Устройство для управления электродвигателем переменного тока

носится к электь использовано ктродвигателямив частности трех азными шаговыми ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРОДВИГАТЕЛЕМ ПЕРЕ (57) Изобретение о технике и может бь для управления эле переменного тока, фазными и четырехф электродвигателями, Целью изобретения является расширение области применения, Поставленная цель достигается введением второго релейногоэлемента 6, двух пороговых элементов 7,8, управляемого коммутатора 9и управляемого ключевого элемента1 О, Устройство позволяет управлятькак 3-фазными, так и 4-фазными электродвигателями, причем изменениефазности выходного напряжения устроства достигается лишь за счет изменения напряжения уставок, подаваемых на релейные и пороговые элементы, Частота и направление вращения подключенных к устройству электродвигателей определяется амплитудой и знаком входного сигнала, подаваемого на выявитель 1 модуля и знака входного сигнала, 5 ил,13Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигате лями переменного тока, в частности трехфаэными и четырехфаэными шаговы"ми электродвигателями,Целью изобретения является расширение области применения как начетырехфазные, так и на двух"трехфазные электродвигатели.На фиг, 1 представлена структурная схема устройства для управления электродвигателем перемнного тока; на фиг2 - схема вь)явителя; нафиг, 3 - схема управляемого коммутатора; на фиг, 4 и 5 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства,Устройство для управления элек" тродвигателем переменного тока содержит выявитель 1 модуля и знакавходного сигнала, управляемый переключатель 2, делитель 3 напряжения, интегратор 4, первый 5 и второй 6 релейные элементы, первый 7 и второй 8 пороговые элементы, управляемый коммутатор 9, управляемый ключевой элемент 10, первый 11 и второй12 диоды, первый 13, второй 4 и третий 15 усилители мощности. Первый выход выявителя 1 модуля и знака входного сигнала через управляемый переключатель 2 и делитель 3 напряжения подключен соответственно к инвертирующему инеинвертирующему входам интегратора 4, а второй выход выявителямодуля и знака входного сигнала соединен с управляющим входом управляемого коммутатора 9, Выход интегратора 4 соединен непосредственно с входом второго релейного элемента 6 и с первыми входами первого 7 и второго 8 пороговых элементов и через первый репейный элемент 5 с управляющим входом управляемого переключателя 2 и с входом первого усилителя 3 мощности.Выход второго релейного элемента 6 подключен к первому входу управляемого коммутатора 9 и к силовому входу управляемого ключевого элемента 10, выход которого через первый диод 11 соединен с вторым входом управляемого коммутатора 9, Выход первого порогового элемента 7 через второй диод 12 соединен с вто. рым входом управляемого коммутатора 9, выходы которого подключены к1273 2 10 лителя 22,50 55 15 20 25 30 35 40 45 входам соответственно второго 14 и третьего 15 усилителей мощности.Выход второго порогового элемента 8 соединен с управляющим входом управляемого ключевого элемента 10. Выходы усилителей 13, 14 и 15 мощности предназначены для подключения к фаз" ным обмоткам электродвигателя, а вторые входы первого 7 и второго 8 пороговых элементов - для подключения к соответствующим источникам опорных напряжений.Выявитель 1 модуля и знака вход" ного сигнала содержит сумматор 16 и диодный ключ 17, Объединенные вход сумматора 6 и диодного ключа 7 образуют вход выявителя 1 модуля и знака входного сигнала, а выходы сумматора 16 и диодного ключа 17 являются соответственно первым и вторым выходами выявителя 1 модуля и знака входного сигнала, Сумматор 16 выполнен на операционном усилителе (ОУ) 18 с входными резисторами 19 и 20 и резистором 21 обратной связи, Диодный ключ 17 содержит операционный усилитель 22 с диодом 23 и резистором 24 в цепи основной отрицательной обратной связи (ООС), входной резистор 25, нелинейную отрицательную обратную связь, состоящую из стабилитрона 26, диода 27 и резистора 28 смещения, предотвращающую насыщение операционного усилителя 22 при отрицательных входных сигналах, когда цепь основной отрицательной обратной связи с диодом 23 разрывается.Кроме того, операционный усилитель 22 охвачен положительной обратной связью (ПОС) на резисторах 29 и 30, обеспечивающей скачкообразное изменение напряжения на выходе диодного ключа 17, образованном катодом диода 31, анод которого подключен к выходу операционного усиНа фиг, 3 приведена схема управляемого коммутатора 9, содержащего управляемые ключи 32 - 35 с общей цепью 36 управления, первым 37 и вторым 38 входами, Ключи 32 и 35 являются нормально замкнутыми, а ключи 33 и 34 - нормально разомкнутыми, Нормальное (исходное) состояние ключей соответствует нулевому управляющему напряжению в цепи 36 управления,3 13127Устройство для управления электродвигателем переменного тока работает следующим образом.При управлении 3-фазным двигателем в исходном состоянии при отсутствии входного сигнала устройствонаходится в заторможенном состоянии,При Бе О напряжения Б и Б навыходах диодного ключа (на аноде диода 23) и сумматора 16 равны нулю, 10вследствие чего интегратор 4 не изменяет своего выходного напряженияи находится в насыщении. Поэтомурелейные элементы 5 н 6 и пороговыеэлементы 7 и 8 не переключаются и на 15две или одну из трех обмоток двигателя подается напряжениеТак, если,интегратор 4 находится в состоянииположительного насыщения, то на выходе первого релейного элемента 5 2 Одействует единичный сигнал (положительное напряжение), включающий обмотку 1, подсоединенную к неинвертирующему выходу усилителя 13 мощности. При этом второй релейный элемент 6 устанавливается в нулевоеположение, а пороговые элементы 7 и8 - в единичное, в результате чегов зависимости от положения управляемого коммутатора 9 включается обмотка управления, подсоединенная кусилителю 14 или 15 мощности, Еслиже интегратор 14 находится в состоянии отрицательного насыщения, то первый релейный элемент 5, пороговыеэлементы 7 и 8 устанавливаются внулевое положение, а второй релейный элемент 6 - в единичное, Этоприводит к размыканию управляемогоключевого элемента 10 и в зависимо Ости от положения коммутатора 9 однаиз обмоток управления (11 или 111)оказывается под током, (Обмотка 1на выходе усилителя 13 мощности вэтом случае обесточена),45Таким образом, при положительномнасыщении интегратора 4 две из трехобмоток двигателя находятся под током, а при отрицательном насыщениипод током оказывается одна обмотка.Независимо от числа обмоток, находящихся под током, при отсутствиивходного сигнала двигатель, подключенный к устройству управления, остается в заторможенном состоянии,поскольку его обмотки управления непереключаются,Рассмотрим работу устройства приналичии входного сигнала 011 . Пусть 13 4Б( О, В этом случе на выходе ОУ 8 возникает положительное напряжение, под действием которого замыкается ПОС через резисторы 19 и 20 и нелинейная ООС через стабилитрон 26 и диод 27. В результате на втором выходе выявителя 1 модуля и знака входного сигнала появляется положительное напряжение Б, примерно равное опорному напряжению стабилитрона 26, Это напряжение управляет коммутатором 9, устанавливая его в положение, при котором замыкаются ключи 33 и 34 и размыкаются ключи 32 и 35, В результате первый вход коммутатора 9 (фиг, 3) соединяется с входом усилителя 15 мощности, а второй вход - с входом усилителя 4 мощности, Поскольку напряжение У = О (диод 23 не проводит), напряжение Б на первом выходе выявителя 1 модуля определяется выражениемКгехф где К, К " сопротивления резисторов 19 и 21.При К, = К 0 =10,1, Напряжение У поступает на интегратор 4, причем в зависимости от состояния переключателя 2 происходит линейное увеличение или уменьшение выходного напряжения интегратора Б. Так, если первый релейный элемент 5 находится в единичном состоянии, поло жительное напряжение Б, поступая на оба входа интегратора 4, доминирует на его инвертирующем входе, посколь-, ку на его неинвертирующем входе .включен резистивный делитель 3. Поэтому выходное напряжение Бд интегратора 4 убывает до порога отпускания Б релейного элемента 5 (временные диаграммы на фиг, 4).1В момент времени с, когда Удостигает значения У, релейный элемент 5 переходит в нулевое состояние, при котором переключатель 2 переключается, При этом напряжение Б через делитель 3 поступает только на неинвертирующий вход интегратора 4, что изменяет направление интегрирования, и выходное напряжение Б интегратора 4 начинает увеличиваться, Напряжение Бц достигает в момент времени С порога срабатыи2вания 1, после чего первый релейный элемент 5 вновь устанавливается5 13 в единичное состояние и процесс повторяется.При одинаковых резисторах дели" теля 3 напряжения скорость убывания и нарастания напряжения П на выходе интегратора 2 одинакова. Поэтому при выполнении равенства 3 П=П 1Ц интервалы времени нарастания и убывания напряжения П равны, и на выходе интегратора 4 возникают симметричные колебания треугольной формы, Скорость изменения напряжения П на выходе интегратора 4 определяетсятоком заряда(разряда 1) конденсатора интегрлтора 4,Частота колебаний Г напряжения 1(, прямо пропорционально напряжению входного сигнала ПбхВыходное напряжение первого релейного элемента 5, поступающее на вход усилителя 13 мощности и также изменяющееся с частотой Г, используется для управления (коммутации) первой обмотки управления (1) двигателя.В процессе изменения напряженияпроисходит переключение второго релейного элемента 6 и пороговых элементов 7 и 8 в соответствии свременными диаграммами, показанными на фиг, 4. Так, второй релейный элемент 6., формирующий второе управляющее напряжение (П;,), устанавливается в единичное состояние, когда напряжение П достигает порога сра,ибатывания П, и переходит в нулевое состояние, когда О равно порогу отпускания П 6, Пороги П и П 6 выби " (раются исходя из требуемого фазового сдвига ( между первым (П ) и вторым (П-) управляющими напряженияями,Для 3-фазного двигателя при120 необходимо обеспечить П= П = , Моменты переключенияПс6 6 3пороговых элементов 7 и 8 определяются уставками П и П , причем для получения третьего управляющего напряжения (П;), сдвинутого относительно второго (П;,) на 120 , должныП 5 выполняться условия П =П = - и3П 5= П = -- , Положительный полупе 1273 6складывается иэ двух последовательных интервалов времени С, и Г , Винтервалах ( когда ИП , первыйпороговый элемент 7 вырабатывает положительное напряжение, которое через второй диод 12 поступает навторой вход коммутатора 9. В этихинтервалах второй пороговый элемент8 также находится в единичном состо 1 О янин, благодаря чему управляемыйключевой элемент 10 замыкается,Однако первый диод 11 не пропускаетотрицательное напряжение с выходавторого релейного элемента 6 на вто 15 рой вход коммутатора 9. В интервалахвремени Г на тот же вход коммутатора 9 через первый диод 11 и клю- - чевой элемент 10, замыкаемый единичным сигналом второго порогово 2 О го элемента 8, поступает положительное напряжение с выхода второго релейного элемента 6,Таким образом, на входах коммутатора 9 действуют второе (П-) и трех25 тье (П,) управляющие напряжения, изменяющиеся с частотой, пропорциональной входному напряжению ПвхРассмотрим работу устройства приподаче на вход положительного сигна 3 О ла Пв. При этом происходит скачкообразное изменение сигнала П на2выходе выявителя 1 модуля и знакавходного сигнала, Этот скачок изединичного состояния в нулевое обусловлен появлением на выходе ОУ 22отрицательного напряжения, котороене проходит через диод 31, На пер-вом выходе выявителя 1 по-прежнемудействует положительное напряжение4 О П, Отрицательное напряжение на выходе ОУ 22 открывает диод 23 и ОУ 22охватывается ООС через этот диоди резистор 24Напряжения П 9 и П на выходах45 диодного ключа 7 и сумматора 16 определяются выражениямиКгР 25 вх ПРи К 2КЗО влиянием ПОС пренебрегаемК 2 о К 25 К (9Если выполняется условиеК 2 ф 25520 25 19то напряжение риод третьего управляющего напряжения (П;), формируемого на второмвходе управляемого коммутатора 9,Кх ( Пбх 2 К (95 1 О 15 20 40 45 50 55 7 131и при ККимеем 0Б. Поэтомуработа устроиства при положительном входном сигнале происходит также, как и в рассмотренном выше случае, когда 18О, Отличие состоитлишь в том, что при 11О коммута"тор 9 устанавливается в положение,при котором замыкаются ключи 32 и35, а ключи 33 и 34 размыкаются. Врезультате второе управляющее напряжение (11 р) прикладывается к входуусилителя 14 мощности, а третье(О,) - к усилителю 5 мощности, иобмотки управления двигателя переключаются в прямой последовательности 1-1,11-11-11, 111-111-111, 1,и т.д что обеспечивает изменениенаправления вращения двигателя.Скорость вращения двигателя, пропорциональная частоте Г коммутации обмоток управления, по-прежнему изменяется прямо пропорционально входному напряжению БбюРабота устройства в режиме управления 4-фаэным двигателем происходит следующим образом,Напряжение на выходе интегратора4 Бк опережает напряжение П первого релейного элемента 5 на угол/2 (фиг. 4), а напряжение Ц навыходе второго релейного элемента 6при нулевых порогах переключенияэтого элемента находится в противофазе с напряжением 11 интегратора 4.Поэтому между напряжениями 11 и Бна всех частотах сохраняется фазовый сдвиг /2, Напряжения Б 7 и 118на выходах пороговых элементов 7 и8 при нулевых уставках Б+,сов"падает по фазе с напряжением Бя интегратора 4 и, следовательно, опережают напряжение Ц на /2, Выходное напряжение Б используется дляуправления 1 и 11 фазами двигателя,Управление 11 и 1 Ч фазами двигателя осуществляется напряжениями свыходов Вых 1, Вых 2 коммутатора 9,на входы которого поступают сигналы Б и Б - причем управляемыйключевой элемент 10 в положительныеполупериоды напряжения Б разомкнут,так как управляющее напряжение Б 8поступающее на его управляющий вход,в эти полупериоды отрицательно. Следовательно, коммутации обмоток управления 11 и 1 Ч осуществляетсядвумя противофаэными напряжениями,одно из которых (Б) опережает Бна угол /2, а другое (1) отстает 2713 8 от Б на/2, При этом, если П 7 О (ключи 32 и 34 замкнуты), то обмотка 11 переключается под действием напряжения Б , обмотка 1 Ч - под действием Б, благодаря чему обеспечивается прямой порядок коммутации обмоток управления 1 Ч, 1-1,11-11, 111-111,1 Ч-, и т.д.Таким образом, изобретение позволяет управлять как З-фазными, так и 4-фазными электродвигателями переменного тока, причем изменение фазности выходного напряжения устройства достигается лишь при изменении напряжений уставок, а частота и направление вращения подключенных к нему электродвигателей определяется амплитудой и знаком входного сигнала.формула изобретения Устройство для управления электродвигателем переменного тока, содержащее выявитель модуля и знака входного сигнала с двумя выходами, первый выход которого через управляемый переключатель и делитель напряжения подключен соответственно к инверти 30 рующему и неинвертирующему входам интегратора, выход которого соединен с входом первого релейного элемента, три усилителя мощности, выходы которых предназначены для подключения к фазным обмоткам электродвигателя, вход первого усилителя мощности соединен с выходом первого релейного элемента и с управляющим входом управляемого переключателя, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью расширения областиприменения как на четырехфазные,.так и на двух-трехфазные электродвигатели введены второй релейный элемент, два пороговых элемента, управляемый ключевой элемент, два диодаи управляемый коммутатор, первыйусилитель мощности снабжен инверснымвыходом, вход второго релейного элемента и первые входы первого и второго пороговых элементов объединены и подключены к выходу интегратора,второй выход выявителя модуля и знака входного сигнала подключен к управляющему входу управляемого коммутатора, выход второго релейного элемента соединен с первым входом управляемого коммутатора и с силовымвходом управляемого ктпоевого элемен 9та, выход которого через первый диод соединен с вторым входом управляемого коммутатора, выходы которого соединены с входами соответственно второго и третьего усилителей мощности, выход первого порогового элемента через второй диод соединен с вторым входом управляемого коммута 312713 Отора, выход второго порогового элемента подключен к управляющему входу управляемого ключевого элемента, вторые входы первого и второго пороговых элементов предназначены для подключения к соответствующим источникам опорных напряжений.31 г 713 ц Вю и,ставитель С. Позднуковхред Л.Сердюкова Корректо яско анд дакто 1978/54 Тираа 661 П ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д