Электропривод переменного тока Советский патент 1989 года по МПК H02P7/42 

1

(2J) 4262730/24-07 (22) 16.06.87 (46) 23.10.89. Бюл. № IQ

(71)Ленинградский институт точной механики и оптики

(72)В.И. Хрисанов, С,А. Белов и Д.А. Усаченко

(53)621.318.719.2(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР К 1300621, кл. Н 02 Р 7/36, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1270861, кл. Н 02 Р 7/42, .

(54)ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРСМ ННОГО ГОКА

(57)Изобретение относ;.то: к электротехнике и может быть ;:с пользовано в электромашинных системгтч автоматики. Целью изобретения янллется повышение эффективности торможения двигателем. Электропривод переменного тока содержит двухфазный электродвигатель 1, импульсный полупроводниковый преобразователь 2, задатчик 6, , блоки 7 фазового сдвига и блоки 8, 9 сравнения, индикатор IO полярности входного сигнала, блок I1 формирования абсолютного значения, блок 2 управления и защиты, блок 13 гальваноразвязки, индикаторы 20 входного ci - нала, 21 полярности напряжния сети, 22 состояния ротора. В электроприводе обеспечивается автоматический перевод электродвигателя в режим эффективного динамического торможения при достижении входным сигналом нулевого значения с последующим автоматическим отключением его от питающей сети при остановке ротора. Устройство обеспечивает линейные механические характеристики и плавное регулирование частоты вращения от нулевого до номинального значения. 2 ил.

о

(Л

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромашинных системах автоматики. Целью изобретения является повышение эффективности торможения двигателем. Электропривод переменного тока содержит двухфазный электродвигатель 1, импульсный полупроводниковый преобразователь 2, задатчик 6, блоки 7 фазового сдвига и блоки 8, 9 сравнения, индикатор 10 полярности входного сигнала, блок 11 формирования абсолютного значения, блок 12 управления и защиты, блок 13 гальваноразвязки, индикаторы 20 входного сигнала, 21 полярности напряжения сети, 22 состояния ротора. В электроприводе обеспечивается автоматический перевод электродвигателя в режим эффективного динамического торможения при достижении входным сигналом нулевого значения с последующим автоматическим отключением его от питающей сети при остановке ротора. Устройство обеспечивает линейные механические характеристики и плавное регулирование частоты вращения от нулевого до номинального значения. 2 ил.

Н

СП vi

О

оо

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромашинных системах автоматики.

Целью изобретения является повышение эффективности торможения электродвигателем.

На фиг, 1 приведена структурная схема электропривод.т на фиг, 2 - временные диаграммы, поясня1а:цие его работу.

Электропривод переменного тока содержит асинхронный двухфазный электродвигатель 1, импульсный полупроводниковый преобразователь 2, выполненный в виде трех послеловател :ЧО соединенных между собой дно;;- о-тр.чн-1истор- ных ключей 3-5 перемст нот о тока, за- датчик 6 входного ст-гпиля, блок 7 фазового сдвига, два iji а 8 и 9 сравнения, индикатор 10 юлярности входного сигнала, блок формирования абсолютного 31 ачения м.-; аного сигнала, блок 12 управления и з шичгы, блок 13 гальванической разиячки и усиления импульсов управления, дгт логических элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 и 15, четыре логических элемента 2И-НЕ 16-19, индикатор 20 входного сигнала, индикатор 21 полярности напряжения сети, индикатор 22 состояния ротора, два логических элемента ЗИ-ИЕ 23 и 24, Крайний вывод первого диодно-трпнзис- торного ключа 3 переменного тока связан с одной клеммой для подключения к сети переменного тока, параллельно выводам второго диодно-транзисторно- го ключа 4 переменного тока подсоединена первая фаза 25 обмотки асинхронного электродвигателя 1, один вывод которой соединен с одним выводом второй фазы 26 обмотки электродвигателя 1, другой вывод которой через индикатор 22 состоянии ротора соединен со свободным выводом третьего диоднотранзисторного ключа 5 переменног о тока и с другой клеммой для подключения к сети переменного тока. Выход за датчика 6 входного сигнала соединен с входами индикатора 10 полярности вход ного сигнала и блока 11 формирования абсолютного значения входного сигнала выход которого соединен с входом индикатора 20 входного сигнала и с первыми входами обоих блоков 8 и 9 сравнения, вторые входы которых соедине ны соответственно с выходами блока 7 фазового сдвига, входы которого объединены с входами индикатора 21 поляр

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ности напряжения сети и соединены с клеммами для подключения к сети переменного тока. Выход индикатора 10 полярности входного сигнала соединен с первыми входами первого и второго логических элементов 2И-НЕ 16 и 17 и с входами третьего логического элемента 2И-НЕ 18, выход которого подключен к первому входу четвертого логического глемента 2И-НЕ 19 и к третьему входу второго логического элемента ЗИ-НЕ 24, выход которого соединен с вторым входом второго логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15, первый вход которого подключен к выходу первого логического элемента 2И-НЕ 16, второй вход которого объединен с вторым входом четвертого логического эле- элемента 2И-НЕ 19 и соединен с выходом первого блока 8 сравнения. Выход второго блока 9 сравнения соединен с вторым входом второго логического элемента ЗИ-НЕ 24 и с вторым входом второго логического элемента 2И-НЕ 17, выход которого соединен с первым входом первого логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14, второй вход которого подключен к выходу четвертого логического элемента 2И-НЕ 19, Первый, второй и третий входы первого логического элемента ЗИ-НЕ 23 соединены соответственно с выходом индикатора 22 состояния ротора, с выходом индикатора 21 полярности напряжения сети и с выходом индикатора 20 входного сигнала, а выход первого логического элемента ЗИ-НЕ 23 соединен с первым входом второго логического элемента ЗИ-НЕ 24. Выходы логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 и 15 соединены соответственно с первым и вторым входами блока 13 гальванической развязки и усиления импульсов управления и с входами блока 12 управления и защиты, выход которого подключен к третьему входу блока 13 гальванической развязки и усиления импульсов управления, выходы которого соединены с управляющими входами диод- по-транзисторных ключей 3-5 переменного тока.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.

При наличии входного сигнала, например положительной полярности (U, 70, фиг, 2), на выходе индикатора 10 полярности входного сигнала формируется логической 1, на выходе Рлока II формируется сигнал, по абсолютному значению равный U , т.е.. Uj (и), а на выходе индикатора 20 входного сигнала - сигнал логического О. При этом на первые входы первого и второго логических элементов 2И-НЕ 16 и 17, на входы третьего логического элемента 2И-НЕ 18 и на пер вый вход второго логического элемента ЗИ-НЕ 24 поступают сигналы логической I. На выходах блоков 8 и 9 сравнения формируются прямоугольные импульсы Ug, и, (фиг. 2) со скваж- ностью определяемой абсолютным значением входного сигнала и смещенных по фазе +F/4 и -)Г/А относительно напряжения сети Up в соответствии с опорными сигналами U, и U, поступающими с выходов блока 7 фазового сдвига (фиг. 2). Две последовательности импульсов Ug и Uj поступают на вторые входы первого и четвертого лог ическкх элементов 2И-НЕ 16 и 19 и на вторые входы второго логического элемента ЗИ-НЕ 24 и второго логического элемента 2И-НЕ 17 и в зависимости от выходного сигнала индикатора 10 полярности входного сигнала проходят на выходы первого и второго логических элементов ИСКЛЮЧА ОЩЕЕ ИЛИ 14 и 15 /4 и,,,-(фиг. 2). Данные сигналы, а также сигнал, формируемый на выходе блока 12 управления и защиты (U,., фиг. 2) проходят через блок 13 галь- ванической развязки и усиления импульсов управления на управляющие входы диодно-транзисторных ключей 3-5

переменного тока. В интервале c.ut d

«„ .

второй диодно-транзисторныи ключ 4

будет выключен, а первый 3 и третий 5 диодно-транзисторные ключи - включены. При этом к первой фазе 25 обмотки электродвигателя 1 будет приложено напряжение питания „(1., фиг. 2). В интервале :о; третий диодно- транзисторныи ключ 5 будет выключен, а первый 3 и второй 4 ключи - включены, при этом напряжение питания U, будет приложено к второй фазе 26 обмотки электродвигателя I (U., фиг. 2). В интервалах О cot г о(, ,o()t г o/.j и . 1Г второй 4 и третий 5 ключи включены, а первый диодно-транзисторныи ключ 3 выключен, при этом фазы 25 и 26 обмотки электродвигателя 1 ока- зьшаются замкнутыми накоротко и отключенными от питающей сети. Анало

д с Q 5

П

0

гичная работа устройства Судет иметь место и при отрицательной полуволне напряжения питания. Под действием напряжений г и 2t в двигателе 1 развивается вращающий момен и его ротор вращается.

Если теперь в некотор1|й момент времени, например cjt «л ,;, входной сигнал и станет равным нулю, то в работе устройства произойдут следующие изменения. На выходе индикатора 10 полярности входного сигнала появится сигнал логического О, а на выходе индикатора 20 входного сигнала - сигнал логической I. При этом на выходах блоков В и 9 сравнения будут присутствовать сигналы единичного уровня.

На выходе индикатора 21 полярности напряжения сети формируется сигнал логической 1, который поступает на второй вход первого логического элемента ЗИ-НЕ 23. Поскольку к моменту (jt о( 5 по фазе 26 обмотки электродвигателя 1 протекал ток i, то на выходе индикатора 22 состояния ротора будет сформирован сигнал логической I. В результате на всех трех входах первого логического элемента ЗИ-НЕ 23 присутствуют единичные сигналы и на его выходе сформируется сигнал логического О, который поступает на первый вход второго логического элемента ЗИ-НЕ 24. С учетом сигналов на выходах блоков 8 и 9 сравнения и индикатора 10 полярности входного сиг- наЛЙ, на управляющих входах диодно- транзисторных ключей 3-5 сформируются сигналы, под действием которых третий диодно-транзисторныи ключ 5 окажется во включенном состоянии и будет шунтировать вторую фазу 26 обмотки электродвигателя I, первый диодно-транзисторныи ключ 3 останется во включенном состоянии, а второй диодно-транзисторныи ключ 4 - в выключенном. В этом состоянии первый и второй диодно-транзисторные ключи 3 и 4 находятся до изменения знака полуволны напряжения сети Up, т.е. до изменения уровня выходного сигнала индикатора 21 полярности напряжения сети. При и, О и неизменных сигналах на первом и третьем входах первого логического элемента ЗИ-НЕ 23 на его выходе Ьоявится сигнал логической 1, что приводит к выключению первого диодно-транзисторного

ключа 1 м 11ключеншо нторгЛ о дцпдцо- трдизи(: 1Ч)риого ключа А, а третий ди- пдно-1раняисторный ключ 5 при этом c Ci.Hfc rcH во включенном состоянии. Таким образом, осуществляется противофазная работа первог о 3 и второго i диодно-транэисториь х ключей при постоянно включенном третьем диодно- транзисторном ключе 5, с беспечивая одноно гупериодное выпрямление напряжения питания , прикладываемого к первой фазе 25 обмотки электродвигателя 1 и непрерывное протекание в ней однополярного тока двигателе возникает режим динамического торможения, интенсивность которого обеспечивается за счет высокого уровня выпрямленного тока 2Ь

В процессе торможения частота вращения ротора п уменьшается. При остановке ротора в некоторый момент времени « t of напряженна U22 становится равным о, что приводит к фор- мироврнию на выходе первого логичес кого элемента ЗИ-НЕ 23 сигнала 1. При этом обеспечивается рмключе- ние первого диодно-транзисторного клк ча 3 и включение второго 4 и третьего 5 диодно-транзисторных ключей. Фазы 25 и 26 двигателя 1 замыкаются накоротко и отключаются от питающей сети. Таким образом, при нулевом входном сигнале и при нулевой .частоте вращения ротора п О заканчивается процесс торможения двигателя 1 и он отключается от сети. В течение паузы c/,;a)t сА-, электроэнергия питающей сети не расходуется.

Если в момент времени uit вновь появляется входной сигнал, например и, О, то на выходах цчдикатора 10 полярности входного сигнала и индикатора 20 входного сигнала появится си нал логического О. При этом независимо от сигналов на первом и втором входах первого логического элемента ЗИ-НЕ 23 на его выходе сформируется сигнал логической 1, обеспечивая работу электродвигателя 1 в двигатель ном режиме. На интервалеа с: :о(включается первый 3 и третий 5 диодно- транзисторные ключи, а на интервале (у . tol i о( - первый 3 и второй А ди- одно-транзисторные ключи.

В результате изменения порядка следования фаз первых гармонических составляющих напряжений и 1 по сравнению с аналогичными напряжениями при и 70 в двигателе 1 развивается моменч гфотивоположного знака и он реверсируется.

Таким образом, в электроприводе неременного тока обеспечивается автоматический перевод двухфазного асинхронного электродвигателя в режим эффективного динамического торможения при достижении входнь м сигналом нулевого значения с последующим автоматическим отключением его от питающей сети при остановке ротора. В электроприводе сохранены все функциональные возможности и свойства, присущие известному устройству, а именно линейность механических характеристик и плавное регулирование частоты вращения электродвигателя от нулевого до

номинального значения при обеспечении постоянного и равного Ц /2 угла фазового сдвига между симметрично регулируемыми напряжениями (токами) статор- ных обмоток двигателя. Повышение эффективности торможения электродвигателя достигается без изменения силовой ч асти устройства - импульсного полупроводникового преобразователя, а следовательно, при практически тех же

массогабаритных показателях.

Формула изобретения

Ь

0

5

0

Электропривод переменного тока, содержащий г1синхронный двухфазный электродвигатель, импульсный полупроводниковый преобразователь, выполненный в В1ще трех последовательно соединенных между собой диодно-транзис торных ключей переменного тока, за- датчик входного сигнала, блок фазового сдвига, два блока сравггения, индикатор полярности, входного сигнала, блок формирования абсолютного значения входного сигнала, блок управления и защиты, блок гальванической развязки и усиления импульсов управления два логических элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, четыре логических элемента 2И-НЕ, крайний вывод первого диодно-транзисторного ключа переменного тока связан с одной клеммой для подключения к сети переменного тока, параллельно выводам второго диодно-транзисторного ключа гк ременного тока подсоедине- на перв;1я фаза обмотки асинхронного электродвигателя, один вывод которой соеднлен с одним выводом второй фазы обмотки асинхронного электродвигателя, свободный вывод третьего диодно- траиэисторного ключа переменного ток соединен с другой клеммой для подключения к сети переменного тока, выход задатчика входного сигнала соединен с входами индикатора полярности входного сигнала и блока формирования абсолютного значения входного сигнала, выход.которого подключен к первым входам блоков сравнения, вторые входы которых соединены соответственно с выходами блока фазового сдвига, входы которого подключены к клеммам для подключения к сети переменного тока, выход индикатора полярности входного сигнала соединен с первыми входами первого и второго логических элементов 2И-НЕ и с входами третьего логического элемента 2И-НЕ, выход которого соединен с первым входом четвертого логического элемента 2И-НЕ, второй вход которого объединен с вторым входом первого логического элемента 2И-НЕ и подключен к выходу первого блока сравнения, выход второго блока сравнения соединен с вторым входом второго логического элемента 2И-НЕ, выход которого подключен к первому входу первого логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. второй вход которого соединен с выxoдo f четвертого логического элемента 2Я-НЕ, выход первого логического элемента 2И-НЕ соединен с первым входом второго логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым входами блока гальванической развязки и усиления импульсов управления и с входами блока управления

0

5

0

5

0

5

0

и защиты, выход которого подключен к третьему входу блока гальванической развязки и усиления импульсов управления, выходы которого соединены с управляющими входами диодно-тразис- торных ключей переменного тока, о т- лич ающийся тем, что, с целью повышения эффективности торможения, в него введены индикатор входного сигнала, индикатор полярности напряжения сети, индикатор состоянии ротора, два логических элемента ЗИ-ИЕ, входы индикатора состояния ротора соединены соответственно с другим выводом второй фазы обмотки асинхронного электродвигателя и со свободным выводом третьего диодно-транэисторного ключа переменного тока, а выход индикатора состояния ротора соединен с первым входом первого логического элемента ЗИ-НЕ, выхЬд которого соединен с первым входом второго логичос кого элемента ЗИ-НЕ, второй и тре ; входы которого соединены соответстночно с выходом второго блока сравнения и с выходом третьего логического элемента 2И-НЕ, выход второго логичесь | - го элемента ЗИ-НЕ соединен с вторым входом второго логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы индикатора полярности напряжения сети подключены к входам блока фазового сдвига, а выход индикатора полярности напряжения сети соединен с вторым входом первого логического элемента ЗИ-ЫЕ, третий вхид которого подключен к выходу индикатора входного сигнала, вход которого соединен с выходом блока формирование абсолютного значения входного сигнала.

s §

5Я1 с JQ fet

- is -J