Устройство для управления двухфазным асинхронным электродвигателем Советский патент 1981 года по МПК H02P7/58 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах исполнительных механизмов. Наииолее близким к предлагаемому является устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем, содержащее блок управления, N-разряд- ный счетчик, два статических триггера, элемент И, коммутатор и усилитель мощности, причем один из выходов блока управления соединен с управляющими входами N-разрядного счетчика, другой выход - с одним из входов первого статического триггера, а третий выход - с одним из входов элемента И, другой вход которого связан с выходом первого статического триггера, выход второго статического триггера подключен к одному из входом коммутатора, . другой вход которого связан с четвертым выходом блока управления, а два выхода подключены к двум входам усили теля мощности, третий вход которого соединен со входом блока управления и источником опорного напряженияу а пер вый и второй выхода связаны с выходами устройства Til. Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, так как оно работает с цикличностью, равной половине периода опорного переменного напряжения, питающего двигатель и, таким образом, вносит в систему управления механизмом запаздывания, максимальная величина которых может быть равна -,где круговая частота опорного напряжения. Цель изобретения - увеличение быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления двухфазным асинхронньвч двигателем, содержащее блок управления, N-разрядиый двоичный счетчик, один вход которого соединен с первым выходом блока управления, первый статический триггер, один вход которого соединен со BTOIH IM 38 выходом блока управления, а выход С одним входом элемента И, другой вхо которого соединен с третьим выходом блока управления, коммутатор, один вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, а дру1 ой вход - с выходом второго статического триггера, усилитель мощности, два входа которого соединены с двумя выходами коммутатора, а третий вход соединен со входом блока управления и источником опорного переменного напряжения, два вькода усилителя мощнос ти подключены к обмоткам статора асин хронного электродвигателя, введены до полнительный блок управления, мультиплексор, причем пятый выход блока управления соединен со счетным входом N-разрядного двоичного раэвертьгоающего счетчика, N-импульсных выходов которого соединены с N-первыми входами мультиплексора, N-вторых входов которого подключены к входным клеммам до полнительного блока управления, а выход соединен с другим входом первого статического триггера, выход которого Соединен с одним из входов второго статического трг ггера, другой вход которого соединен с выходом элемента И . Блок управления состоит из генератора тактовых импульсов, распределителя импульсов, трех блоков синхронизации, делителя частоты, элемента ИЛИ элемента НЕ и триггера Шмитта, причем выход генератора соединен со входом распределителя импульсов, первый выход которого подключен ко второму выходу блока управления и к одним входам первого и второго блока синхронизации, выходы которых соединены со входами элемента ИЛИ, выходом подключенный к первому выходу блока управления и одному входу делителя частоты другой счетный вход которого соединен со вторым выходом распределителя импульСов, а выход - с пятым выходом блока управления и с одним из входов третьего блока синхронизации, другой вход которого связан с третьим выходо распределителя импульсов, а выход - с третьим блока управления, вхо которого соединен со входом триггера Шмитта, выходом ссвязанного с другим входом первого блока синхронизации и через элемент НЕ с другим входом второго блока синхронизации и четвер-тым выходом блока управления. На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. Устройства для управления двухфазным асинхронным двигателем содержит блок 2 управления, предназначенный для формирования сигналов управления работой устройства и первый выход которого соединен со входом установки в О, развертывающий счетчик 2, вырабатывающий N-ортогональных импульсных последовательностей и состоящий из двоичного счетчика N-счетных триггеров 3, счетный вход которого, являющийся счетным входом развертывающего счетчика 2, связан с пятым выходом блока 1 управления, а входы установки в О счетных триггеров 3 объединены и подключены ко входу установки в О развертывающего счетчика 2, и N формирователей 4 импульсов. Входы формирователей 4 импульсов связаны с выходапи N-счетных триггеров 3 двоичного счехчика, а выход через импульсные выходы развертывающего счетчика 2- с N-первыми входами мультиплексора 5. Вторые .N-входы мультиплексора 5, коммутирующего импульсные пъследовательности, вырабатьгеаемые развертывающим счетчиком 2, соединены с N входами допoл итeльнoгo блока 6 управления, а выход связан с одним входом первого статического триггера 7. Другой вход первого статического триггера 7 соединен со вторым выходом блока I управления, а выход - с одним входом элемента И 8, другой вход которого связан с третьим выходом блока I управления, и одним входом второго статического триггера 9,другой вход которого подключен к выходу элемента И 8, а выходк одному входу коммутатора 10. Один из входов коммутатора 10, формирующего реверс двигателя и выполненного на комбинационных логических схемах, соединен с клеммой 11, на которой имеется управляющий сигнал А переменного знака, другой вход - с четвертым выходом блока 1 управления, а два выхода - к двум входам усилителя 12 мощности. Третий вход усилителя 12 мощности, обеспечивающего усиление по току и напряжению сигналов управления, поступающих с выходов устройства в обмотки управления двигателя, связан со входом блока 1 управления и источником 13 опорного напряжения, а два выхода под ючены к выходным клеммам 14 и 15 обмоток статора асинхронного электродвигателя. Блок 1 управления состоит из гене ратора 16 тактовых импульсов, вьфаба тывающего тактовые импульсы высокой частоты, выход которого соединен со входом распределителя 17 импульсов, формирующего три последовательности тактовых импульсов, первый выход которого связан с синхронизирующими входами первого 18 и второго 19 блоков синхронизации и вторым выходом блока 1 управления, второй выход - со счетным входом делителя 20 частоты, а третий выход - с сийхроннзирующим входом третьего блока 21 синхронизации. Выходы первого 18 и второго 19 блоков синхронизации подключены к дву входам элемента ИЛИ 22, выход которого соединен с первым выходом блока 1 упра вления и со входом установки 1 делителя 20 частоты. Выход делителя 20 частоты связан с пятым выходом бло ка 1 управления и с синхронизируемым входом третьего блока 21 синхронизации, выход которого соединен с третьим выходом блока 1 управления. Вхо блока 1 управления подключен ко вход триггера Шмитта 23, выход которого связан с синхронизируемым входом пер вого блока 18 синхронизации и через схему НЕ 24 - с синхронизируемым вхо дом-второго блока 19 синхронизации и четвертым выходом блока 1 управления Устройство работает следующим образом. Распределитель 17 импульсов форми рует из последовательности тактовых импульсов высокой частоты, вырабатываемых генератором 16 тактовых шшул сов, три последовательности тактовых импульсов ТИ-1, ТИ-2 и ТИ-3 с частотами fr frn-ч Гп-з причем погрешности в работе устройства будут тем меньше, чем , ОП где - частота опорного напряжения Uon питающего асинхронный двигатель. Пос.ледовательность ТИ-1, поступающая с первого выхода распределителя 17 импульсов через второй выход блока 1 управления на один вход первого статического триггера 7, сбрасывает первый статический триггер 7, при зтрм на его выходе устанавливается логичес кая 1, открывая элемент И 8, а второй статический триггер 9 остается в положении, в котором находился до сброса первого статического триггера 7. Кроме того, последовательность ТИ-1, в качествесинхронизирующих импульсов, поступает на синхронизирующи входы первого 18 и второго 19 блоков синхронизации, а последовательность ТИ-3 с третьего выхода распределителя 17 импульсов,в качестве синхронизирующих импульсов, - на синхронизирующий вход третьего блока 21 синхронизации. Последовательность ТИ-2 со второго выхода распределителя 17 импульсов поступает на счетный вход двоичного делителя 20 частоты, который выраба тывает последовательность счетных импульсов с частотой fou on (длительность импульсов последовательности счетных импульсов равна длительности импульсов последовательности ТИ-2), Последовательность счетных импульсов частоты fj. с выходе делителя 20 частоты через пятый выход блока 1 управления поступает на счетный вход развертывающего счетчика 2 и на синхронизируемый вход третьего блока 21 синхронизации, с выхода которого через третий выход блока 1 управления на вход элемента И 8 проходят импульсы с частотой f{;,ц , синхронизированные последовательностью тактовых импульсов ТИ-3. Триггер Шмитта 23, вход которого через вход блока 1 управления, связанный с источником I3 опорного переменного напряжения UQ, вырабатывает сигнал фазы опорного напряжения в виде последовательности импульсов частаты fpri со скважностью 2, передний и задний фронты которых совпадают с моментом перехода Ugf, через ноль. Импульсы с выхода- триггера Шмитта 23 поступают на синхронизируемый вход первого блока 18 синхронизации, а после инверсии на элементе НЕ 24 - на синхронизируемый вход второго блока 19 синхронизации и через четвертый иглход блока 1 управления - на первый вход коммутатора 10. Первый 18 и второй 19 блоки синхронизации по переднему фронту импульсов, поступающих на их синхронизируемые входы, вырабатывают импульсы, синхронизированные с последогвательностью ТИ-1 и поступаюпще на входь элемента ИЛИ 22. С выхода элемента ИЛИ 22 на вход установки в I делителя 20 частоты и через первый выход блока 1 управления на вход установки в О, развертывающего счетчика 2 в момент перехода опорного напряжения U(jri через ноль приходят импульсы с частотой 2fgf, , синхронизированные с последовательностью ТИ-2. Первый импульс последовательности ТИ-2, пришедпшй со второго выхода распределителя 17 импульсов на счетный вход делителя 20 частоты после установки делителя 20 частоты в 1 и установки в О N-счетных триггеров 3 разве тывающего счетчика 2, переводит делитель 20 частоты в О, а импульс переполнения с. его выхода поётупает через пятый выход блока Г управлёния на счетный вход развертываю1цего счет ,чика 2, устанавливая младший разряд двоичного счетчика в 1. Импульсы с выхода делителя 20 частоты .заполняют дважды за полупериод опорного напряжения Don двоичнь1Й счетчик развертывающего счетчика 2, вырабатывающего N-ортогональных последовательностей импульсов, длительность которых равна длительности импульсов последовательности ТИ-2, а частбта следования кратна 2г, где г 1, 2,..N. Ортогональные последовательности импульсов в развертывающем счетчике 2 импульсов формируются N формирователями 4 импульсов в момент изменения состояния N-счетных триггеров 3 с О в 1 и поступают, через импульсные выходы развертывающего счетчика 2 на N-первые входы мультиплегсора 5. На вторые входы мультиплексора 5, коммутирующего ортогональные последовательиости, подается с входных клемм дополнительного блока 6 управления N-разрядный прямой код числа управля ющего сигнала А таким образом, что младший разряд кода числа управляюще го сигнала А управляет подключением на выход мультиплексора 5 последовательности импульсов, формируемой фор мирователем 4 импульсов, связанным с выходом N-oro разряда двоичного счет чика развертывающего счетчика 2, а N-ый разряд кода числа управляющего сигнала А последовагельностй импульсов, формируемых формирователем 4, связанным с выходом первого разряда двоичного счетчика. Импульсы с выход мультиплексора 5 поступают на вход первого статического триггера 7, устанавливая ка его выходе -логический О, при этом второй статический три гер 9 перебрасывается в 1, т. е. н третий вход коммутатора 10 поступает логическая 1, и запирается злемент И 8, запрещая прохождение на вход вт рого статического триггера 9 импульс поступающего с выхода третьего блока 21 синхронизации через третий выход блока 1 управления. С приходом на вх первого статического триггера 7 бли28жайшего импульса последовательности ТИ- триггер 7 перебрасывается в 1, открывая злемент И 8. При отсутствии импульса с выхода мультиплексора 5 импульс с выхода третьего блока 21 синхронизации, пройдет через элемент И 8 и перебросит второй статический триггер 9 в О, при этом на тритий вход коммутатора 10 поступит логический О. Таким образом, на третий вход коммутатора 10 поступают импульсы, количество, расположение и длительность которых на полупериоде опорного напряжения Ugf, зависит от величины кода числа управляющего сигнала А. Коммутатор 10, формирующий реверс двигателя, вьтолнен на комбинационных логических схемах и для формирования сигналов на Двух своих выходах использует сигналы, поступающие на первый его вход с четвертого выхода блока 1 управления сигнал фазы опорного напряжения , на второй вход - с клеммы 11 знака управляющего сигнала А и на третий вход - с выхода второго статического триггера 9. Первый и второй выходы коммутатора 10 связаны со входами логическими зависимостями вида ct--i z«(xy X-у) и А. Z (х-7 + + х-у) , где dU.- сигналы на первом и втором выходах коммутатора 10, у, X и Z - сигналы на первом, втором И третьем входах коммутатора 10. Сигналы с первого и второго выходов коммутатора 10 усиливаются с помощью усилителя 12 мощности по току и напряжению до величины, необходимой по условиям работы двигатшгя, и выводятся из устройства через выходные клеммы 14 и 15. Таким образом в предлагаемом устройстве формирование выходных сигналов, пропорциональных полученному воздействию, начнется не позже чем через ( If- после поступления на вход устройства управляющего сигнала А, т. е. в ( -I) раз быстрее по сравнению с известным устройством. Формула изобретения 1. Устройство для управления двухфазным асинхронным электродвигателем, содержащее блок управления, N-разрядный двоичный развертывающий счетчик, один вход которого соединен с первым выходом блока управления, первый статический триггер, один вход которого

соединен со вторым выходом блока управления а выход - с одним входом элемента И, другой вход которого соединен с третьим выходом блока управления, коммутатор, один вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, а другой вход - с выходом второго статического триггера, усилитель мощности, два входа .которого соединены с двумя выходами коммутатора, а третий вход соединен со входом блока управления и источником опорного переменного напряжения, два выхода усилителя мощности подключены к обмоткам статора асинхронного электродвига теля, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия в него введены дополнительный блок управления, мультиплексор, причем пятый выход блока управления соединен со счетным входом N-разрядного двоичного развертывающего счетчика, N-импульсных выходов которого соединены с N-первыми входами мультиплексора, N-вторых входов которого подключены к входным клеммам дополнительного блока управления, а выход соединен с другим входом первого статического триггера, выход которого соединен с одним из входов второго статического триггера, другой вход которого соединен с выходом элемента И.

2. Устройство поп. 1,отличающееся тем, что блок управления содержит генератор тактовых импульсов, распределитель импульсов три блока синхронизации, элементы ИЛИ и НЕ, делитель частоты и триггер ПЫнтта, причем генератор тактовых импульсов соединен со входом распределителя импульсов, первый выход которого подключен ко второму выходу блока управления и к одним входам первого и второго блока синхронизации, выходы которых соединены со входами элемента ИЛИ, выходом подключенный к первому выходу блока управления и одному входу делителя частоты, другой счетный вход которого соединен со вторым выходом распределителя импульсов, а выход - с пятым выходом блока управления и с одним из входов третьего блока синхронизации, другой вход которого связан с третьим выходом распределителя импульсов, а выход - с третьим выходом блока управления, вхо которого соединен со входом триггера Шмитта, выходом связанного с другим входом первого блока синхронизации и через элемент НЕ с другим входом вто- рого блока синхронизации и четвертым выходом блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 649Г17, кл. И 02 Р 7/58, 1975.

« V5

Г