Устройство для управления электродвигателем переменного тока Советский патент 1992 года по МПК H02P5/36 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в бесконтактных устройствах автоматики для реверсивного управления электродвигателем переменного тока, скорость вращения которого регулируется по принципу совмещенной частотно-импульсной и широт- но-импульсной модуляции на частоте питающего напряжения.

Целью изобретения является повышение надежности и помехозащищенности.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для управления электродвигателем; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит два канала 1 и 2 управления, составленных каждый из последовательно соединенных суммирующего усилителя 3, порогового элемента 4, логического элемента И 5 и ждущего одно- вибратора 6,два блока 7 и 8 синхронизации, инвертор 9, синхронизирующий трансформатор 10, блок 11 обратной связи, четыре управляемых ключа 12-15, четыре оптрон- ных преобразователя 16-19, два диода 20 и 21 и четыре формирователя 22-25 разнопо- лярного напряжения.

Первые и вторые входы суммирующих усилителей 3, вторые входы логических элементов И 5 и выходы ждущих одновибрато- ров 6 образуют соответственно первые, вторые и третьи входы и выходы каналов 1 и 2 управления. Первый вход первого канала 1 управления непосредственно, а первый вход второго канала 2 управления через инвертор 9 соединены с клеммой для подачи сигнала управления. Вторые входы каналов 1 и 2 управления соединены с выходом блока 11 обратной связи. Вторичные обмотки синхронизирующего трансформатора 10 через соответствующие блоки 7 и 8 синхронизации соединены с третьими входами каналов 1 и 2 управления. Первый и второй, третий и четвертый оптронные преобразователи 16 и 18. 18 и 19 соединены попарно согласно-последовательно, а.обе пары между собой - встречно-последовательно и за- шунтированы в обратном направлении соответственно диодами 20 и 21. Свободные выводы первого и четвертого оптронных. преобразователей 16 и 19 соединены с выходами соответственно первого и второго каналов 1 и 2 управления. Выходы оптронных преобразователей 16-19 соединены с входами соответствующих формирователей 22-25 разномерного напряжения, выходы которых подключены к управляющим цепям соответствующих ключей 12-15, соединенных по мостовой схеме. Выводы одной диагонали мостовой схемы предназначены для подключения обмотки управления электродвигателя и блока 11 обратной связи, а выводы другой диагонали мостовой схемы и выводы первичной обмотки синхронизирующего трансформатора 10 соединены с клеммами для подключения питающей сети.

Устройство работает следующим образом.

0После подключения напряжения вторичного источника питания Упит и переменного напряжения силового источника питания и при входном сигнале все управляемые ключи 12- 15 оказываются в

5 выключенном, непроводящем состоянии из-за наличия на их входах запирающего напряжения от формирователей разномерного напряжения 22-25, благодаря чему ток и напряжение на управляющей обмотке

0 двигателя отсутствуют (фиг. 2).

Наличие запирающего напряжения на выходэ формирователей 22-25 обусловлено. тем, что при входном сигнале напряжения на выходе ждущих одновибраторов 6

5 обоих каналов равны по величине и однопо- лярны (минус Увых); цепочка из оптронных преобразователей 16-19 с шунтирующими диодами 20 и 21 оказывается включенной между равнопотенциальными точками, вви0 ду чего ток в ней отсутствует и выходные элементы оптронных преобразователей 16- 19 находятся в выключенном состоянии. При нулевом входном сигнале на выходе инвертора 9 и суммирующих усилителей 3

5 также будет нулевой сигнал (фиг. 2). При этом на выходе пороговых элементов 4 будет напряжение такой полярности, которое блокирует срабатывание логических элементов И 5, ввиду чего на их выходах

0 присутствует сигнал, блокирующий срабатывание ждущих одновибраторов 6. Напряжение сети, приложенное к первичной обмотке согласующего трансформатора 10, наводит во вторичных обмотках напряже5 ние, которое поступает на вход блоков 7 и 8 синхронизации. На выходе блоков 7 и 8 синхронизации при этом формируются короткие импульсы равнополярной амплитуды в моменты перехода синусоидального напря0 жения через нулевой уровень, т.е. в начале каждого полупериода питающего напряжения сети, которые подаются на другой вход логических элементов И 5.

При поступлении на вход устройства уп5 равляющего сигнала постоянного тока положительной полярности (фиг. 2) в первом канале на выходе суммирующего усилителя 3 появляется напряжение отрицательной полярности. Как только это напряжение по модулю становится больше порога срабатывания порогового устройства 4, последнее срабатывает и на его выходе появляется напряжение положительной полярности, которое является разрешающим сигналом для срабатывания элемента И 5, на выходе ко- торого появляется импульс от блока 7 синхронизации, соответствующий моменту перехода синусоидального питающего напряжения через нулевой уровень.в момент начала очередного периода синусоидально- го напряжения, который поступает на вход ждущего одновибратора 6 и заставляет его срабатывать; на выходе одновибратора б появляется импульс положительной полярности длительностью 3/4-7/8 от периода питающего переменного напряжения. Благодаря этому по цепочке, образованной входными элементами (светодиодами) опт- ронных преобразователей 16 и 17 и диодом 21, в это время начинает протекать ток с выхода шин ждущего одновибратора 6 первого канала 1 на выход ждущего одновибратора 6 второго канала 2, достаточный для перевода выходных элементов оптронных преобразователей - составных транзисто- ров, работающих в режиме ключа, в состояние насыщения. Благодаря этому на выходе формирователей 22 и 23 разномерного напряжения происходит переполюсовка напряжениянаполярность, противоположную начальной, т.е. на выходе формирователей 22 и 23 появляется отпирающее напряжение на время 3/4-7/8 от периода питающего переменного напряжения Т (фиг. 2). Под действием зтого напряжения срабатывают ключи 12 и 13 на все время периода переменного питающего напряжения Т, благодаря чему обмотка управления двигателя оказывается на это время практически под напряжением сети. Напряжение с обмотки управления двигателя подается на вход блока 11 обратной связи, который формирует импульс обратной связи (фиг. 2). Форма импульса такова, что в первой четверти периода переменного напряжения он (импульс) имеет крутой фронт и амплитуда его напряжения, приведенная к входу суммирующих усилителей 3 обоих каналов, больше максимального управляющего сигнала, а в остальной части периода задний фронт импульса спадает к нулевому уровню по апериодическому закону, и общая длительность импульса больше периода переменного напряжения. Импульс отрицательной обратной связи, поданный на вход суммирующего усилителя 3, запирает открытый до этого первый канал 1 управления устройства и удерживает его в этом состоянии до тех пор, пока сигнал от обратной связи больше сигнала управления. Если за

счет спадания заднего фронта импульса обратной связи отрицательное напряжение на выходе суммирующего усилителя 3, теперь пропорциональное сумме сигнала управления и сигнала обратной связи, больше порога срабатывания элемента 4, то канал управления снова включается в проводящее состояние указанным образом и на выходе устройства, т.е. на управляющей обмотке двигателя, опять появляется выходной импульс в виде следующего периода переменного напряжения (фиг, 2).

Во втором канале 2 устройства при наличии на его входе положительного управляющего напряжения на выходе инвертора 9 будет такое же напряжение, но отрицательной полярности, а на выходе суммирующего усилителя 3 появляется напряжение положительной полярности, которое блокирует срабатывание порогового элемента 4, благодаря чему на выходе ждущего одно- вибратора 6 второго канала 2 сохраняется отрицательное выходное напряжение. При этом ток, протекающий с выхода ждущего одновибратора 6 первого канала 1 на выход одновибратора 6 второго канала 2, создает на диоде 21 прямое падение напряжения, которое является напряжением смещения в обратном, запирающем направлении для оптронных преобразователей 18 и 19 второго канала, что исключает возможность их срабатывания и соответственно срабатывание управляющих ключей 14 и 15 при работе первого канала.

При поступлении на вход устройства управляющего сигнала отрицательной полярности на выходе суммирующего усилителя 3 первого канала 1 появляется напряжение положительной полярности, которое блокирует срабатывание первого канала, и поэтому управляемые ключи 12 и 13 находятся в выключенном состоянии.

Во втором канале устройства при наличии на его входе отрицательного напряжения на выходе инвертора 9 такое же напряжение, но положительный полярности, подаваемое на вход суммирующего усилителя 3, и потому второй канал 2 устройства начинает работать в режиме управления.

При этом во включенном состоянии оказываются управляемые ключи 14 и 15, в результате чего на обмотку управления двигателя приходит напряжение в противо- фазе, что приводит к изменению направления его вращения.

Благодаря последовательному и встречному включению между выходами ждущих одновибраторов 6 обоих каналов двух пар оптронных преобразователей 16,17 и 18, 19 и их шунтированию встречно включенными

диодами 20 и 21 исключается возможность одновременного срабатывания управляемых ключей 12, 13 и 14,15, т.е. исключается короткое замыкание в цепи силового питания даже при отсутствии перекрестных, блокирующих связей с канала на канала.

Применение изобретения позволяет повысить эксплуатационную надежность устройства управления , т.е. даже при активном отказе двух каналов управления сразу или при активном отказе одного из каналов и управляющем режиме в другом благодаря указанному способу включения оптронных преобразователей 10-19 и практически из- за равенства положительных потенциалов на выходе ждущих одновибраторов 6 обоих каналов не срабатывают оптронные преобразователи 16-19 устройства, а формирователи 22-25 не выдают отпирающие напряжения для открытия ключей 12-15, что в конечном итоге приводит к снижению скорости вращения двигателя или к полному его останову, т.е. к пассивному отказу на выходе устройства.

То же самое происходит при случайной помехе в канале управления, приводящей к появлению напряжения положительной полярности на выходе ждущего одновибрато- ра 6 одного из каналов при работающем другом канале.

Исключается также возможность корот- кого.замыкания источника переменного напряжения во время переходного режима при включении вторичного источника питания для каналов 1 и 2 управления, так как при этом в случае несинхронного изменения потенциалов на выходе ждущих одновибраторов 6 может произойти срабатывание только одной пары оптронных преобразователей 16-19 в зависимости от полярности и величины разности потенциалов на выходе ждущих одновибраторов 6, что в свою очередь может привести только к кратковременному включению противоположных ключей 12-13 или 14-15, т.е. к появлению напряжения на обмотке управления двигателя (на время переходного режима), но ни в коем случае не к появлению сквозного тока через ключи 12-15 или 13-14, т.е. не к короткому замыканию источника переменного напряжения.

Таким образом, источник переменного напряжения оказывается надежно защищен от к.з. при возникновении помехи или активного отказа по всему тракту обоих каналов управления, вплоть до оптронных преобразователей.

Формула изобретения

Устройство для управления электродвигателем переменного тока, содержащее два

канала управления, составленных каждый из последовательно соединенных суммирующего усилителя, порогового элемента, логического элемента И и ждущего одновиб- ратора, первые и вторые входы суммирующих усилителей, вторые входы логических элементов И и выход ждущего одновибрато- ра каналов управления образуют соответственно первые, вторые и третьи входы и выход канала управления, два блока синхронизации, инвертор, синхронизирующий трансформатор, блок обратной связи и два управляемых ключа, первый вход первого канала управления непосредственно, а первый вход второго канала управления через

инвертор соединены с клеммой для подачи сигнала управления, вторые входы каналов управления соединены с выходом блока обратной связи, вторичные обмотки синхронизирующего трансформатора через

соответствующие блоки синхронизации соединены с третьими входами соответствующих каналов управления, отличающее- с я тем, что, с целью повышения надежности и помехозащищенности, в него введены четыре оптронных преобразователя, два дио- да четыре формирователя разнополярного напряжения и третий и четвертый управляемые ключи, первый и второй, третий и четвертый оптронные преобразователи соединены попарно согласно-последовательно, обе пары оптронных преобразователей соединены между собой встречно-последовательно и зашунтированы обратно включенными диодами, свободные выводы

первого и четвертого оптронных преобразователей соединены с выходами соответственно первого и второго каналов управления, выходы первого, второго, третьего и четвертого оптронных преобразователей соединены с входами соответствующих формирователей разнополярного напряжения, выходы которых подключены к управляющим цепям соответственно первого, второго, третьего и четвертого управляемых ключей, соединенных по мостовой схеме, выводы одной диагонали которой предназначены для подключения обмотки управления электродвигателя и блока обратной связи, а выводы другой диагонали

мостовой схемы и выводы первичной обмотки синхронизирующего трансформатора соединены с клеммами для подключения питающей сети.

Использование: в бесконтактных устройствах автоматики для реверсивного управления электродвигателем, скорость вращения которого регулируется по принципу совмещенной частотно-импульсной и широт.но-импульсиой модуляции на частоте питающего напряжения. Сущность изобретения: в устройство, содержащее каналы 1, 2 управления, составляющие каждый из суммирующего усилителя 3, порогового устройства 4, элемента И 5 и ждущего одновиб- ратора 6, устройства 7, 8 синхронизации, инвертор 9, блок 11 обратной связи, введены оптронные преобразователи 16, 17, 18, 19, диоды 20, 21 и формирователи 22,23,24, 25 разнополярного напряжения, выходы которых соединены с управляющими цепями ключей 12, 13, 14, 15, соединенных по мостовой схеме, к одной из диагоналей которой подключается обмотка управления электродвигателя. Введение указанных блоков позволяет повысить надежность и помехозащищенность устройства. 2 ил. со С