Устройство для управления двигателем переменного тока

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее двухвходовой интегратор на операционнся усилителе с переключателем на инвертирующем входе и резистивным делителем на неинвертирующем входе, релейный элемент, компаратор на операционном усилителе с резистивным делителем на неинвертирукнцем входе и ключом на инвертирующем входе , инверторы и усилители, подключенные к релейному элементу и компаратору , отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения режима единичных шагов, в .него введены дополнительный релейный элемент, дифференцирующие цепи с разделительными диодами на выходах , шины сигналов единичных шагов и задания направления вращения, дифференциальный усилитель и три ключа, первый и второй из которых соединяют входы дифференциального усилителя с делителем напряжения на выходе компаратора, а третий ключ выход дифференциального усилителя с инвертирующим входом интегратора, причем управляющий вход третьего ключа соединен с выходом дополнитель ного релейного элемента, входы кото9 рого подключены к выходам дифференцирующих цепей и шине сигнала единичных шагов, а управляющие входы первого и второго ключей соединены с цепью управления ключа на инвертирующем входе компаратора и подклю- . чены к шине задания направления вращения двигателя. 4 О) 00 СЛГ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„I 104635

3(5)) Н 02 Р 7/62; Н 02 P 8/00 (с)У Ъ Г 1 .>И .: . юв Ю

4) lid@9

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7 (21) 3581187/24-07 (22) 21. 04. 83 (46) 23. 07. 84. Бюл. 9 27 (72) М. Н.Глазов, А.А.Дедюшин и

В.Н.Шаталюк (53) 621. 313. 13-133. 3 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 959214, кл. Н 02 К 7/00, Н 02 Р 8/00, 1982.

2. Авторское свидетельство СССР

9 886182, кл. Н 02 Р 7/62, 1981. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ДВИГАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содер.жащее двухвходовой интегратор на операционном усилителе с переключателем на инвертирующем входе и реэистивным делителем на неинвертирующем входе, релейный элемент, компаратор на операционном усилителе с резистивным делителем на неинвертирующем входе и ключом на инвертирующем входе, инверторы и усилители, подключенные к релейному элементу и компаратору, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функ циональных возможностей путем обес- печения режима единичных шагов, в ,него введены дополнительный релейный элемент, дифференцируюшие цепи с разделительными диодами на выходах, шины сигналов единичных шагов и задания направления вращения, дифференциальный усилитель и три ключа, первый и второй из которых соединяют входы дифференциального усилителя с делителем напряжения на выходе компаратора, а третий ключ выход дифференциального усилителя с инвертирующим входом интегратора, причем управляющий вход третьего ключа соединен с выходом дополнительного релейного элемента, входы которого подключены к выходам дифференцирующих цепей и шине сигнала единичных шагов, а управляющие входы первого и второго ключей соединены с цепью управления ключа на инвертирующем входе компаратора и подключены к шине задания направления вращения двигателя.

1104635

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления двигателями переменного тока.

Известны устройства для управления многофазными электродвигателями,, содержащие коммутатор, генератор так- 5 товых импульсов, делители частоты, счетчик, дешифратор, блок-задатчик фазового сдвига управляющих импульсов и два элемента ИЛИ, обеспечивающие вращение двигателя в направлении зависящем от того, на какой из входов коммутатора поступают импульсы генератора. При этом скорость вращения двигателя определяется частотой генератора тактовых импульсов !13 I5

Недостатком таких устройств является сложность, особенно„ когда требуется изменение скорости двигате- ля в широких пределах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство управления двигателем переменного тока, содержащее двухвходовой интегратор на операционном усилителе с переключателем на инвертирующем входе и резистивным делителем на неин-, вертирующем входе, релейный элемент, компаратор на операционном усилителе с резистивным делителем на неинвер,тирующем входе и ключом на неинвер- ЗО тирующем входе, инверторы и усилители, подключены к релейному элементу и компаратору (2 ).

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечива- 35 ет работу двигателя в режиме единичных шагов, поскольку интегратор изменяет свое состояние под действием смещения нуля, присущего операционному усилителю. Вследствие этого 4ц релейный элемент и компаратор в об-: шем случае могут изменить свои состояния после снятия входного сигнала в результате чего двигатель делает один или два дополнительных шага. 45

Это вызывает появление ошибки в сис-теме, что в ряде случаев исключает возможность применения известного устройства. Так, например, в системах программного управления, когда требуется обеспечить точное перемещение исполнительного устройства и число шагов двигателя должно строго соответствовать заданному числу управляющих импульсов, применение известного устройства становится невозможным, так как после каждого импульса управления возникает ошибка в один шаг, причем при движении в одном направлении имеет место накопление ошибок. 60

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства управления двигателем пеp.--.ìeíHaão тока путем обеспечения режима единичных шагов. 65

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления двигателем переменного тока, содержащее двухвходовой интегратор на переменном усилителе с переключателем на инвертирующем входе и резистивным делителем на неинвертирующем входе, релейный элемент, компаратор на операционном усилителе с резистивным делителем на неинвертирующем входе и ключом на инвертирующем входе, инверторы и усилители, подключенные к релейному элементу и компаратору, введены дополнительный релейный элемент, дифференцирующие цепи с разделительными диодами на выходах, шины сигналов единичных шагов и задания направления вращения, дифференциальный усилитель и три ключа, первый и второй из которых соединяют входы дифференциального усилителя с делителем напряжения на выходе компаратора, а третий ключ — выход дифференциального усилителя с инвертирующим входом интегратора, причем управляющий вход третьего ключа соединен с выходом дополнительного релейного элемента, входы которого подключены к выходам дифференцирующих цепей и шине сигнала единичных шагов, а управляющие входы первого и второго ключей соединены с цепью управления ключа на инвертирующем входе компаратора и подключены к шине задания направления вращения двигателя.

На фиг. 1 приведена схема устройства, на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство (фиг. 1) содержит . двухвходовой интегратор на операционном усилителе 1 с переключателем на инвертирующем входе, построенном на ИОП-транзисторах 2 и 3 с каналами противоположной проводимости, и делителем напряжения на резисторах

4 и 5 на неинвертирующем входе. К к выходу интегратора подключен релейный элемент 6, управляющий переключателем на МОП-транзисторах 2 и 3 и компаратор на операционном усилителе 7 с цепью положительной обратной связи на резисторах 8 и 9 и с ключом на МОП-транзисторе 10 на ин.— вертирующем входе операционного усилителя 7. Релейный элемент 6 и компаратор 7 подключены к инверторам

11 и 12. Выходы релейного элемента

6, компаратор 7 и инвертор 11 и 12 через усилители 13 — 16 подключены к обмоткам 1-1У управления двигателя;

В устройство дополнительно введены релейный элемент 17, четыре дифференцирующие цепи 18-21 с разделительными диодами на выходах, шины сигнала единичных шагов 0> и задания направление вращения 0 дифференциальный усилитель 22 с

1104635 первым и вторым ключами 23 и 24 на выходах и третьим ключом 25 на выходе и делитель напряжения на резис. торах 26 и 27. Выходы компаратора 7 через резистивный делитель 26 и 27 и ключи 23 и 24 подключены к дифференциальному усилителю 22, а выход дифференциального усилителя 22 через ключ 25 и ограничивающий резистор 28 подключен к инвертирующему входу интегратора на операционном усилителе 1.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии релейный элемент 17 находится в состоянии отрицательного насыщения, благодаря чему ключ 25 замкнут и интегратор

1 охвачен отрицательной обработкой связью через дифференциальный усилитель 22. При этом на входах усилителя 22 осуществляется сравнение 20 сигналов с выхода интегратора 1 (напряжение U> подключено непосредственно к неинвертирующему входу дифференциального усилителя 22) и с выхода резистивного делителя 26 25 и 27 (напряжение UA подключается через один из открытйх ключей 23 и 24 ,к соответствующему входу усилителя

223. При положительном напряжении

U3 когда ключ 10 замкнут, напряже- 30 ние 0 на выходе компаратора 7 и напряженйе U* делителя 26-27 совпадают по знаку с выходным напряжением U интегратора. В этом случае напряжение

U через замкнутый ключ 24 поступает 35 на инвертирующий вход дифференциального усилителя 22. При U3с О выходные напряжение U и UA компаратора 7 и делителя 26.-27 противоположны по знаку напряжению интегратора U„, и сиг- 40 нал U через замкнутый ключ 23 про ходит на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 22. За счет глубокой отрицательной обратной связи (при достаточно большом коэффициен- 45 те усиления дифференциального усилителя 22) при замкнутом ключе 25 обеспечивается фиксация выходного напряжения интегратора u,„ íà уровне

Uo или -Uo(Uo U фиг.2) .

Таким образом, в исходном состоянии напряжение U íà выходе интегратора постоянно, релейный элемент

6 и компаратор 7 не переключаются, поэтому две из четырех обмоток двигателя находятся под током, а две другие обесточены и двигатель неподвижен.

Рассмотрим работу устройства при наличии управляющего сигнала на входе () (фиг.2а,б,в) . В зависи- 60 мости от характера сигнала 01 устройство может работать в режиме непрерывного или импульсного.управления. В режиме непрерывного управления на неинвертирующий вход операционного усилителя 17 поступает потенциальный сигнал (положительное напряжение ), который переводит операционный усилитель в состояние положительного насыщения и удерживает его в этом состоянии независимо от наличия импульсов, поступающих на инвертирующий вход усилителя 18 с выходов дифференцирующих цепей 18 21. В этом случае ключ 25 устанавливается в разомкнутое состояние, благодаря чему разрывается отрицательная обратная связь, охватывающая интегратор 1, и при наличии положительного напряжения 0 в схеме возни.

1 кают устойчивые колебания. Цействительно, пусть в начальный момент времени на выходе интегратора напряжение Од и релейный элемент б находится в состоянии отрицательного насыщения, при котором транзистор 2 открыт, а транзистор 3 закрыт. Положительное напряжение Ц„ поступает в этом случае на оба входа интегратора 1 и доминирует на инвертирующем входе, так как на неинвертирующем входе оно ослабляется резистивным делителем 4-5. Под действием U нап1 ряжение 0„начинает уменьшаться от

: начального значения ((ядо отрицательного порога переключения tL релейного элемента 6. В момент, когда О„ =

U, происходит опрокидывание релейного элемента б и он переходит в состояние положительного насыщения при котором транзистор 2 закрывается, а транзистор 3 открывается. После этого напряжение 01 поступает только на неинвертирующий вход интегратора, вследствие чего происходит изменение направления интегрирования и выходное напряжение Uö интегратора начинает возрастать. Процесс возрастания происходит до тех пор, пока напряжение 0И не достигнет положительного порога переключения U+ релейного элемента 6. При U = U+ релей 4 ный элемент вновь устанавливается в состояние отрицательного насыщения, п.и котором транзистор 2 открыт, а транзистор 3 закрыт.В результате происходит очередное изменение направления интегрирова ния и процесс i повторяется. При равенстве сопротивлений резисторов 4 и 5 и одинаковых порогах переключения релейного элемента б/IU+I /О / / (в схеме устанавливаются симметричные колебания (амплитуды и длительности положительных и отрицательных полуволн треугольного напряжения U одинаковы) . Интервал времени T в течение которого напряжение U изменяется от 0- до U+, определяется уравнением — - Т вЂ” = 4

1 " 1

2 К "С где с) .— ширина петли гистерезиса релейного элемента 6;

1104635

С - емкость интегратора)

Р - сопротивление резистора на инвертирующем входе интегратора.

Отсюда Т

О„

Аналогичным образом можно найти интервал времени T когда напряжение U„ изменяется от О+ до О . Соответствующее уравнение имеет вид т 1 . 2 вас — -а иТ2

Период колебаний Т Т +Т =

44@С

О и частота

4д РС

10 с той лишь разницей, что скорость двигателя и направление его вращения задается не одним сигналом, а двумя входными сигналами О„ и U а пуск и останов двигателя осуществляется по третьему сигналу U2 .

Рассмотрим работу устройства в режиме единичных шагов (импульсное управление). В этом режиме на вход

U поступает импульсный сигнал, на вход U, задается постоянное напряжение, а на входе О по-прежнему действует напряжение постоянного тока той или иной полярности в зависимости от требуемого направления вращения дви2 Гателя.

В исходном состоянии, как и в рассмотренном режиме непрерывного управления, релейный элемент 17 находится в состоянии отрицательного насыщения и ключ 25 замкнут. Пусть на выходе интегратора устанавливается начальное напряжение U, а релейный элемент 6 находится в состоянии положительного насыщения, вследствие чего

35 ключ 2 разомкнут, а ключ 3 — замкнут.

При поступлении положительного импульса на неинвертирующий вход релейного (элемента 17 последний переходит в состояние положительного насыщения и

0 ключ 25 размыкается. Под действием положительного напряжения на неинвертирующем входе выходное напряжение О, интегратора 1 увеличивается (фиг.2в). Через время „, когда

U„= О+, происходит опрокидывание релейного элемента 6. При этом возникает положительный перепад напряжения на выходах инвертора 11 и усилителя 14, который проходит через дифференцирующую цепь 19 на инвертирующий вход релейного элемента 17, возвращая его в состояние отрицательного насыщения,. Вследствие этого ключ 25 замыкается и интегратор охва тывается отрицательной обратной связью. Если V3 > О, то ключ 10 замкнут и напряжения О компаратора 7 и U„ интегратора I ймеют одинаковые знаки.

Поэтому после замыкания ключа 25 на выходе интегратора 1 вновь устанав60 ливается.положительное напряжение

Оц. При этом компаратор 7 остается в исходном состоянии положительного— насыщения, а релейный элемент 6 ус.— танавливается в новое состояние от-

65 рицательного насыщения.

Как видно из временной диаграммы (фиг. 2,а, 6,) в установившемся режиме напряжение U6 на выходе релейного элемента 6 опережает напряжение О„интегратора 1 на четверть периода (фазо вый угол — ). На выходе компаратора

Л

7 формируется прямоугольное напряжение О, которое опережает О6 или отстает от 06 на угол — в зависимости от л состояния ключа 10, т.е ° в конечном

2 счете от знака напряжения О . При положительном U, когда ключ 10 замкнут, напряжение О„интегратора 1 поступает только на неинвертирующий вход компаратора 7. Поэтому напряжение V совпадает по фазе с треуголь ным напряжением О„ и, следовательно, отстает от.0 на угол †. При отрицат

6 2 тельном U2 ключ 1 0 ра зомкн ут и напряжение Ои поступает на оба входа компаратора 7. Поскольку сигнал на неинвертирующем входе ослабляется делителем 8-9, результирующее напряжение приложено к инвертирующему 4 входу, и напряжение на выходе компаратора U находится в противофазе с напряжением интегратора О „и опережает напряжение U6 на угол

Напряжения 06 и О используются для управления I u II обмотками двигателя, III u IV обмотки, рабо- тающие в противофазе с обмотками

I u II получают управляющие сигналы с инверторов 11 и 12. Очевидно, что за период колебаний T двигатель делает четыре шага, а потому частота вращения двигателя составляет

U „, = 4f т. е. f — прямс пропорциональна напШд ряжению.

Для останова двигателя необходимо перевести релейный элемент 17 в исходное состояние отрицательного насыщения. При этом происходит открывание.ключа 25, вследствие чего интегратор охватывается отрицательной обратной связью и на его выходе фиксируется напряжение, величи» на которого определяется выходным напряжением делителя 26-27 в момент подачи сигнала останова, а знак зависит от полярности напряжения О

Процесс останова двигателя в непрерывном и импульсном режимах работы устройства протекает одинаково.

Таким образом, в режиме непрерывного управления предлагаемое устройство работает аналогично известному

1104635

При поступлении второго импульса выходное напряжение интегратора начинает уменьшаться. Этот пооцесс продолжается дс тех пор, пока через время напряжение U íå достигнет порога йереключения U компаратора 7. 5 к

В этот момент возникает положительный перепад напряжения на выходах инвертора 12 и усилителя 15. Дифференцирующая цепь 20 формирует положительный импульс, возвращающий релейный 1О элемент 17 в состояние отрицательного насыщения. Под действием обратной связи на выходе интегратора 1 устанавливается отрицательное напряжениеUq, поскольку выходное напряжение 15

0 компаратора 7 в данном случае отрицательно..

Третий импульс вновь опрокидывает релейный элемент 17, обеспечивая размыкание ключа 25. Поскольку релейный . элемент 6 находится в состоянии отрицательного насьнцения, ключ 2 замкнут, а ключ 3 разомкнут, и выходное напряжение U интегратора 1 уменьшается. Когда напряжение О„ достигает порога U релейный элемент 6 переходит в состояние положительного насыщения и положительный перепад напряжения на выходе усилителя 13 через дифференцирующую цепь 18 воз- 30 вращает релейный элемент 17 в состояние отрицательного насыщения.

Благодаря включению обратной связи на выходе интегратора 1 устанавливает отрицательное напряжение — Ц„, При поступлении четвертого импуль-са релейный элемент 17 в очередной раз переходит в состояние положительного насыщения, размыкая ключ 25.

Выходное напряжение UÄ интегратора 1 увеличивается под действием положи- 40 тельного напряжения на его неинвертирующем входе. Когда напряжение UÄ

1 остигает порога переключения 0 комаратора 7, последний переходит в состояние положительного насыщения. 45

Возникающий при этом положительный перепад напряжения на выходе усилителя 16 через дифференцирующую цепь

21 возвращает релейный элемент 17 в состояние отрицательного насыще- 50 .ния. В результате на выходе интегратора 1 вновь устанавливается положительное напряжение Uo и при подаче следующих импульсов процесс периодически повторяется.

Аналогичным образом протекает работа устройства при отрицательном напряжении 0, когда обеспечивается вращение двигателя в противоположном направлении. Отличие состоит лишь в том, что компаратор 7 инвертирует выходное напряжение интегратора 0

Поэтому в этом случае выходной сиг-нал компаратора 7 подключается к неинвертирующему входу усилителя 22

{при о ) 0 ключи 10 и 24 разомкнуты, а ключ 23 замкнут и противоположные по знаку сигналы U„ è U„ сравниваются на одном входе усилителя 22) .

Таким образом, в режиме единичных шагов при поступлении управляющего импульса U< релейный элемент 17 опрокидывается и разрывает цепь отрицательной обратной связи, охватывающей интегратор, в результате чегр выходное напряжение интегратора начинает изменяться до момента достижения порога переключения компаратора или релейного элемента. При этом на выходе соответствующей дифференцирующей цепи возникает импульс, возвращающий дополнительный релейный элемент в исходное состояние. Благодаря отрицательной обратной связи на выходе интегратора устанавливается положительное или отрицательное напряжение U, лежащее в пределах

U

1104635

Составитель 3 . .Горник

Редактор Н.Пушненкова Техред C.Мигунова Корректор А.Фоври

Заказ 5319/42 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,ул.Проектная,4

Устройство для управления двигателем переменного тока Устройство для управления двигателем переменного тока Устройство для управления двигателем переменного тока Устройство для управления двигателем переменного тока Устройство для управления двигателем переменного тока Устройство для управления двигателем переменного тока Устройство для управления двигателем переменного тока 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, для управления трехфазными синхронными и асинхронными двигателями

Изобретение относится к управляемым электроприводам
Наверх