на инверсном -- 1, что приводит к выключению ключа 6 и включению ключа 7, Образуется цепь тока двигателя 1, источник 2 питания - ключ 4 - двигатель 1 - ключ 7 - источник 2 5 питания. Ток начинает возрастать.

Компаратор 18 уровня переходит в состояние с 1 на выходе, не изменяющей состояния триггера 21. В момент t UjT -U и компаратор 16 уров- 0 ня опрокидывается, появляется О на его выходе, который опрокидывает триггер 21. На инверсном выходе триггера 21 появляется О, что вле-. чет за собой выключение ключа 7. Ток 5 якоря спадает по цепи электродвига- тель 1 - диод 10 - ключ 4 - электродвигатель 1. Спад тока и г продолжается до момента t g- , когда происходит опрокидывание компаратора 18 0 уровня и триггера 21, что влечет за собой включение ключа 7 к возрастание тока двигателя 1. Процесс коммутации повторяется. Заключительный этап торможения протекает за счет 35 коммутации ключа 7 при включенном ключе 4. Энергия потребляется от источника 2 литания для поддержания заданного уровня токрогранич.ения. Так как торможение осуществляется 0 вследствие подачи на вход электропривода (Ug) команды на реверс, то по окончании процесса торможения знак сигнала Uj на выходе регулятора .13 скорости и тока не изменяется. По- 5 этому не изменяется алгоритм работы компараторов 16 и 18 уровня, скорость электродвигателя 1 меняет знак, начинается разгон в другую сторону.Коммутация тока при разгоне, также как 0 и на заключительном этапе процесса торможения, при включенном ключе 4 осуществляется ключом 7, команда на включние KOTopoiro подается компаратором 18 уровня, а на 5 вьпслючение - компаратором 16 уровня.

На примере реверса рассмотрена рабдта электропривода в режиме то7 , 1

коограничения при торможении двига- теля 1 и его разгоне.

Процесс торможения состоит из двух .участков: участка возврата энергии от двигателя 1 в источник 2 питания, при котором согласно направленная с током ЭДС двигателя велика и способна поддерживать возрастание динамического тока, и участка потребления энергии из источника 2 питания для поддержания заданного уровня то- коограничения при малом значении согласно направленной с током ЭДС двигателя Процесс разгона двигателя характеризуется потреблением энергии от источника питания при встречном направлении ЭДС двигателя с током. Независимо от направления потока энергии при переходных процессах пульсаций тока л1 двигателя 1 постоянны и определяются порогом срабатывания компараторов 17 и 18 уровня При работе электропривода в установившемся режиме со статической нагрузкой на валу двигателя 1 коммутация тока происходит аналогично процессу разгона (коммутация осуществляется ключом 5 (или 7) при включенном ключе 6 (или 4), но при меньших, чем при токоограничении, значениях выходного напряжения регулятора 14 скорости).

Рассмотрим работу электропривода в установившемся режиме для случая, когда выходной сигнал регулятора 13 скорости Uj положительный и меньше порога срабатьшания uU компаратора 18 уровня (фиг. 4). Этот случай соответствует работе электропривода при малой нагрузке. Пусть в момент tp ток двигателя 1 равен нулю. Тогда на выходах компараторов 16-18 уровня 1, а на выходе инвертора , которому соответствует состояние триггера 20 с 1 на прямом выходе. Ключ 4 включен. Ключ 7 может быть включен или выключен, что определяется состоянием триггера 21. Допустим, что триггер 21 находится в состоянии с 1 на инверсном выходе,т.е ключ 7 включен, а ключ 6 выключен. Тогда на двигатель подается напряжение источника 2 питания. Ток двигателя 1 возрастает по цепи источник 2 питания - ключ 4 - двигатель 1 - ключ 7 - источник 2 питания. Ток направлен встречно ЭДС двигателя 1. В момент t зт , опрокидывается

6 8

компаратор 16 уровня и на его выходе появляется О, что приводит к опрокидыванию триггера 21 и появление на его прямом выходе 1, а на инверсном - О. Управляющий сигнал снимается с ключа 7 и поступает на ключ 6, что приводит к выключению ключа 7 и включению ключа 6. Ток двигателя 1 спадает по цепи,двигатель 1 - диод 10 - ключ 4 - двига- тель 1. Компаратор 16 возвращается в состояние с 1 на выходе, О на выходе инвертора 19 подтверждает состояние триггера 20. Спад тока

продолжается до момента t, , когда ток якоря становится равным нулю. После момента t ток под действием ЭДС двигателя 1 изменяет направление и возрастает по цепи двигатель

.1 диод 8 - ключ 6 - двигатель 1. Напряжение -U также изменяет знак и возрастает. Поэтому напряжение на выходе элемента 14 сравнения начинает увеличиваться с U , в момент

t до напряжения, равного порогу

срабатывания iU компаратора 18 уровня, в результате чего он опрокидывается в момент tj. Появляется О на выходе компаратора 18, что приводит

к опрокидыванию триггера 21 и появлению на его прямом выходе О, а на инверсном - 1. Управляющий сигнал снимается с ключа 6 и появляется на ключе 7. Ключ 6 выключается, а

ключ 7 включается. Ток двигателя 1 начинает спадать по цепи двигатель

1- диод 8 - источник 2 питания - диод 11 - двигатель 1 вследствие встречно направленного источника 2

питания току и ЭДС двигателя 1. Компаратор 18 уровня переходит в состо- яние с 1 на выходе, состояние триггера 21 не изменяется. В момент t../ ток становится равным нулю, а затем

изменяет направление и возрастает под действием источника 2 питания по цепи источник 2 питания - ключ 4 - двигатель 1 - ключ 7 - источник

2питания. Далее процесс повторяет- ся, т.е. в интервале протекает так же, как и в интервале . Скорости возрастания и спада тока зависят от ЭДС двигателя 1, а-размах пульсаций тока д1 неизменен и

определяется порогом dU компаратора 18 (или 17) уровня.

I

На фиг. 3 и 4 обозначены ключи и диоды, через которые в данные интер913

валы времени протекает ток двигателя 1 ,

Таким образом, в электроприводе постоянного тока при упрощении схемы управления и уменьшении потерь в двигателе во всех режимах работы, пульсации тока постоянны и определяются порогом срабатывания однопороговых компараторов уровня. Кроме того, в предлагаемом электроприводе контур тока не имеет зоны нечувствительности, т.е. обладает линейной регулировочной характеристикой.

Формула изобретения

Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, якорь которого подключен к источнику питания через четырехключевой мостовой реверсор, последовательно соединенные тахогенератор, регулятор скорости и элемент сравнения, к выходу которого подключены три компаратора

5

0

7626 - ,10

уровня, два SR-триггера, четыре формирователя импульсов, подключенные .к входам соответствующих ключей,датчик тока якоря двигателя, выход ко- с торого подключен к другому входу элемента сравнения, отличающийся тем, что, с целью упрощения и уменьшения потерь в двигателе, в него введен инвертор, первый компаратор уровня выполнен в виде детектора нуля., второй - в. виде одно- порогового компаратора с отрицательным порогом, а третий - в виде одно- порогового компаратора с положительным порогом, при этом инвертор включен между выходом первого компаратора и S-входом первого триггера, R- вход которого соединен с выходом второго компаратора, выходы первого и третьего компараторов соединены соответственно с S- и R-входами второго триггера, выходы каждого триггера подключены к соответствующим двум формирователям импульсов.

ивм(.

If

USm

J7

-Й«5р0 |IT-)J

e.2

иВнж

Составитель Ю.Воробьев Редактор А.Огар Техред В.Кадар Корректор Т,Колб

Заказ 2432/53 Тираж 660Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делай изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

ФигЛ

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться при импульсном регулировании частоты вращения электродвигателя. Упрощение электропривода и уменьшение потерь в электродвигателе обеспечивается за счет введения инвертора 19, выход которого соединен с входом S первого триггера 20, вход R которого соединен с выходом второго компаратора уровня 17. Электропривод кроме того, содержит второй триггер 21, вход которого соединен с выходом первого компаратора уровня 16 и входом инвертора 19, а вход R --с выходом третьего компаратора уровня 18, формирователь импульсов 22, выход которого подключен к входу клю1С Оcpi/i.f