Устройство для управления бесконтактным электродвигателем постоянного тока

 

Использование: в различных системах автоматики и преобразовательной техники. Сущность: в устройстве управления бесконтактным двигателем постоянного тока, содержащем мостовой коммутатор на транзисторах 1, датчик положения ротора 4, задатчик направления вращения 6, узел токоограничения 10, узел управления частотой вращения 8 и декодер 7, декодер выполнен на трех инверторах и шести логических элементах 3И - НЕ или 3ИЛИ - НЕ. Такое выполнение декодера позволяет упростить устройство и повысить его надежность. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, электрическим машинам с бесконтактной коммутацией секций якорной обмотки и может быть использовано в различных системах автоматики и преобразовательной техники.

Известные технические решения обладают меньшей надежностью и большей сложностью.

Недостатками устройства [1] являются увеличение потерь за счет дополнительных потерь в токоограничительном транзисторе и снижение надежности за счет осуществления токоограничения по силовой цепи.

Недостатками устройства [2] являются сложность структуры, а также связей преобразовательного блока распределителя - модулятора, что снижает надежность устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее мостовой коммутатор на транзисторах с выходами для подключения к якорной обмотке бесконтактного электродвигателя, датчик положения ротора бесконтактного электродвигателя, выходы которого соединены с первыми входами двухвходовых логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы которых подключены к задатчику направления вращения, а выходы соединены с первыми входами трех логических элементов управления 3ИЛИ-НЕ, выходы которых соединены с входами декодера, который выполнен на двоично-десятичном дешифраторе, трех логических элементах 2ИЛИ-НЕ и трех логических элементах 2ИЛИ, измерительный резистор, включенный между одним из силовых входов мостового коммутатора и общей шиной источника питания, узел токоограничения, выполненный в виде однопорогового компаратора - генератора серии импульсов, вход которого соединен с общей точкой измерительного резистора и одного из силовых входов мостового коммутатора, а выход - с объединенным вторыми входами трех логических элементов 3ИЛИ-НЕ, объединенные третьи входы которых через переключатель соединены с выходом узла управления частотой вращения.

Недостатками данного технического решения являются избыточность использованных в устройстве функциональных узлов и связей, что ведет к усложнению и снижению надежности.

Цель изобретения - упрощение и повышение надежности устройства.

Это достигается тем, что в устройстве, содержащем мостовой коммутатор на транзисторах с выходами для подключения к якорной обмотке бесконтактного электродвигателя, датчик положения ротора, выходы которого соединены с первыми входами двухвходовых логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы которых подключены к выходу задатчика направления вращения, декодер, выходами соединенный с управляющими входами мостового коммутатора, узел токоограничения, выполненный в виде управляемого генератора серии импульсов, вход которого соединен с общей точкой измерительного резистора и одним из силовых входов мостового коммутатора и узел управления частотой вращения, декодер выполнен на трех инверторах и шести однотипных или разнотипных логических элементах типа 3И-НЕ или 3ИЛИ-НЕ в виде трех групп логических схем, которые объединены в группы по числу фаз электродвигателя, причем первый вход каждого нечетного и второй вход каждого четного логических элементов 3И-НЕ, 3ИЛИ-НЕ образуют одну группу пар входов, а первый вход каждого четного и второй вход каждого нечетного логических элементов 3И-НЕ, 3ИЛИ-НЕ образуют другую группу пар входов, при этом пары входов одной группы соединены с выходами, а пары входов другой группы - с входами инверторов, которые тоже соединены с выходами логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а объединенные третьи входы четных и объединенные третьи входы нечетных логических элементов 3И-НЕ, 3ИЛИ-НЕ соединены с выходами узла управления частотой вращения, к входу которого подключен выход узла токоограничения.

На фиг. 1 приведена функционально-структурная схема устройства для управления бесконтактным электродвигателем с декодером, выполненным на основе шести однотипных логических элементах типа 3И-НЕ и трех инверторах; на фиг. 2 - функционально-структурная схема устройства с декодером, выполненным на основе шести разнотипных логических элементах типа 3И-НЕ, 3ИЛИ-НЕ и трех инверторах; на фиг. 3 - эпюры напряжений функциональных узлов устройства с декодером, выполненным на основе шести однотипных логических элементах 3И-НЕ и трех инверторах; на фиг. 4 - эпюры напряжений функциональных узлов устройства с декодером, выполненным на основе шести разнотипных логических элементах 3И-НЕ, 3ИЛИ-НЕ и трех инверторах.

Устройство содержит мостовой коммутатор на транзисторах с выходами для подключения к якорной обмотке 2 электродвигателя 3, датчик 4 положения ротора, выходы которого соединены с первыми входами двухвходовых логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5, объединенные вторые входы которых подключены к выходу задатчика 6 направления вращения, а выходы а, в, с логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 соединены с тремя входами декодера 7, а вход декодера 7, образованный объединением двух групп третьих входов трех четных и трех нечетных логических элементов 3И-НЕ или 3ИЛИ-НЕ (см. фиг. 1), соединен с одним из выходов d1 узла 8 управления частотой вращения. При выполнении декодера 7 на разнотипных логических элементах 3И-НЕ и 3ИЛИ-НЕ (см. фиг. 2) объединенные их третьи входы в две группы подключены к соответствующим двух выходам d1, d2 узла 8. Узел 8 выполнен в виде логического устройства с n-входами для управления электродвигателем 3. Напряжения управления электродвигателем формируются при работе узла 10 токоограничения, выход которого соединен с одним из входов узла 8; при ШИМ-управлении частотой вращения электродвигателя 3 по второму из входов узла 8 и при подаче низкого уровня сигнала на третий из входов узла 8, по которому осуществляется останов электродвигателя. Выходы декодера 7 соединены с входами мостового коммутатора 1, один из силовых входов которого непосредственно соединен с одной из шин источника питания, а второй - через измерительный резистор 9 с общей шиной источника. Общая точка отмеченного силового входа коммутатора 1 и измерительного резистора 9 соединена с входом токоограничительного узла 10.

В любом из приведенных вариантов устройств, изображенных на фиг. 1 и 2, состояние декодера 7, а следовательно, транзисторов коммутатора 1, определяется работой каждого из шести логических элементов 3И-НЕ, 3ИЛИ-НЕ в соответствии с реализуемыми ими функциями соответственно: y = (1); y = (2), где х1, х2, х3 - входные сигналы и комбинациями входных сигналов на каждом из входов логических элементов 3И-НЕ, 3ИЛИ-НЕ.

Работа устройств поясняется эпюрами напряжений, приведенными нафиг. 3 и 4. На фиг. 3а и 4а представлены эпюры напряжений на выходах датчика 4 положения ротора, выполненного на магнитоуправляемых элементах. Эти напряжения имеют форму меандра со скважностью импульсов, равной 2, и сдвинуты по фазе относительно друг друга на 120^о - электрических. При наличии низкого уровня сигнала на объединенных вторых входах логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 их выходные напряжения, изображенные на эпюрах (фиг. 3б, 4б), повторяют входные.

При отсутствии сигналов токоограничения и ШИМ-управления электродвигатель работает на естественной характеристике, чему соответствует наличие на объединенных третьих входах логических элементов 3И-НЕ напряжения высокого уровня, а на объединенных третьих входах логических элементов 3ИЛИ-НЕ - напряжение низкого уровня. Уровень напряжения в этом случае на выходах декодера 7 определяется комбинациями уровней напряжений на первых и вторых входах логических элементов 3И-НЕ, 3ИЛИ-НЕ. На фиг. 3г, 3д и 4г, 4д приведены эпюры напряжений, характеризующие алгоритм работы устройств, изображенных соответственно на фиг. 1 и 2, и определяющие состояние транзисторов трехфазного мостового коммутатора 1. При этом режим насыщения транзисторов как анодной, так и катодной шин и относящихся к разным группам (фазам), формируется со сдвигом по углу в 120^о - электрических, а для транзисторов одной группы со сдвигом в 180^о - электрических, что обеспечивает вращение электромагнитного поля двигателя.

Узел 8 формирует сигналы на подключение секций 2 обмотки электродвигателя 3 к источнику и отключение путем отсечки силовых транзисторов коммутатора 1. Это достигается подачей напряжения низкого уровня на объединенные третьи входы логических элементов 3И-НЕ или подачей напряжения высокого уровня на объединенные третьи входы логических элементов 3ИЛИ-НЕ, или одновременной подачей указанных напряжений на объединенные третьи входы нечетных и на объединенные третьи входы четных логических элементов 3И-НЕ, 3ИЛИ-НЕ.

При перегрузке электродвигателя 3 или реверсе его направления вращения устройство токоограничения 10 вырабатывает сигналы, ведущие к ограничению тока, протекающего через транзисторы коммутатора 1, и измерительный резистор 9 до уровня, заданного настройкой узла токоограничения 10.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ БЕСКОНТАКТНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее мостовой коммутатор на транзисторах с выходами для подключения к якорной обмотке бесконтактного электродвигателя, датчик положения ротора, выходы которого соединены с первыми входами двухвходовых логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы которых подключены к выходу задатчика направления вращения, декодер, выходами соединенный с управляющими входами мостового коммутатора, узел токоограничения, выполненный в виде управляемого генератора серии импульсов, вход которого соединен с общей точкой измерительного резистора и одного из силовых входов мостового коммутатора, и узел управления частотой вращения, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, декодер выполнен на трех инверторах и шести однотипных или разнотипных логических элементах типа ЗИ - НЕ или ЗИЛИ - НЕ в виде трех групп логических схем, которые объединены в группы по числу фаз электродвигателя, причем первый вход каждого четного и второй вход каждого нечетного логических элементов ЗИ - НЕ, ЗИЛИ - НЕ образуют одну группу пар входов, а первый вход каждого нечетного и второй вход каждого четного логических элементов ЗИ - НЕ, ЗИЛИ - НЕ образуют другую группу пар входов, при этом пары входов одной группы соединены с выходами, а пары входов другой группы соединены с входами инверторов, которые соединены также с выходами логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а объединенные третьи входы четных и объединенные третьи входы нечетных логических элементов ЗИ - НЕ, ЗИЛИ - НЕ соединены с выходами узла управления частотой вращения, к входу которого подключен выход узла токоограничения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4