Устройство для управления асинхронным двухфазным двигателем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУ БЛИН о 91 оггъ 6 02 Р 7/3 ЕНИЯ И: е Ат -ЧГа к ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Ленинградский институт точной механики и оптики(53) 62-83:621.313.333,072.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР Ф 646409, кл. Н 02 Р 7/36, 1977.Авторское свидетельство СССР Р 1166256, кл. Н 02 Р 7/36, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЬМ ДВУХФАЗНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромашинных системах автоматики. Целью изобретения является повышение экономии электроэнергии и эффектив-ности торможения . Введение ключевого элемента 19, логического элемента 25 И-НЕ в блок 7 определения моментов включения диодно-транзисторного ключа 9, индикатора 10 частоты вращения, индикатора 5 входного сигнала, блоа 15 формирования импульсов управления ключевым элементом 19, блока 18 гальванической развязки и усиления и наличие в блоке пилообразных напряжений выхода формирования однополупернодного прямоугольного напряжения обеспечивает автоматический перевод асинхронного двигателя при достижении входным сигналом нулевого значения, в режим динамического торможения с последующим автоматическим отключением его от источника питания при полной остановке ротора. Устройство обладает высокой надежностью, т.к. при любом виде отказа или ложном срабатывании силовых ключевых элементов не возникают сквозные короткие замыкания и связанные с ними аварийные ситуации. 2 з,п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано вэлектромашинных системах автоматики.Цель изобретения - повышение экономии электроэнергии и эффективноститорможения асинхронного двухфазногодвигателя,На фиг,1 изображена схема устройства управления асинхронным двухфазным двигателем; на фиг.2 - временные 10диаграммы, поясняющие работу данногоустройства.Схема устройства включает в себядатчик входного сигнала 1 (фиг.1),блок абсолютных значений входного15сигнала 2, индикатор полярности входного сигнала 3, блок пилообразныхнапряжений 4, индикатор входного сигнала 5, блок сравнения 6, блок определения моментов включения диоднотранзисторного ключа 7, блок гальванической развязки и усиления импульсов управления 8, диодно-транзисторный ключ переменного тока 9, индикатор частоты вращения ротора 10, включающий в себя резистивный датчик тока 1 1, диодный мост 12, БС-фильтр 13и формирователь 14 сигнала частотывращения ротора; блок формированияимпульсов управления ключевым элемен том 15, состоящий.из логических элементов И 16 и ИЛИ 17, блок 18 гальванической развязки и усиления импульсов управления ключевым элементом, ключевой элемент 19, асинхронный 35двухФазный двигатель 20, Фаэные обмотки статора 21 и 22. Блок определения моментов включения диодно -транзисторного ключа 7 состоит изтрех логических элементов И-НЕ 23-25 40и логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ 26,Между собой блоки соединены следующим образом, Входы индикатора полярности входного сигнала 3 и блока 45абсолютных значений входного сигнала2 объединены между собой и подключенык задатчику входного сигнала 1, выходиндикатора 3 подключен к первому входу блока определения моментов включения диодно-транзисторного ключа 7,второй и третий входы которого подключены к выходам блока сравнения 6,выход блока 2 подключен к первомувходу блока сравнения 6, второй и 55третий входы которого соединены с выходами блока пилообразных напряжений4, вход блока 4 служит для подключения к источнику переменного напряжения, выход блока 7 соединен со входом блока гальванической развязки и уси,пения импульсов управления 8 диоднотранзисторным ключом 9. Диодно-транзисторный ключ 9 соединен параллельнос ветвью, образованной последовательным соединением фазной обмотки статора 21 двигателя 20 с диагональю диодного моста 12, в другую диагональ которого параллельно включен резистивный датчик тока 11, ЕС-фильтр 13, к указанной ветви подключен последовательно соединенные вторая фазнаяобмотка статора 22, ключевой элемент 19 и источник переменного напряжения. В качестве ключевого элемента 19 используется симметричный тиристор (симистор), В индикатор частоты вращения ротора 10 наряду с датчиком тока 11, диодным мостом 12 и ЕС-фильтром 13 входит формирователь 14 сигнала частоты вращения ротора, вход которого соединен с выходом фильтра 13, а выход является выходом индикатора 10, который соединен с первым входом блока формирования импульсов управления 15 ключевым элементом 19. Второй вход бпока 15 соединен с вы - ходом узла формирования однополупериодного напряжения блока пилообразных напряжений 4, третий вход блока 15 через индикатор входного сигнала 5 подключен к выходу блока 2, Выходблока 15 через блок 18 гальваническойразвязки и усиления импульсов управления соединен с управляющим электродом ключевого элемента 19. В блокеформирования импульсов управления 15первый и второй входы образованы входами логического элемента И 16, вы -ход которого соединен со вторым входом логического элемента ИЛИ 17, первый вход и выход которого являются соответственно третьим входом и выходом блока 15. В блоке 7 определения моментов включения диодно-транзисторного ключа входы первого элемента И-НЕ 23 соединены с первым входом указанного блока и первым входомтретьего элемента И-НЕ 25, второйвход которого соединен со вторым входом блока 7, третий вход которого соедннен со вторым входом второго ло -гического элемента И-НЕ 24, первыйвход которого соединен с выходом первого логического элемента И-НЕ 23, а выход его и выход третьего логического элемента И-НЕ 25 подключены ко входу логического элемента ИСКПЮ -1 ЗООбЧАЮЩЕЕ ИЛИ 26, выход которого соединен с выходом блока 7.Устройство работает следующим Образом.При наличии входного сигнала, на пример, положительной полярности (О ) 0) на выходах блоков 3 и 5 форвхи нмируются сигналы 1, а на выходе блока сравнения б формируются прямоН угольные импульсы Пв и П со скважностью, определяемой абсолютным значением входного сигнала Ов , и смевх ф щенных по фазе в соответствии с опорными пилообразными напряжениями Б и Б (фиг.2). Две последователь 4 4нОсти импульсов Пв и П поступают на вход блока определения моментов включения диодно-транзисторного ключа 7, в котором под действием сигнала блока 3 происходит выделение одной 20 из этих последовательностей импульсов с последующей ее передачей на блок гальванической развязки 8, Согласно фиг.2 под действием сигнала "1" блока 3 на выходе блока 7 появляется25 импульс Б, аналогичныи импульсу Пч фВ интервале времени 0 (д СЫ, диодно-транзисторный ключ 9 будет выключен, Сигнал "1" блока 5 поступает на один иэ входов логического эле мента ИЛИ 17 блока 15, что обеспечивает на его выходе сигнал "1" независимо от сигнала на другом входе 17. Под действием сигнала "1" ключевой элемент 19 полностью включен и напрясжение питания Пприкладывается к фазным обмоткам 21 и 22 статора двигателя 20. В интервале времени Ы,дс( на выходе блока 7 будет сигнал "1", что обеспечит включе .Ние ключа 9 и шунтирование фазной обмотки статора 21 двигателя 20, В этом интервале времени к фазной обмотке 22 будет приложено напряжение питания П . Аналогичная работа устройства бу идет иметь место и при отрицательной полуволне напряжения питания. Поддействием напряжений 0, и 0 в двигателе 20 развивается враща 0 щий момент, и его ротор вращается. 50Если теперь в некоторый момент времени, например,дСЙ входной сигнал станет равным нулю, то в работе устройства произойдут следующие изменения, Напряжения на обоих выхо дах блока сравнения будет равно "1", на выходах блоков 3 и 5 будут сигналы нулевого уровня "0". В результате ра 21 4боты блока 7 на его выходе будет на-, пряжение Б, равное "1", которое обеспечивает включение ключа 9 и шунтирование фазной обмотки 21 Под действием индуцируемой ЭДС через ключ 9 и фазную обмотку 21 вращающегося двигателя 20 будет протекать ток и создавать падение напряжения на резистивном датчике тока 11. Это напряжение выпрямляется диодным мостом 12 и сглаживается ЕС-фильтром 13, после чего поступает на формирователь 14 сигнала состояния ротора. На выходе форюрователя 14, а следовательно, и на выходе индикатора частоты вращения ротора 10, будет напряжение Б , равное "1". Это напряжение подается на первый вход блока формирования импульсов управления 15 ключевым элементом 19, на второй вход блока 15 постоянно поступает с блока 4 одно полупериодное прямоугольное напряжение Б . В результате работы логи 4ческого элемента И 16 на его выходе будет однополупериодное напряжение, равное "1". Под действием этого на" пряжения и напряжения 0 , равного "0", на выходе логического элемента ИЛИ 17, а следовательно, и на выходе блока 15, будет напряжение У0 аналогичное Б, , которое обеспечит однополупериодное вкдочение ключевого элемента 19, выклочение которого происходит в моменты времени ф, и ф когда протекающий через него ток уменьшается до значения, близкого к нулю. При включенном состоянии 19 по фазной обмотке 22 двигателя 20 н через ключ 9 будет протекать пульсирующий ток, обеспечивающий интенсивное динамическое торможение ротора двигателя 20, В процессе торможения скорость вращения ротора аво уменьшается, в обмотке 21 индуцирует" ся ЭДС под действием которой по датчику 11, диодному мосту 12, ключу 9 н обмотке 21 протекает ток, обеспечивающий падение напряжения и, следовательно, формирование на выходе индикатора частоты вращения ротора 10 напряжения П , равного "1". При остановке ротора в некоторый момент времени сои Ф- напряжение П, становится равным "0", аналогичным будет и напряжение на выходе логического элемента И и выходе логического элемента ИЛИ, что, в свою очередь, обе" спечит полное запирание ключевогоэлемента 19 и отключение фазных обмоток 21 и 22 двигателя 20 от источника питания. Таким образом, при нулевом входном сигнале и при нулевойскорости вращения ротора и = 0заканчивается процесс торможения двигателя, и он отключается от источника питания, В течение паузы к ссо)с д. электроэнергия источника4питания не расходуется, ЮЕсли в момент времени а 1 =Ывновь появляется входной сигнал, например, Ба с О, то сигнал "1" на выходе блока 5 обеспечит формированиенапряжения на выходе блока 15, равного "1", независимо от значений сигналов на его остальных двух входах,Ключевой элемент 19 будет полностьювключен, С учетом полярности и абсолютного значения входного сигнала на 20выходе блокапоявится напряжениеБ, аналогичное напряжению Б, ко 7 6торое обеспечивает на интервалеЫ сн)С се. включение ключа 9, а на4интервале Ы сне с 1 Э его запираУние. В отрицательной полуволне процессы повторяются. В результате изменения порядка следования Фаз первыхгармонических составляющих напряженийО и Н по сравнению с аналогичный 1 %2ми напряжениями при ОО в двивхФгателе развивается момент противоположного знака, и он начинает вращаться в противоположную сторону,Данное устройство обладает способ- З 5ностью при достижении входным сигналом нулевого значения автоматическипереводить асинхронный двухфазныйдвигатель в режим эффективного динамического торможения с последующим 40автоматическим отключением его отисточника питания при полной остановке ротора. В устройстве достигаетсяплавное регулирование скорости вращения асинхронного двухфазного двигателя и его реверсирование при хороших массо-габаритных показателяхи при высокой схемной надежности,заключающейся в том, что при любомвиде отказа или ложном срабатываниисиловых ключевых элементов в устройстве не возникают сквозные короткиезамыкания и связанные с ними тяжелыеаварийные ситуации,55 Формула изобре тенин%1. Устройство для управления асинхронным двухфазным двигателем при питании от источника однофазного переменного напряжения, содержащее диодно-транзисгорный ключ переменного тока, предназначенный для подключения параллельно одной из двух последовательно соединенных между собой и источником питания Фазных обмоток статора двигателя, и схему управления, включающую датчик входного сигнала, блок пилообразных напряжений, индикатор полярности входного сигнала, блок абсолютных значений входного сигнала, блок сравнения с тремя входами и двумя выходами, блок гальванической развязки и усиления импульсов управления, блок определения моментов включения диодно-транзисторного ключа с тремя входами и одним выходом, составленный из двух логических элементов И-НЕ и одного логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом два входа первого логического элемента И-НЕ подключены к первому входу указанного блока, третий вход которого является первым входом второго логического элемента И-НЕ, второй вход и выход второго логического И-НЕ соединены соответственно с выходом первого логического элемента И-НЕ и свторым входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого является выходом блока определения моментов включения диодно-транзисторного ключа, входа индикатора полярности входного сигнала и блока абсолютных значений входного сигнала объединены между собой и подключены к датчику входного сигн:ала, выход индикатора полярности входного сигнала подключен к первому входу блока определения моментов включения диодно-транзисторного ключа., к второму и третьему входам которого подключены выходы блока сравнения, выход блока абсолютных значений входного сигнала подключен к первому входу блока сравнения, второй и третий входы которого соединены с выходами блока пилообразных напряжений, вход блока пилообразных напряжений служит для подключения к источнику переменного напряжения, выход блока определения моментов включения диодно-траызисторного ключа соединен с входом блока гальванической развязки и усиления импульсов управления диодно-транзисторным ключом, о т л и ч а ю щ е е - с я тем, что, с целью повышения экономии электроэнергии и эффективности1 ЗГ) Об 21 торможения асинхронного двухфазного двигателя, введен ключевой элемент, предназначенный для подключения фаз - ных обмоток статора к источнику пере-. менного напряжения, в блок определения моментов включения диодно-транзисторного ключа введен третий логический элемент И-НЕ, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму входам 10 указанного блока, а выход логического элемента И-НЕ соединен с первым вхо - дом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, в схему управления дополнительно введены индикатор частоты враще . ния ротора, индикатор входного сигнала, блок формирования импульсов управления ключевым элементом, блок гальванической развязки и усиления импульсов управления ключевым элемен том, а блок пилообразных напряжений снабжен выходом формирования однополупериодного прямоугольного напряжения, при этом вход индикатора частоты вращения ротора предназначен для 25 подключения к выводу одной из фазных обмоток статора, а выход указанного индикатора соединен с первым входом блока формирования импульсов управления ключевым элементом, второй вход 30 которого соединен с выходом формирования однополупериодного прямоугольного напряжения блока пилообразных напряжений, а третий вход через индикатор входного сигнала связан с вы 8ходом блока абсолютных значений вход-. ного сигнала, выход блока формирования импульсов управления ключевым элементом через блок гальванической развязки и усиления импульсов управления ключевым элементом соединен с управляющим электродом ключевого элемента.2. Устройство по п,1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок формирова- ния импульсов управления ключевым элементом выполнен на логических элементах И и ИЛИ, причем входы логического, элемента И образуют первый и второй входы данного блока, а выход логического элемента И соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ, первый вход и выход которого являются соответственно третьим входом и выходом блока формирования импульсов управления ключевым элементом.3. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что индикатор частоты вращения ротора составлен из формирователя сигнала частоты враще" ния, выход которого образует выход указанного индикатора, резистивного датчика тока, диодного моста и ЬС- фильтра, причем резистивный датчик тока через ЬС-фильтр подключен к вхо" ду формирователя сигнала частоты вращения и включен в одну из диагоналей диодного моста, другая диагональ которого образует вход указанного индикатора,