Электропривод Советский патент 1989 года по МПК H02P5/06 

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу, и может быть использовано в автоматизированном электроприводе постоянного тока с широтно-импульсным управлением.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

На чертеже приведена схема электропривода.

Электропривод содержит электродвигатель 1, транзисторный мост 2-5 с обратными диодами, подключенными у параллельно переходу коллектор-эмиттер каждого из транзисторов.-В цепь первой диагонали моста подключена якорная обмотка электродвигателя 1 постоянного тока. По цепи второй диагонали транзисторный мост подключен к источнику постоянного напряжения. Резистивные датчики 6 и 7 тока вклю- ч-ены между общей точкой устройства и соответственно эмиттером транзистора 4 и эмиттером транзистора 5. К входу каждого из транзисторов моста подключен выход логического элемента 2 И, а именно на входе транзисторов 2 - 5 - вьгходы логических элементов 8-11. Аналоговый инвертор 12 и два аналоговых ключа 13 и 14, входы которых соединены с выходами датчиков 6 и 7 тока - с датчиком 7 тока соединены непосредственно, а с датчиком тока б - через аналоговый инвертор 12.

Электропривод включает два логических элемента 3 Ш1И-НЕ 15 и 16, объединенные первые входы которых соединены с базой транзистора 4, . объединенные вторые их входы соединены с базой транзистора 5, а третьи входы логических элементов 3 Ш1И-НЕ соединены соответственно с объединенными вторыми входами логических элементов 2И 9 и 10 и объединенными вторыми входами логических элементов 2И 8 и 11; релейный регулятор 17 тока с двумя входами и двумя парами прямых 18 и 19 и инверсных 20 и 21 выходов, первый вход регулятора 17

тока соединен с объединенными выxoдaV ми аналоговых ключей 13 и 14, второй - с выходом задатчика 22 сигнала управления, а выходы 18-21 ре- 5 гулятора тока соединены с первыми входами логических элементов 8-11.

Электропривод, кроМе того, содержит два логических элемента: 23 и 24, индикатор 25 полярности i 0 напряжения с прямым и инверсным выходом.

Выходы логических элементов 2 ИЛИ 24 и 24 подключены соответственно к управляющим входам аналоговых 5 ключей 13 и 14, первые входы логических элементов 2 ИЛИ 23 и 24 соединены соответственно с базами транзисторов 4 и 5 моста, а вторые входы - с выходами логических элементов 3 ИЛИ- 30 НЕ 15 и 16. Вход индикатора 25 полярности подключен к выходу задат- Iчика 22 сигналов управления, а прямой и инверсный вьгходы соединены соответственно с третьими входами логических элементов 3 ИЛИ-НЕ 15 и 16.

Аналоговый инвертор 12, два аналоговых ключа 13 и 14, два логических элемента 2 ИЛИ 23 и 24 и два логических элемента 3 ИЛИ-НЕ 15 и 16 с до указанными взаимосвязями образуют узел вьщеления полного аналога тока

35

3,

нагрузки (ЭПТ) транзисторного моста по сигналам двух резистивных датчико 6 и 7 тока. Релейный регулятор 17 типа двойной токовый коридор выполнен на двух операционных усилителях и двух инверторах. Каждый из операционных усилителей охвачен положительной обратной связью через резистор для реализации характеристики петля гистерезиса. Кроме того, к входу каждого из усилителей подключены по три входных резистора. Первые и вторые резисторы усилителей попарно объединены и образуют соответ- ственно первый и второй входы регулятора тока, а третьи подключены к источникам напряжения смещения. Третий резистор первого усилителя подключен к источнику напряжения сме- щения отрицательной полярности, а второго - положительной полярности. В результате обеспечивается взаимное смещение характеристик петля гистерезиса первого усилителя относи- тельно второго. К выходу усилителей подключены инверторы для реализации инверсного однополярного выходного сигнала. Выходы усилителей и инверторов являются выходами релейного регулятора 17 тока. Усилители с ука- занньши резистивными связями являют- ся пороговыми элементами, переклю-- чающимися по разности сигналов пер- вого и второго входов и сигнала сме щения. Поэтому в дальнейшем будем считать усилитель с резистивными связями, имеющий положительное смещение характеристики, первым пороговым элементом с прямым и инверсным выходами, а второй - вторым пороговым элементом.

В составе релейного регулятора 17 тока типа двойной токовый коридор имеются два.пороговых элемента 26 и 27, на входах которых выделяется разность входньм сигналов, а именно управляющего сигнала и сигнала, пропорционального току нагрузки. В моменты, когда разность сигналов пре- вьппает пороги срабатывания элементов 26 и 27, они переключаются по выходу. Для обеспечения согласованности работы пороговых элементов на их входы дополнительно подаются сигналы смеще- ния порогов, а именно пороги срабатывания и отпускания первого элемента 26 имеют положительное смещение относительно нулевой разности, а пороi

354

ги второго элемента 27 - отрицательное смещение.

Индикатор 25 полярности напряже- ния задания представляет собой компаратор с прямым и инверсным выходами.

При изложении принципа работы устройства для управления электродвигателем будем считать сигналы высокого уровня на входах или выходах логических элементов единичными, а низкого уровня - нулевыми.

Электропривод работает следующим образом.

При подаче с задатчика 22 сигнала управления положительной полярности индикатор 25 полярности устанавливается в единичное состояние по прямому выходу, а релейный регулятор тока 17 переключается в единичное состояние по выходам 18 и 19 и нулевое по выходам 20 и 21. Единичными сигналами с выхода индикатора полярности и регулятора тока логические элементы 2 И 9 и 10 устанавливаются в единичное состояние по выходу и тем самым переводят транзисторы 3 и 4 в открытое состояние. Транзисторы 2 и 5 закрыты, так как на входы логических элементов 2 И 8 и 11 подаются нулевые сигналы. Состояние транзистоного моста с двумя открытыми транзисторами из четырех будем назьшать в дальнейшем режимом (Р2) . Одновременно с включением транзисторов 3 и 4 замыкается аналоговый ключ 13 единичным сигналом, поступающим с выхода логического элемента 2 И 10 через логический элемент 2 ИЛИ 23. При этом аналоговый ключ 14 остается разомкнутым, так как на его управляющий вход подается нулевой сигнал с выхода логического элемента 2 ИЛИ 24

При подаче на транзисторный мост питающего напряжения в цепи, образованной открытыми транзисторами 3 и 4 якорной обмоткой электродвигателя 1 и резистивным датчиком 6 тока, начинает протекать ток, увеличивающийся по величине. При этом напряжение на , выходе датчика 6 тока аналогично току электродвигателя 1 по форме и имеет положительную полярность относительно общей точки устройства. Это напряжение передается на выход узла выделения тока нагрузки через аналоговый инвертор 12 и аналоговый ключ 13. В результате инвертирования

51

указанного сигнала достигается пол-- ное совпадение его с током якорной обмотки электродвигателя 1 как по форме, так и по полярности. Соответ- ствие, между направлением протекания тока в нагрузке транзисторного моста и полярност ью сигнала датчика тока . определяетс я полярностью управляющего напряжения. Положительной поляр- ности управляющего напряжения должна соответствовать отрицательная полярность токового сигнала и наоборот. Будем рассматривать процесс выделения тока нагрузки для характерных режимов работы электродвигателя постоянного тока, формируемых релейным регулятором 17 тока.

По мере увеличения тока в обмотке электродвигателя 1 и соответственно сигнала на первом входе релейного регулятора 17 тока уменьшается раз ность сигналов на входах пороговых .элементов. Далее наступает момент времени, когда разность напряжений управления с выхода датчика тока уменьшается до нулевого значения, а затем изменяет свой знак и достигает величины порога отпускания первого элемента 26. Последний переключается в нулевое состояние по выходу 18. В соответствии с нулевым сигналом на рервом выходе релейного регулятора 17 тока появляется нулевой сигнал на выходе логического элемента 9 и зак,рывается транзистор 3. Состояние транзисторов 2,. 5, 4 и цепи вьщеле- ния тока нагрузки (датчик 6 тока, ключ 13 и инвертор 12) остаются неизменными. Режим работы транзисторно го моста, при котором открыт только один транзистор, будем назьшать режимом один (Р1). Ток ЭПТ в этом режиме замыкается по цепи: открытый транзистор 4,датчики : 6 и 7 тока и шун- тирующий диод транзистора 5 под дейсвием индуктивности якорной обмотки.

Поскольку в да-нном цепи отсутствует источник питания, ток ЭПТ в режи- ме один начинает спадать. При снижении тока ЭПТ до уровня срабатывания первого порогового элемента 26 последний переключается в единичное состояние по выходу 1, переводя транзис- тор 3 в открытое состояние. С этого момента времени транзисторный мост вновь принимает состояние режима два и процесс работы устройства начинает

356

периодически повторяться в описанной последовательности.

В якорной обмотке ЭПТ протекает ток, ограниченный на заданном уровне порогами переключения порогового элемента 27. Под действием тока в якорной обмотке ЭПТ разгоняется, увеличивая противоЭДС и через определенный интервал времени может достигнуть -установившейся частоты вращения. В данном режиме работы ЭПТ ток моста, выделяемый посредством резистивного датчика 6, инвертора 12 и ключа 13, является полным аналогом тока нагрузки как по форме, так и по полярности.

Теперь рассмотрим процесс вьщеле- ния тока ЭПТ при его реверсировании. С этой целью изменим полярности управляющего напряжения на противополож- ную в соответствии с отрицательной полярностью управляющего напряжения переключаются индикатор 25 полярности напряжения и релейный регулятор 17 тока. Первый переключается в единичное состояние по инверсному выходу и в нулевое - по прямому, а второй принимает нулевое состояние по выходам 18 и 19 и единичное по выходам 20 и 21. В результате закрьша- ются транзисторы 3 и 4 мрста и открываются транзисторы 2 и 5. Одновременно переключаются аналоговые ключи 13 и 1-4. Ключ 13 закрьшается нулевым сигналом, поступающим с выхода логического элемента 2 И 10, а ключ 14 открьгоается единичным сигналом с выхода элемента 11. Запирание транзисторов 3 и 4 моста ведет к коммутации тока ЭПТ в цепь источника питания через обратные диоды транзис торов 2 и5и резистивный датчик 7 тока. Так как ток обмотки ЭПТ направлен встречно полярности источника питания, то он интенсивно уменьшается до нуля, а датем нарастает в. этой цепи в прямом направлении через открытые транзисторы. В момент смены направления протекания тока на резистивном датчике 7 тока изменяется полярность отображающего ток сигнала и соответственно на входах пороговых элементов регулятора тока начина.ет выполняться вычитание входных сигналов.

Через определенный интервал времени разность сигналов становится равной нулю, а затем изменяет свой знак. При дальнейшем увеличении разности сигналов до уровня срабатьша- ния второго порогового элемента 27 последний переключается в нулевое состояние по инверсному выходу 21, Нулевым сигналом закрывается транзистор 2 моста. Ток обмотки ЭПТ замы кается в цепь, образованную открытым транзистором 5, двумя датчиками 6 и 7 тока и обратным диодом транзистора 4 Ток в указанной цепи продолжает нарастать по величине под действием ЭДС ЭПТ и соответственно увеличивать разность сигналов на входе пороговых элементов. Выполнение тока ЭПТ производится с резистивного датчика 7 тока и передается на выход через анв логовый ключ 14. Сигнал на выходе уз ла вьщеления тока полностью повторяет ток обмотки ЭПТ. Затем наступает момент времени, когда разность на входах пороговых элементов становится равной уровню срабатывания перво го порогового элемента 26.

Переключение последнего ведет к запиранию транзистора 5. В результате прошедших переключений закрываются все транзисторы моста. Данному ре жиму присвоим название режим ноль (РО). В этом режиме ток ЭПТ, не изме няя своего направления, замыкается в цепь источника питания через обрат ные диоды транзисторов 3 и 4 и резис тивный датчик 6 тока. Одновременно с закрыванием транзисторов происходит переключение аналоговых ключей. Ключ 14 закрывается, а ключ 13 открывается, данное переключение выполняется логическими элементами 3 ИЛИ-НЕ .15 и 16 по сигналам индикатора 25 поляр- ности напряжения. В рассматриваемый момент времени возникновения режима ноль при отрицательной полярности управляющего сигнала на всех входах логического элемента 3 ИЛИ-НЕ 15 появляются нулевые сигналы, а на его выходе - единичный сигнал. Единичнь1м сигналом открывается аналоговый ключ 13, поступающий через элемент 2 ИЛИ 23.

Таким образом, одновременно с коммутацией тока ЭПТ из цепи датчика 7 тока в цепь датчика 6 тока переключается цепь съема тока. Ток снимается с датчика 6 тока и через аналоговый инвертор 12 и ключ 13 передается на выход узла выделения тока. В результате выходной сигнал узла выделения тока полностью отображает ток

571358

ЭПТ. в режиме ноль ток интенсивно снижается по величине, что приводит к уменьшению разности сигналов на вхо- g дах пороговых элементов до нулевого значения и последующему увеличен1по ее с изменением знака. При достижении разностньм сигналом уровня отпускания, первого порогового элемента 10 26 последний переходит в единичное .состояние по инверсному выходу 20. Единичным сигналом открьшается транзистор 5 и наступает режим один. Ток ЭПТ коммутируется из цепи обратного

15 диода транзистора 2 в цепь открытого транзистора 5.

Одновременно с открьтанием транзистора 5 происходит переключение аналоговых ключей. Ключ 13 закрьшает20 ся, а ключ I4 открьтается единичным сигналом, приходящим с управляющей цепи открытого транзистора 5. Съем тока ЭПТ производится с датчика 7

тока и передается на выход через ана25 логовый ключ 14. Форма сигнала и его полярность соответствуют току ЭПТ. Режим переключения транзисторов моста Р1 и РО чередуются в описанной последовательности до тех пор, пока

30 под действием тока, тормозного момента , частота вращения ЭПТ не снизится до близкой к нулевому значению. В этом случае нарастание тока в обмотке ЭПТ под действием ЭДС в -jg режиме один прекращается, а затем в указанном режиме происходит сниже-- ние тока. Разность сигналов на входах пороговых элементов увеличивается и достигает уровня отпускания

40 второго порогового элемента 27. На

инверсном выходе 21 релейного регулятора 17 тока появляется единичный сигнал,которым открывается транзистор 2. Силовая схема принимает

45 состояние режим два. Под действием питающего напряжения ток интенсивно нарастает в обмотке ЭПТ. Выделение тока ЭПТ производится с резистивного датчика 7 тока-и передается на выход

50 через аналоговый ключ 14. Затем наступает момент срабатьгоания второго порогового элемента. На его инверсном выходе 21 единичный сигнал сменяется на нулевой и соответственно

55 сигналу закрывается транзистор 2 моста. Сило вая схема принимает состояние режим один.

Далее происходит поочередное чередование режимов один и два. В обоих режимах (PI и Р2) цепь съема тока ЭПТ остается неизменной. Снимаемый сигнал полностью отображает ток ЭПТ. ЭПТ останавливается, а затем начинает разгоняться в противоположное направление. Через некоторый промежуток времени ЭПТ разгоняется до частоты вращения, близкой к установившейся. ЭДС ЭПТ становится почти равной питающему напряжению по величине. Поэтому в режиме два увеличение тока сменяется его спадом, а чередование режимов (Р1 и Р2) автоматически за

транзисторов моста через первый и второй датчики тока, четыре логических злементЬ 2И, выходы которых подключены к базам одноименных транзисторов моста, два аналоговых ключа и аналоговый инвертор, входы аналоговых ключей соединены с выходами датчиков тока, первого непосредственно, а второго через аналоговый инвертор, два логических элемента 3 ИЛИ-НЕ, объединенные первые входы которых соединены с базой третьего транзистора, а объединенные вторые

Изобретение относится к электротехнике и м.б. использовано в автоматизированном электроприводе постоянного тока с широтно-импульсным управлением. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Электропривод содержит электродвигатель I, транзисторный мост 2-5, подключенный одной диагональю к источнику постоянного напряжения, а другой - к якорю электродвигателя. Введены два логических элемента

меняется устойчивым режимом два. Сни- 15 их входы - с базой четвертого транжение тока происходит до тех пор, пока не наступит электромагнитное равновесие между моментом нагрузки и моментом (током), развиваемым ЭПТ. С этого момента времени ЭПТ вращается с постоянной частотой вращения. Съем тока ЭПТ производится в соответствии с режимом два с резистивного датчика 7 тока.

Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается качественное вьщеление полного аналога тока в цепи нагрузки транзисторного моста по сигналам двух резистивных датчиков тока, включенных относительно общей точки устройства, без использования узла гальванической развязки. В сочетании с релейным регулятором тока типа двойной токовый коридор ycT-i ройство обеспечивает эффективное формирование тока ЭПТ в полном соответствии с упра.вляющим сигналом во всех режимах работы: при пуске, тормжении и реверсе с,любой частоты вращения, что расширяет функциональные всЗзможности электропривода.

Формула изобретения

Электропривод, содержащий электродвигатель, транзисторный мост с четырьмя обратными диодами и двумя ре- зистивными датчиками тока, к одной диагонали которого подключена якорная обмотка электродвигателя, а к другой - источник питания, отрицательный вьшод последнего соединен с ,эмиттерами третьего и четвертого

0

зистора, третьи входы первого и второго логических элементов 3 ИЛИ-НЕ соединены соответственно первый - с объединенными вторыми входами второго и третьего логических элементов

2И, а второй - с объединенными вторыми входами первого и четвертого логических элементов 2 И, релейный регулятор тока с двумя входами и

5 двумя парами прямых и инверсных выходов , первый вход регулятора соединен с объединенньа и выходами аналоговых ключей, второй - с выходом за- датчика сигнала управления, а выхо0 ды регулятора тока подключены к первым входам логических элементов 2 И, о тличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены два логических элемента 2 ИЛИ и индикатор полярности напряжения с прямым и инверсньм выходами, выходы первого и второго логических элементов 2 ИЛИ подключены соответственно к управляющим входам первого и второго-аналоговых ключей, первые входы указанных элементов соединены соответственно с базами третьего и четвертого транзисторов моста, а вторые - с выходами

5 первого и второго логических элементов 3 ИЛИ-НЕ, вход индикатора полярности напряжения подключен к выходу задатчика сигнала управления, а прямой и инверсный выходы соединены со- ответственно с третьими входами первого и второго логических элементов

3ИЛИ-НЕ.

5

0

0