Устройство для управления двигателем переменного тока Советский патент 1979 года по МПК H02P7/62 

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройству для частотного управления двигателями переменного тока и может быть использовано в следящих системах, системах автоматического регулирования, а также в других устройствах с шаговыми двигателями.

Известны устройства для управления шаговым двигателем, содержащие наряду с усилителями мощности и распределителями импульсов, в качестве самостоятельных узлов усилителя рассогласования и генераторы управляемой частоты позволяющие регулировать скорость вращения двигателя в зависимости от управляющего напряжения ij.

Недостатком таких устройств яш яется наличие сложных импульсных распределителей импульсов, обладающих низкой помехоустойчивостью, что снижает их надежкостр.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является ycTf.ioAcTBo д;гя yripai-yioHUH двига-

телем переменного тока, содержащее четыре усилителя мощносгги, коммутирующих фазы двигателя, два инвертора и соединенный с входной щиной двухфазный генератор импульсов, выходы которого подключены ко входам двух усилителей непосредственно, а двух других - через инверторы 2 .

Недостатком известного устройства является сложность, ограниченный диапазон рабочих частот и низкая надежность.

Цель изобретения - расширение .частотного диапазона и повышение; надежности.

Поставленная цел1 достигается тем, что генератор импульсов содержит интегрирующий операционный усилитель, суммирующий операционный усилитель, релейный элемент, три ключа, трехпозицион- ный нуль-орган и два элемента И, подключенные своими входами к выходу релейного элемента, соединенного со входами одних усилителя моииюсти и инвер- тора, и входу ключа, связанного с одним из входов суммирующего усилителя, подключенного своим выходом к входам дру гих усилителя мощности и инвертора, а вторым входом - с выходом интегрирую- щего усилителя, соединенного своими вх дами с выходами двух других ключей и входной шиной, связанной через нуль-орган с входом ключа суммирующего усилителя. Такое выполнение устройства расширяет диапазон рабочих частот и повьпиае надежность за счет исключения низкочастотных и ненадежных моточных элементов. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для управления двигателем переменного тока, в частности шаго вым, а на фиг. 2 - временные диаграмм сигналов на отдельных элементах схемы Устройство (фиг. 1) содержит усилители мощности 1, 2, 3 и 4, коммутирующие фазы 1, П, Ш и 1У шагового двиг-атёля, инверторы 5, 6, двухвходовый интегрирующий операционный усилитель 7 с интегрирующим конденсатором 8 обратной связи и управляемым делителем 9, подключенным к входной шине. и в); и выполненным на резисторах 10, 11, 12 и 13, и ключах на транзисторах противоположной проводимости 14, 15. Выход интенгрирующего усилителя 7 под ключен к релейному элементу 16 и к допоянитеЛЬному двухвходовому операционному усилителю 17, на одном входе которого включен резисторный делитель напряжения 18, 19, а на другом - ключ 20 на транзисторе 21. Цепь управления ключом 20 соединена с выходом трехпоаиционного нуль-органа 22 также подключенного к входной шине Ug) . . В состав устройства управления входят згакже два элемента И 23, 24 на диодах 25, .26, и 27, 28, входы которых подключены к выходам релейного элемента 16, и нуль-органа 22,а выходы соединены с входами ключей 14, 15 управляемого делителя 9, Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии при нуль-орган 22 находится в среднем положении и напряжение на его выходе равно нзлю. При этом независимо от сос тояния релейного элемента 16 один из транзисторов (14 или 15) ключа, входящего в управляемый делитель напряжения 9, находится в проводящем состоянии, поскольку при положительном напряжении и на выходе релейного элемента 16 диод 28 открыт, напряжение на выходе элемента И 24 равно нулю и транзистор 14 открыт источником положительного смещения +Е. Транзистор 15 закрыт положительным напряжением с выхода элемента И 23. При отрицательном напряжении на выходе релейного элемента 16 под действием источника смещения - открытым оказывается транзистор 15 (напряжение на выходе элемента И 23 равно нулю, так как открыт диод 26). В то же время транзистор 14 закрыт отрицательным напряжением с выхода элемента И 24. В зависимости от величины остаточных параметров транзиеторных ключей 14, 15 и смещения нуля собственно операционного усилителя интегратор 7 перейдет в состояние положительного или отрицательного насыщения. Соответственно релейный элемент 16 и двухвходовой операционный усилитель 17 перейдут в состояние насыщения противоположных знаков. В результате две из четырех фаз двигателя окажутся под током, в то время как две другие обмотки будут обесточены. Такое состояние устройства управления является устойчивым, оно соответствует неподвижному двигателю и сохраняется до тех пор, пока входное напряжение не превысит порог чувствительности нуль юргана 22. Работа устройства при подаче входного сигнала иллюстрируется временными диаграммами фиг. 2. При положительном напряжении U на выходе нуль-органа 22 устанавливается положительное напряжение, открывающее транзистор 21 ключа 20. В зависимости от положения релейного элемента 16 напряжение U (фиг. 2) на выходе интегрирующего усилителя 7 изменяется по линейному закону, вызывая переключения релейного элемента 16, что в свою очередь приводит к изменению направления интегрирования задающего напряжения. Так, например, если выходное напряжение релейного элемента 16 положительно, то на выходе обоих элементов 23, 24 вырабатываются положительные напряжения, в результате чего транзистор 14 открывается, а транзистор 15 закрывается. При этом положительное напряжение Ugy, поступает на нейнвертнрующий вход интегратора 7 через делитель на резисторах 1О, 11. Под действием этого напряжения выходной Ь6 сигнал интегратора U изменяется в по ложительном направлении и в момент вре мени t , достигает nopoi a переключения Ij релейного элемента 16. В результате релейный элемент 16 переходит в сое тояние отрицательного насыщения, что приводит к появлению отрицательного напряжения на выходе элемента И 24 (от срывается диод 27). Это напряжение закрывает транзистор 11 и входной сигнал Ug)i поступает на оба входа интегрирующего усилителя 7, обеспечивая перезаряд интегрирующего конденсатора 8 и уменьшение выходного напряжения интегратора Uy В момент времени -Ь (фиг. 2) напряжение Uy достигает другого порога переключения релейного элемента ( - U п ) и релейный элемент 16 переходит в состояние положительного насыщения, после чего вновь вклю чается транзистор 14 и изменяется на правление интегрирования напряжения и a) . Такие процессы в схеме периодически повторяются. Сигнал с выхода релейного элемента поступает непосредственно на усилитель мощности 3 и через инвертор 6 на усилитель мощности 4. На два других усили теля мощности (1 и 2) сигнал У поступает с двухвходового операционного усилителя 17, который при Ub v0 (замкну том транзисторном ключе 20) работает в режиме инвертора-ограничителя, обеспечивая формирование напряжения прямоугольной формы из пилообразного напряжения на выходе ййтегратора. Как видн6 из временных диаграмм, на фиг. 2 при и-ц, О обеспечивается следующая, оче редность переключения фаз шагового дви гателя: 1-П, RJJJ, Ш-1У, lY-l, 1-П и т. д. Работа устройства управления при отрицательном задающем напряжении () происходит аналогичным обра зом. Однако в этом случае выходной сиг нал нуль-органа 22 принимает отрицател ное значение, благодаря чему транзистор ный ключ 20 размыкается и усилитель 16 работает в режиме усилителя-ограни чителя без инвертирования входного сигнала. Другое отличие в работе устройства проявляется в том, что транзистор 14 остается в закрытом состоянии, а транзистор 15 переходит во включенное состояние при отрицательном напряжении на выходе релейного элемента 16. При y. обеспечивается обратная очередность коммутации фаз двигателя: 1-1 У, 56 1У-Ш, Ш-П, П-1, 1-1У и т. д. , обоспочивающая реверсирование двигателя. Выполнение устройства для управления двигателем переменного тока по предлагаемой схеме обеспечивает совмещение функций генератора и распределителя импульсов, повышая, тем самым, надежность устройства, расщиряет функциональные возможности, обеспечивая режим фиксированного останова двигателя под током и расширяет частотный диапазон за счет применения быстродействующих ключевых элементов и операционных усилителей. Формула изобретения Устройство для управления двигателем переменного тока, содержащее четыре усилителя мощности, коммутирующих фазы двигателя, дра инвертора и соединенный со входной шиной двухфазный генератор импульсов, выходы которого подключены ко входам двух усилителей непосредственно, а двух других - через инверторы, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и расширения частотного диапазона, генератор импульсов содержит интегрирующий операционный усилитель, суммирующий операционный усилитель, релейный элемент, три ключа, трехпозиционный нульорган элемента И, подштюченные своими входами к выходу релейного элемента, соединенноГб со входами одних усилителя мощности инвертора, и входу Ключа, связанного с одним из входов суммирующего усилителя, подключенногосвоим выходом к входам других усилителя мощности и инвертора, а вторым входом - с выходом интегрирующего усилителя, соединенного своими входами с выходами двух других ключей и входной шиной, связанной через нуль-орган со входом ключа суммирующего усилителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Дискретный электропривод с шаговыми двигателями под ред. М. Г. Чиликина, М., Энергия, 1971, с. 2192.Коссов О. А. Усилители мощности на транзисторах в режиме переключений. М., Энергия, 1971, с. 399. Л;: -г--иРт