Устройство для управления двигателем переменного тока Советский патент 1980 года по МПК H02P7/62 

Изобретение относится к эпектротехнике, а именно к управлению двигатепал переменного тока, например шаг«жь от входного напряжения, пропорционального, частоте, и может быть испопьзсюано в оледшшх системах с щагчжыми двигателш ги. Известны устройства Дпя управления шаговыми двигателями, которые наряду с уейшителями мощности, регуляторами напряжения и распределителями импупьС(ж содержат в качестве самострятепьиых узлов усилители рассогласования и генераторы управляемой частоты, позвола кщяе регулировать скорость двигателя is зависимости от управляющего напряжения р.,. Недостатком таких устройств является сложность, обусловленная использсваHvieM большого числа анапогсюых элементсв Ш1Я реализации усилителей рассогласования и управтшемых генераторов. Наиболее близким по технической сущ ности к предлагаемому явттяется устройство для управления двигателем переменного тока, содержащее четыре усилителя мощности, коммутирующих фазы двигателя, масштабный усилитель, двухвходовой интегратор, релейный элемент, усилитель с ключом изменения знака, коэффициенты передачи и источник входаого сигнала 2j, Недостатками этого устройства даляются сложность, обусловленная необх:одимостью введения согласующих элементе для связи с регуляторами напряжения на фазах двигателя, несимметрия фазных напряжений и нелинейность зависимости частоты от входного напряжения, что снижает точность отработки двигателем uiarxiB. Цепь изобретения - упрощение и повышение точности отработки шагеж двигателя. Указанная цель достигается за счет того, что устройство для управления двигателем переменного тока содержит подключенный к источнику входного сигнала операционный усилитель с последсжатепь};я6 сбвййИвййЬШГйЖШаШЙ резистором в цепи отрицательной св51Эи и резистором в цепи псмтожительной обратной связи и переключатель, выход которого сЬединен с инвертирующим входе интег ратора, сигнальный Вход - с 1аыхЬдс 1 масштабного усилителя, управляющий вход - с выходом релейного элзлента. Выход операционного усилителя подключен к цепи упрйвлёнйя кйюча изменения знака а общая точка диода я резистора цепи отрицательной обратной свдзи операционного усилителя прдклю1чевв к дополнительно му входу масштабного усилителя, ТакОе выполнение устройства об1еспечи вает упрощение соглассюания отдельных элетлентов и улучшает симметрию фазных на1 1{эяженйй, формируемых устройством и лшейносгь зависимости частоты отвели чины входного н1аПряжёййя, На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы на фиг. 3 - статическая характеристика операционного усилителя с обратньши связями.. Устройство (фиг. 1) содержит четыре усилителя мощности 1, 2, 3, 4 подклю ченйьш сботаётствённо к 1, Ш, I и 1У обмоткам управления (фазам) двигателя, инверторы 5, 6, регулятор напряжения 7 с задающим входом ( установки) 8 и входом обратной свяЕзи 9, двухвходовой интегрирующий усилитель 1О с конденсатор %( 11 в обратнс связи, резис йвным депителои 12, 13 на неинвертирующем входе 14 и резисторе 15 на инвертирующемвходе 16, релейный элемент 17, усилитель 18 с транзисторным ключом 19 дМиШШШШ знака его коэффициента передачи, и резвстивным цепта телам 20, 21 Ни й йй§ №рук)щйл входе В Е11ход интегрирующего уб)вррте; 10 подключен к релейному элементу 17 и к усйпйтё1го 18. Выхойь рёЯёЙН( элетлента 17. и усилителя Г8 сде/шнены непосредственно с усилителями мощности 1, 3 ичерез инверторы 5, 6 - с усилителями мощнбсти 2, 4. В состав устройства управления входя также масштабный усвшгт пь 22t с вход 1ныУ рёэйстбром 23 и резистором обрат HCxSt связи 24, а также операшовный усилитель 25, в цепь 6т|риШШ1ьноЙ обрагной связи котофкхговкпЬчёвы последовательно соединенные диод 26 и резистор 27. Входной резистор 2S усилителя 23 п6Д1оттШ k iHiT4 4Hjitiy внапряжения УБЧ Выход оперюцпонного усилителя 25 подключен к цёйё управления (база) транзисторного ключа 19 и к допол-J :нительному входу (резистор 29) масштабного усилителя 22. Кроме того, в устройстео управления входит переключатель ЗО на полевых транзисторах 31, 32 с каналами противо положной проводимости. Выход 33 переключателя 30 соединен с инвертирующим входсзм 16 интегрирующего усилителя 10, пе{жый вход 34 переключателя ЗО подключен к масштабному усилителю 22 и задающему входу 8 регулятора напряжения 7, второй вход 35 переключателя соединен с общей точкой схемы, а управляющий вход (затворы; транзисторов 31, 32) подключен к выходу релейного элемента 17. Резисторы 36, 37 образуют цепь положительной обратной связи операционйого усилителя 25. Устройство работает следующим обраасм. В исходно1м( состоянии при Uujt о напряжение на выходе масштабного усилителя 22 равно нулю. На регулятор напряжения 7 поступает нулевая уставка,. что соответствует напряжению питания обмоток двигателя, равному некоторое минимальному значению, обеспечивающему создание требуемого фиксирующего момшта на валу двигателя. В зависимое ти от состояния релейного элемента 17 переключатель 30 подключает инвертирующий вход 16 интегрирующего усилителя 1О либо и; выходу масштабного усилителя 22, Либо к общей точке схемы. Вследствие смещения нуля интегрируйэщий усилитель 10 переходит в состояние положительного или отрицательного насьодения причем это состояние интегратора не изменяется при переключении релейного 17, Под действием собственно го смещения нуля операционный усип т;еть 25 Находится либр в состоянии от рицательного насыщения, либо в линейном. с матшм пoлoжитeльньпv( на-, пряжением на выходе, В зависимости от состояния операционного усилителя 25 транзисторный, ключ 19 устанавливается в замкнутое или разсимгкнутое положение, в рё льтате чего выходное напряжение интегрирующего усилителя 10 превалирует на том или ином вхрде усилителя 18, Независимо рт.пслбжения ключа 19 усилитель 18 переходит в насыщенное состояние, TaKftM образом, в пскошом состоянии устройство управления находится, в устойчивом положении, при котором две из четырех фаз шатчвого двигателя подключены, к «сточаику регулируемого 578 напряжения Up , в то время как две другие фазы отключены от источника. В этом состоянии шаговый двигатель неподвижен. Работу устройства при подаче постоянч ного входного напряжения (JbX ° P руют временные диаграммы на фиг. 2. При положительном напряжении U (фиг. 2, а) на выходе операционного усилителя 25 возникает отрицательное напряжение, которое запирает диод 26, размыкая цепь отрицательной обратной связи (см. статическую характеристику усилитег пя 25 на фиг. З). Это напряжение открывает транзисторный ключ 19, в результате чего сигнал с интегратора воздействует только на неинвертирующий вход усилителя 18, и, следовательно, проходит на выход этого усилителя без изменения фаёы. Поскольку диод 26 закрыт, выходное напряжение операционного усилителя 25 не поступает на масштабный усилитель 22, и напряжение на выходе усийителя 22 Ьпределяется выражением. 22 2-)

гдеЯ2Ь 24 сопротивления резисторов 23, 24. Напряжение уставкой для регулятора напряжения 7, благодаря чему напряжение обмоток регулируется пропорционально входному сигналу Предположим, что репейный элемент 17 находится в состоянии положительного насыщения, при котором транзистор 31 закрыт, а транзистор 32 открыт, т.е переключатель 30 соединяет инвертирующий вход интегрирующего усилителя 1О с об|цей точкой схемы. В этом случае отрицательное напряжение Uoj поступает только на неинвертирующий вход 14 интегрирующего усилителя Ю. Под действием этого напряжения выходной сигнал- интегрирующего усилителя линейно уменьшается до тех пор, пока не достигнет отрицательного порога переключений : релейного элемента 17. После этого репейный элемент 17 переходит в состояние отрицательного насыщения и переключатель 30 переходит в положение, при котором инвертирующий вход 16 инвертирующего усилителя 10 подключает он к выходу масштабного усилителя 22 (транзистор 31 открьюается, а транзистор 32 закрывается). В этом положении переключателя 30 напряжение (J nocтупает на оба входа интегрирующего усилителя 10, обеспечивая перезаряд интет рирующего конденсатора 11 и увеличе.

где , соответственно сопротивление резисторсж, 15, 23 и 24,

, С емкость конденсатора 11. След ательно, частотна пря-. МО пропорциональна входному напряжению Сигнал с выхода релейного элемента 17 поступает на усилитель мощности 1 непосредстпенно и через инвертор 5 на усилитель мощности 2. Два другае усилителя мощности (3 и 4) получают сигнал с усилителя 18, который при О и замкнутом ключе :19 работает в режиме усилителя - огра:ничителя без изменения фазы выходного напряжения интегратора Ю. Как видно из временных диаграмм на фиг. 2а, на выходе усилителя 18 фО{мируются импульсы прямоугольной формы, ссюпадаютйие по частоте с выходньпл напряжени л релейного элемента 17 и опережающие его по фазе на угол Itji . В случае обмотки управления двигателя переключаются в последовательности 11-1, 1-1У, 1У-Ш, Ш-Й, 11-1 и т.- д..

Работа ск&лы при отрицательном входном напряжении (фиг. 2,6) происходит аналогичным образсм с той лишь разницей , что при этом транзисторный ключ 19 разомкнут и усилитель 18 работает 76 ние выходного напряжения интегрирующего усилителя 10. В момент времени, когда выходное напряжение интегратора дос- тигнет положительного переключения релейного элемента 17, последний внсюь переходит в состояние положительного насыщения, возвращая переключатель 30 в положение, при котором инвертирующий вход интегрирующего усилителя подключается к общей точке схемы и напряжение Uooi TynaeT только на неинвертирующий вход интегрирующего усилителя 10. Таким образом, под действием напря-.. жения 22. в схеме возникает периодический процесс, в результате которого выходное напряжение интегрирующего усилителя изменяется по пилообразному закону в пределах ширины петли гистерезиса 1 релейного элемента 17. При равенстве сопротивлений резисторов 12, 13 в схеме имеют место симметричные автоколебания с одинаковой длитепь1нЬстъю положительных и от1 1цательных полупериодов (скважность импульсе 2). Частота автоколебаний определяется соотношением (tl iffai lfi i ii il iSSS&fsi f&f ii isSS В 1режик{ё усилителя - ограничитетга с инвертирсюаййШ вййсоййозго напряжения интегрирующего усйлитеяя 1О. Действй f Ш,н6, если сеЩр ШШгая 1127.28 2 Яа9 резисторов 27 28 и 23, 29 ,-.,...,..-4,v-;. . . -- -: ., : :.:..;..- , - .0 .«--,:.- .. --:v:- да Ч- .jjj:ofiSB«f v5 - e выбраны ИЗ услдаия Яа. , то 1 2о выходное напряжения масштабного усйп й я «58 йй ражениём 4 24. 2г V) .,,:.--. B RTZJB) 2.8 Ъ Слёдшательно, напряжение U Вх ся Отрицательным и схема работает в режиме сймм ётричных автоколебаний, как рйССКГбтренном BbiuJe случае. В то же время при Оопёрааканный усилитель 25 переХЬ; т в линейный вследствие замьпюния цепи отрицательной обратной сёязи (отпирания диода 26), что имеет мезто при раеёнстве напряжений на входах операционнх го усилителя 25, когдд отрицательное напрйжёние поступающее на пнвертрую щий вход усилителя 25, срйбнивйётся с нвпрз жениетл, действуннцим на его неннвертии ющ«м входе. При достаточно малой ширине пёттш гистерезиса , Л пе рШШ б1Ш| ШШШШнб ijrMiii 25 в лийёйный рёжШ происходит вблизи нуля входного напряжения Ug . ПосйОйьку выходвое напряжение операционного усилителя 25 танс ится потожительным, т| анзис торньЖ ключ 19 закрывается. При этом выходной сигнш ннтегрирукще го усилителя Ю ndeTiynaeT на оба входа Усилителя 1в, причём на инвертирующий вход&тот сигнал поступает без ослаблениаГ. Поэтому усшштгейь fs осуществляет инвертирование напртжёшя интегратора 10. В результате обмотй управления m&c jr i jiffeir -t&rKai переключаются в пос лё)5оватбП1Ьности Х-П, ТР-ГО, Ш-1У, ХУ-Х 1-П ..V ит. д.,го-есть обеспечивается laeKHff ТвГапрйвлегая вращения двигате :Ж2;Я;2: 4 ..Такик образйм, предййгаемое устрой ство обесШчйваТ Пяэменен ие направления 1Ш1ГЙ двйРат1М п 1гаменении знака ВХОДНОГО напряжения причем скорос-гь )( 17 8 вращения двигателя прямо пропорциональна этому напряжению. Благодаря использованию переключателя 30 на инвертирующ&л входе интегратора достигается сутествённое уменьшение влияния входных тбков интегрирующего усилителя на часготу и скважность импульсов управлений т, е, в конечном счете псюышается точи .:.--™,;.,...:,. . ... 4.:.,7,г5Й-:г:; Эг .i;-- - гч ность ycTpoflCTOja. -это даёт возможность также осуществлять плавную регулировку частоты в широких пределах за счет изменения только одного резистора на входе интегратора, что улучшает технологичность. схемы. Фор 1м у л а и 3 е т е н и я Устройство для управления двигателе переменного тока, содержащее четыре усилителя мощности, к Ж1мутирующих фагзы двигателя, масштабный усилитель, . двухвходовой интегратор, релейный элемеят, усилитетпь с ключом изменения знака коэффициента передачи и источник вход-i цого сигнала; отпича ющгееся тем, что, с целью упрштения и црвыш аия точности отработки шагов двигателя, содержит подключенн лй к источнику входного сигнала операцишный усилитель с последовательно соединенными диодом и резистором в цеци отрицательной обратнсхЗ связи, резистором в цепи положительной обратной связи и переключатель, выход которого соединен с инвертирующим входом интегратора, сигнальный вход - с выходом масштабного усилителя, управляющий вход - о выходсж релейного 9Л@- мента, выход операционного усилителя подкйк 0н к цепи управлвни:я ключа изменения знака, а общая точка диода и рёзисгтора цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя подключена к дополнительному входу масштабного усилителя. №:точники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Дис.кретный электропривод с шёго- . выми двигатёлймй. Под ред. М. Г, Чиликина, М., Сергия 1971, с, 213-244, 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2421764/24-07, . Н 02 Р 8/00, 1976.

/«

Г

Ло

п

28

2S

9

а

Л

Ф1/ч.2

25,%

Чв