Электропривод переменного тока Советский патент 1993 года по МПК H02P7/58 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для фазового управления электроприводами с асинхронными двухфазными электродвигателями.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому следует считать устройство для фазового управления частотой асинхронного двухфазного электродвигателя 1, содержащее генераторы тактовых импульсов, управляемый делитель частоты, делитель частоты с постоянным коэффициентом, первый, второй, третий счетчики, первый и второй дешифраторы, первый, второй, третий, четвертый и пятый R-тригге- ры, первый и второй усилители мощности, коммутатор.

Целью изобретения является повышение КПД при регулировании скорости вращения двухфазного асинхронного электродвигателя и уменьшение дискретности регулирования.

Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, мультиплексор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, коммутатор и электродвигатель дополнительно введены первый формирователь/импульсов управления, первый вход которого соединен с выходом делителя частоты с переменным коэффициентом деления 2 фиг. 1 и второй формирователь импульсов управления, перСО СП

VI

00

00

вый вход которого соединен с делителем частоты с переменным коэффициентом 2 фиг.1, а второй вход соединен с выходом RS-триггера 4 фиг.1, первый и второй формирователи выходных напряжений, выходы которых соединены с обмоткой возбуждения и обмоткой управления двухфазного асинхронного электродвигателя соответственно, входы первого формирователя выходного напряжения соединены с соответствующими (К) выходами первого формирователя импульсов управления непосредственно, а выходы второго формирователя выходных напряжений соединены с соответствующими основными (К) выходами второго формирователя импульсов управления через управляемый коммутатор, причем каждый формирователь импульсов управления содержит последовательно включенные счетчик, дешифратор с N выходами и распределитель импульсов, которые имеют место и в прототипе 1, но вместо триггеров прототипа в предполагаемом электроприводе - распределителе импульсов, первый вход счетчика 7 фиг. 1, является первым входом формирователя импульсов управления, второй вход счетчика 7 фиг.1 соединен с N выходом дешифратора, выходы распределителей импульсов являются основными вы- ходами формирователей импульсов управления, один из выходов дешифратора первого формирователя импульсов управления образует дополнительный выход этого формирователя для управления вторым формирователем импульсов управления. Решение с такой совокупностью признаков, как у заявляемого устройства среди решений известных в науке и технике на данный момент не обнаружено.

Существенным отличительным признаком заявляемого устройства являются управляемый делитель частоты,первый и второй формирователи импульсов управления 5, 6 фиг.первый и второй формирователи выходных направлений 10,12 фиг.1, которые формируют многоуровневые, сложной формы, ступенчатые напряжения питания электродвигателя. Сами элементы электропривода для управления двухфазным асинхронным двигателем частотно-фазовым способом могут считаться известными, но такая совокупность элементов и новых связей привела к появлению новых свойств - повышению КПД электропривода, уменьшению дискретности регулирования.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию существенные отличия. На фиг.1 приведена функциональная схема устройства, а на

фиг.З приведены временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Электропривод с частотно-фазовым управлением (Д.А.Д.) .фиг. 1 содержит последовательно соединенные генератор импульсов 1, делитель частоты с переменным коэффициентом деления 2, мультиплексор 3, первый и второй формирователи импульсов управления 5,6,Я5-триггёр 4, управляемый коммутатор 11, первый и второй формирователи выходных напряжений 10,12, электродвигатель 13, счетчик 7. дешифратор 8, распределитель импульсов 9.

Устройство работает следующим образом: задающий генератор 1 вырабатывает импульсы прямоугольной формы, частота следования которых равна: f3.r N fmax, где N - коэффициент зависящий от формы ступенчатого напряжения (при выбранном варианте сигнала N 24), fmax - максимальная частота вращения двигателя, Эти импульсы поступают на вход делителя частоты с пере менным коэффициентом деления 2 Кдел

f3.r/ffl.4. з.г.. Коэффициент деле ния определяется кодом на шине адреса управляемого делителя частоты. Коэффициент может регулировать частоту в пределах -50% THOM; +50% fHoM с выхода делителя

частоты с переменным коэффициентом деления импульсы поступают на вход формирователей импульсов управления 5,6 (фиг.З.а), которые одновременно являются входными импульсами счетчика 8 формирователя импульсов управления 5, импульсы подсчитываются счетчиком и дешифрируют - ся дешифратором 8. Объем счетчика 7 и дешифратора 8 определяется количеством и дискретностью элементарных участков напряжений питающих обмотки электродвигателя 13.Импульсы с выхода дешифратора 8 разделяются распределителем импульсов 9 на l-групп (число 1 задается выбором схемы

формирователей выходного напряжения 10, 12. Выходы распределителя импульсов 9 являются выходами формирователей импульсов 5,6. Каждая 1-я группа импульсов., образованная формирователями импульсов

управления 5,6, управляет соответствующими транзисторными ключами, входящими в состав формирователя выходного напряжения 11 непосредственно, а формирователя выходного напряжения 12 через управляемый коммутатор. Формирователи выходных напряжений 10,12, в соответствии с заданным алгоритмом работы формируют ступенчатые выходные напряжения (фиг.Зд, е) аппроксимирующие синусоиду. С выхода дешифратора 8, соответствующего последней зоне импульс логического О (фиг.З.в) поступает на вход счетчика 7 и обнуляет его с приходом следующего импульса с делителя частоты (2 фиг.1) счетчик 7 начинает считать новый период управляющих импульсов. Первые 5 выходов 5 дешифратора 8 соединены с входами мультиплексора 3 фиг.1.на адресные входы которого подается код управления, в соответствии с которым на выход мультиплексора комму- тируются импульсы с 1 по 5 выходов дешифратора 8, которые смещены по времени на л/2, с выхода мультиплексора импульсы запускают RS-триггер 4, прямой выход которого соединен со счетчиком 7 формирова- теля импульсов управления 6, счетчик начинает подсчитывать импульсы, поступающие с делителя частоты 2, импульсы дешифрируются, подаются на распределитель импульсов и через управляемый коммута- тор 11 поступают на формирователь выходного напряжения, выходы которого соединены с обмоткой управления ДАД, с 1-го выхода дешифратора 8 формирователя импульсов управления 6 импульс, соответ- ствующий концу периода поступает на вход RS-триггера 4 и обнуляет выходы счетчика (фиг.З.ж) до прихода следующего импульса на RS-триггер 4, который опять разрешит подсчет импульсов счетчика. Изменение сдвига фаз в обмотке управления ДАД будет зависеть от кода управления на мультиплексоре, т.к. от того, какой из 5-ти последовательных импульсов, сдвинутых по времени и образующих сдвиг л:/2, будет подан на триггер 4,будет зависеть начало формирова- ния положительного полупериода напряже- ния питания обмотки управления ДАД. При сдвиге фаз nil двигатель будет иметь максимальное количество оборотов, при уменьшении сдвига фаз обороты двигателя уменьшаются и будут стремиться к нулю. Состав и работа дешифраторов 8, распределителей импульсов 9, управляемого коммутатора 11, зависит от класса используемых формирователей выходных напряжений 10.

Для примера на фиг.2 представлена функциональная схема формирователей выходных напряжений 10,12 с переключением секций первичной обмотки выходного трансформатора 16 в процессе работы уст- ройства на выходах дешифратора 8 последовательно поступают сигналы логического О, которые поступают на входы схемы ИЛИ 14 распределителей импульсов 9. Схемы ИЛИ 14 каждого распределителя импульсов 9 разделяют импульсы соответственно на N групп (). В первом формирователе импульсов управления 5 (фиг.2) и

во втором формирователе импульсов управления б (фиг.2). Каждая группа импульсов управляет своим транзисторным ключом 15 формирователей выходного напряжения 10,12 (фиг.2). При действии сигналов логической 1 транзисторные ключи 15 открываются и на выходе трансформаторов 16 формирователей выходных напряжений 10,12 формируются ступенчатые напряжения (фиг.З.г.е). Управляемый коммутатор 11 по сигналу реверс производит перекрестное переключение выходов второго формирователя импульсов управления 6 ко входам формирователя выходного напряжения 12 и тем самым обеспечивает реверс ДАД 13. Таким образом, устройство позволяет обеспечить заданную точность управления путем изменения количества разрядов кода управления, простоту осуществления реверса, высокую надежность за счет применения цифровых элементов, а также высокий КПД электропривода за счет выбора формы питающих электродвигатель напряжений. Кроме того возможно прямое управление с помощью ЭВМ количеством оборотов ДАД, а исполнение устройства может быть в виде одной БИС.

Формула изобретения Электропривод переменного тока, содержащий двухфазный асинхронный двигатель, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к входу делителя частоты, RS-триггер, мультиплексор, управляемый коммутатор, два счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, в него введены два дешифратора, два распределителя импульсов, двенадцать управляемых ключевых элементов, два многозонных трансформаторов с шестью первичными и одной вторичной обмотками, а делитель частоты выполнен управляемым, выход мультиплексора подключен к одному входу RS-триггера, выход которого подключен к входу сброса первого счетчика, выход которого подключен к входу первого дешифратора, выход которого подключен к второму входу RS-триггера и к входу первого распределителя импульсов, выход которого через управляемый коммутатор соединен с входами первых шести управляемых ключевых элементов, выходные выводы которых подключены к соответствующим шести первичным обмоткам первого многозонного трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к обмотке управления двухфазного асинхронного двигателя, выход управляемого делителя частоты подключен к счетным входам первого и второго счетчиков, выход второго счетчика подключем к входу второго дешифратора, выход которого подключен к входам второго распределителя импульсов и мультиплексора и к входу сброса второго счетчика, выход второго распределителя импульсов соединен с входами вторых шести управляемых ключевых элементов, выходные выводы которых подключены к соответствующим шести первичным обмоткам второго многозонного трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к обмотке возбуждения двухфазного асинхронного двигателя.

Использование: в электроприводах с двухфазными асинхронными электродвигателями. Сущность изобретения заключается в формировании ступенчатых импульсов сложной формы на выходе формирователей выходных напряжений и подаче их на обмотки электродвигателя. При изменении сдвига фаз скорость вращения двигателя изменяется с большой дискретностью, точную доводку скорости двигателя дает изменение периода квазисинусоиды питающей обмотки ДАД. Если фазовым методом обеспечивается полное регулирование, но с большей дискретностью, то частотный метод регулирует в пределах ±50% fHoM двигателя, но со значительно меньшей дискретностью. Использование двух способов регулирования убыстряет процесс установки требуемой скорости электродвигателя. Импульсы задающего генератора изменяют период следования, проходя через управляемый делитель частоты, группируются в формирователях импульсов управления и через формирователи выходных напряжений запитывают соответствующие обмотки электродвигателя, причем так же регулируется начальный сдвиг фаз на мультиплексоре. 3 ил. fe

(

1

{pt/г.г