Устройство для управления электродвигателем переменного тока

(54) УСТРОИ ЭЛ ЕКТРОДВИ ТОКА (57) Использо ройствах авто равления эле вращения кот ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Московский институт электромехани автоматики(56) Авторское свидетельство СССРМ 720723, кл. Н 03 К 17/56, 1979.Авторское свидетельство СССРВ 951617, кл. Н 02 Р 5/36, 1980. ТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО ание: в бесконтактных устматики для реверсивного упктродвигателем, скорость рого регулируется по принципу совмещенной частотно-импульсной и широтно-импульсной модуляции на частоте питающего напряжения. Сущность изобретения: в устройство, содержащее каналы 1, 2 управления, составляющие каждый из суммирующего усилителя 3, порогового устройства 4, элемента И 5 и ждущего одновибратора б, устройства 7, 8 синхронизации, инвертор 9, блок 11 обратной связи, введены оптронные преобразователи 16, 17, 18, 19, диоды 20, 21 и формирователи 22, 23, 24, 25 разнополярного напряжения, выходы которых соединены с управляющими цепями ключей 12, 13, 14, 15, соединенных по мостовой схеме, к одной из диагоналей которой подключается обмотка управления элект- Я родвигателя, Введение указанных блоков позволяет повысить надежность и помехо- (Я защищенность устройства, 2 ил. С:тносится к электротех- начены для подключения обмотки управлеИзобретение относи снике и может быть использовано в бескон- ния электродвигателя и блока 11 обратнойтактных устройствах автоматики для связи,авыводыдругойдиагоналимостовойреверсивного управлравления электродвигате- схемы и выводы первичной обмотки синхролем переменного тока, скорость вращения 5 низирующего трансформатора 10 соединекоторого регулируетруется по принципу со- ны с клеммами для подключения питающейвмещенной частотно-импульсной и широт- сети.но-импульсной модуляции на частоте Устройство работает следующим обрапитающего напряжения,Целью изобретения является повыше После подключения напряжения втоние надежности и помехозащищенности, ричного источника питания Обит и переменНа фиг, 1 приведена структурная схема ного напряжения силового источникаустройства для управления электродвигате- питания и при входном сигнале Оупр= вселем; на фиг. 2 - временные диаграммы, по- управляемые ключи 12 - 15 оказываются вясняющие его ра оту, 15 выключенном, непроводящем состоянииУстройство содержит два канала 1 и 2 из-за наличия на их входах запирающегоуправления, составлена ленных каждый из по- напряжения от формирователей разномерследовательно соединенных суммирующе- ного напряжения 22 - 25, благодаря чему токго усилителя 3, порогового элемента 4, и напряжение на управляющей обмоткелогического элемента И 5 и ждущего одно двигателя отсутствуют (фиг. 2).Наличие запирающего напряжения наинвертор 9, синхронизирующий трансфор- выходе формирователей 22 - 25 обусловленоматор 10, блок 11 обратной связи, четыре тем, что при входном сигнале Оупр=О напряуправляемых ключа 12-15, четыре оптрон- жения на выходе ждущих одновибраторов 6ных п еобразователя 16 - 19, два диода 20 и 25 обоих каналов равны по величине и однопо 21 и четыре формирователя 22 - 25 разнопо- лярны (" минус" Овых); цепочка из оптронныхлярного напряжения. преобразователей 16 - 19 с шунтирующимиПервые и вторые входы суммирующих диодами 20 и 21 оказывается включеннойусилителеи , вторы3, е входы логических эле- между равнопотенциальными точками, ввиментов И 5 и выходы ждущих одновибрато ду чего ток в ней отсутствует и выходныеров 6 образуют соответственно первые, элементы оптронных преобразователей 16 -вторые и третьи входы и выходы каналов 1 19 находятся в выключенном состоянии,и 2 управления, Первый вход первого кана- При нулевом входном сигнале на выходела 1 управления непосредственно, а первый инвертора 9 и суммирующих усилителей 3вход второго канала 2 управления через ин также будет нулевой сигнал (фиг, 2). Привертор 9 соединены с клеммой для подачи этом на выходе пороговых элементов 4 бусигнала управления. Вторые входы каналов дет напряжение такой полярности, которое1 и 2 управления соединены с выходом бло- блокирует срабатывание логических алека 11 обратной связи, Вторичные обмотки ментов И 5, ввиду чего на их выходахсинхронизирующеготрансформатора 10 че присутствует сигнал, блокирующий срабарез соответствующие блоки 7 и 8 синхрони- тывание ждущих одновибраторов 6, Напрязации соединены с трс третьими входами жение сети, приложенное к первичнойканалов 1 и 2 управления. Первый и второй, обмотке согласующего трансформатора 10,третий и четвертый оптронные преобразо- наводит во вторичных обмотках напряжеватели 16 и 18, 18 и 19 соединены попарно 45 ние, которое поступает на вход блоков 7 и 8согласно-последовательно, а обе пары меж- синхронизации, На выходе блоков 7 и синду собой - встречно-последовательно и за- хронизации при этом формируются коротшунтированы в обратном направлении кие импульсы равнополярной амплитуды всоответственно диодами 20 и 21. Свобод- моменты перехода синусоидального напряные выводы первого и четвертого оптрон жения через нулевой уровень, т.е, в началеных преобразователей 16 и 19 соединены с каждого полупериода питающего напряжевыходами соответственно первого и вто- ния сети, которые подаются на другой входрого каналов 1 и 2 управления, Выходы логических элементов И 5,оптронных преобразователей 16 - 19 соеди- При поступлении на вход устройства упнены с входами соответствующих формиро равляющего сигнала постоянного тока пователей 22-25 разномерного напряжения, ложительной полярности (фиг, 2) в первомвыходы которых подключены к управляю- канале на выходе суммирующего усилителящим цепям соответствующих кл чующих ключей 12 - 15, 3 появляется напряжение отрицательнойсоединенных по мостовойсто ой схеме. Выводы полярности, Как только это напрякение поодной диагонали мост встовой схемы предназ- модулю становится больше порога срабатывания порогового устройства 4, последнее срабатывает и на его выходе появляется напряжение положительной полярности, которое является разрешающим сигналом для срабатывания элемента И 5, на выходе ко торого появляется импульс от блока 7 синхронизации, соответствующий моменту перехода синусоидального питающего напряжения через нулевой уровень.в момент начала очередного периода синусоидально го напряжения, который поступает на вход ждущего одновибратора 6 и заставляет его срабатывать; на выходе одновибратора 6 появляется импульс положительной полярности длительностью 3/4-7/8 от периода 15 питающего переменного напряжения. Благодаря этому по цепочке, образованной входными элементами (светодиодами) оптронных преобразователей 16 и 17 и диодом 21, в это время начинает протекать ток с 20 выхода шин ждущего одновибратора 6 первого канала 1 на выход ждущего одновибратора 6 второго канала 2, достаточный для перевода выходных элементов оптронных преобразователей - составных транзисто ров, работающих в режиме ключа, в состояние насыщения, Благодаря этому на выходе формирователей 22 и 23 разномерного напряжения происходит переполюсовка напряжения на полярность, 30 противоположную начальной, т,е, на выходе формирователей 22 и 23 появляется отпирающее напряжение на время 3/4-7/8 от периода питающего переменного напряжения Т(фиг, 2). Под действием этсго напряжения 35 срабатывают ключи 12 и 13 на все время периода переменного питающего напряжения Т, благодаря чему обмотка управления двигателя оказывается на з го время практически под напряжением сети. Напряжение 40 с обмотки управления двигателя подается на вход блока 11 обратной связи, который формирует импульс обратной связи (фиг. 2).Форма импульса такова, что в первой четверти периода переменного напряжения 45 он (импульс) имеет крутой фронт и амплитуда его напряжения, приведенная к входу суммирующих усилителей 3 обоих каналов, больше максимального управляющего сигнала, а в остальной части периода задний 50 фронт импульса спадает к нулевому уровню по апериодическому закону, и общая длительность импульса больше периода переменного напряжения, Импульс отрицательной обратной связи, поданный на вход 55 суммирующего усилителя 3, запирает открытый до этого первый канал 1 управления устройства и удерживает его в этом состоя-, нии до тех пор, пока сигнал от обратной связи больше сигнала управления, Если за счет спадания заднего фронта импульса обратной связи отрицательное напряжение на выходе суммирующего усилителя 3, теперь пропорциональное сумме сигнала управления и сигнала обратной связи, больше порога срабатывания элемента 4, то канал управления снова включается в проводящее состояние указанным образом и на выходе устройства, т.е. на управляющей обмотке двигателя, опять появляется выходной импульс в виде следующего периода переменного напряжения (фиг. 2).Во втором канале 2 устройства при наличии на его входе положительного управляющего напряжения на выходе инвертора 9 будет такое же напряжение, но отрицательной полярности, а на выходе суммирующего усилителя 3 появляется напряжение положительной полярности, которое блокирует срабатывание порогового элемента 4, благодаря чему на выходе ждущего одновибратора 6 второго канала 2 сохраняется отрицательное выходное напряжение. При этом ток, протекающий с выхода ждущего одновибратора 6 первого канала 1 на выход одновибратора 6 второго канала 2, создает на диоде 21 прямое падение напряжения, которое является напряжением смещения в обратном, запирающем направлении для оптронных преобразователей 18 и 19 второго канала, что исключает возможность их срабатывания и соответственно срабатывание управляющих ключей 14 и 15 при работе первог канала.При поступлении на вход устройства управляющего сигнала отрицательной полярности на выходе суммирующего усилителя 3 первого канала 1 появляется напряжение положительной полярности, которое блокирует срабатывание первого канала, и поэтому управляемые ключи 12 и 13 находятся в выключенном состоянии,Во втором канале устройства при наличии на его входе отрицательного напряжения на выходе инвертора 9 такое же напряжение, но положительный полярности, подаваемое на вход суммирующего усилителя 3, и потому второй канал 2 устройства начинает работать в режиме управления.При этом во включенном состоянии оказываются управляемые ключи 14 и 15, в результате чего на обмотку управления двигателя приходит напряжение в противофазе, что приводит к изменению направления его вращения.Благодаря последовательному и встречному включению между выходами ждущих одновибраторов 6 обоих каналов двух пар оптронных преобразователей 16, 17 и 18, 19 и их шунтированию встречно включеннымидиодами 20 и 21 исключается возможность одновременного срабатывания управляемых ключей 12, 13 и 14, 15, т.е, исключается короткое замыкание в цепи силового питания даже при отсутствии перекрестных, блокирующих связей с канала на канала,Применение изобретения позволяет повысить эксплуатационную надежность устройства управления, т.е. даже при активном отказе двух каналов управления сразу или при активном отказе одного из каналов и управляющем режиме в другом благодаря указанному способу включения оптронных преобразователей 10 - 19 и практически изза равенства положительных потенциалов на выходе ждущих одновибраторов 6 обоих каналов не срабатывают оптронные преобразователи 16 - 19 устройства, а формирователи 22 - 25 не выдают отпирающие напряжения для открытия ключей 12 - 15, что в конечном итоге приводит к снижению скорости вращения двигателя или к полному его останову, т,е, к пассивному отказу на выходе устройства,То же самое происходит при случайной помехе в канале управления, приводящей к появлению напряжения положительной полярности на выходе ждущего одновибратора 6 одного из каналов при работающем другом канале. Исключается также возможность короткого. замыкания источника переменного напряжения во время переходного режима при включении вторичного источника питания для каналов 1 и 2 управления, так как при этом в случае несинхронного изменения потенциалов на выходе ждущих одновибраторов 6 может произойти срабатывание только одной пары оптронных преобразователей 16 - 19 в зависимости от полярности и величины разности потенциалов на выходе ждущих одновибраторов 6, что в свою очередь может привести только к кратковременному включению противоположных ключей 12 - 13 или 14-15, т,е. к появлению напряжения на обмотке управления двигателя (на время переходного режима), но ни в коем случае не к появлению "сквозного" тока через ключи 12 - 15 или 13 - 14, т.е. не к короткому замыканию источника переменного напряжения,Таким образом, источник переменного напряжения оказывается надежно защищен от к,з. при возникновении помехи или активного отказа по всему тракту обоих каналов управления, вплоть до оптронных преобразователей,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Формула изобретения Устройство для управления электродвигателем переменного тока, содержащее два канала управления, составленных каждый из последовательно соединенных суммирующего усилителя, порогового элемента, логического элемента И и ждущего одновибратора, первые и вторые входы суммирующих усилителей, вторые входы логических элементов И и выход ждущего одновибратора каналов управления образуют соответственно первые, вторые и третьи входы и выход канала управления, два блока синхронизации, инвертор, синхронизирующий трансформатор, блок обратной связи и два управляемых ключа, первый вход первого канала управления непосредственно, а первый вход второго канала управления через инвертор соединены с клеммой для подачи сигнала управления, вторые входы каналов управления соединены с выходом блока обратной связи, вторичные обмотки синхронизирующего трансформатора через соответствующие блоки синхронизации соединены с третьими входами соответствующих каналов управления, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности и помехозащищенности, в него введены четыре оптронных преобразователя, два диода,четыре формирователя разнополярного напряжения и третий и четвертый управляемые ключи, первый и второй, третий и четвертый оптронные преобразователи соединены попарно согласно-последовательно, обе пары оптронных преобразователей соединены между собой встречно-последовательно и зашунтированы обратно включенными диодами, свободные выводы первого и четвертого оптронных преобразователей соединены с выходами соот-. ветственно первого и второго каналов управления, выходы первого, второго, третьего и четвертого оптронных преобразователей соединены с входами соответствующих формирователей разнополярного напряжения, выходы которых подключены к управляющим цепям соответственно первого, второго, третьего и четвертого управляемых ключей, соединенных по мостовой схеме, выводы одной диагонали которой предназначены для подключения обмотки управления электродвигателя и блока обратной связи, а выводы другой диагонали мостовой схемы и выводы первичной обмотки синхронизирующего трансформатора соединены с клеммами для подключения питающей сети." Олий -Одх,7,8 игЫХ, 7,В уор иа Ч ВЫХ, 5 йы ЮЫХ 22,2 ых,1 Фиг 2 Составитель С;ПозднухТехред М.Моргентал рректор Т,Малец ыдка едакто з 1069 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 НТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1