Устройство для управления электродвигателем постоянного тока

 

Использование: для реверсивного управления электродвигателями постоянного тока. Сущность: устройство содержит мостовую схему на силовых транзисторах, шунтированных обратными диодами. В выходную диагональ моста включен электродвигатель. Построение устройства позволяет при соответствующих входных сигналах обеспечить замыкание тока противо-ЭДС двигателя через два открытых силовых транзистора и внутреннее сопротивление источника питания, шунтирующее якорную обмотку двигателя. Наличие одной управляющей цепи для открытых в стационарном режиме силовых транзисторов снижает потери мощности. 1 ил.

Изобретение относится к импульсной и преобразовательной технике, в частности к бесконтактным переключателям, и может быть использовано для реверсивного управления электродвигателями постоянного тока.

Известны устройства, содержащие мостовую схему на силовых транзисторах, в одну диагональ которой включен двигатель, а другая диагональ подключена к клеммам питания, и элементы цепей управления силовыми транзисторами. Недостатком этих устройств являются значительные потери мощности на резисторах цепей управления, сопротивления которых рассчитаны по максимальным базовым токам силовых транзисторов в пускотормозных режимах.

Известно устройство, содержащее транзисторную мостовую схему, в одну диагональ которой включен двигатель, а другая диагональ подключена к клеммам источника питания, коммутирующие транзисторы, цепи управления. В этом устройстве потери мощности в цепях управления снижены благодаря применению составных транзисторов, однако достаточно велики, вследствие чего велика потребляемая мощность всего устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для управления электродвигателем, содержащее мостовую схему на силовых транзисторах разного типа проводимости, шунтированных диодами в обратном включении, двигатель, включенный в диагональ мостовой схемы, причем эмиттеры двух силовых транзисторов первого типа проводимости подключены к шине питания, а эмиттеры двух других силовых транзисторов второго типа проводимости подключены к общей шине, четыре управляющих транзистора, коллекторы которых подключены к базам соответствующих силовых транзисторов, и два диода, причем эмиттеры двух управляющих транзисторов одного типа проводимости подключены через резистор к эмиттерам двух других управляющих транзисторов другого типа проводимости, базы управляющих транзисторов разных типов проводимости попарно объединены и являются первым и вторым входами устройства.

Однако это устройство не обеспечивает шунтирование якорной обмотки двигателя. Это снижает функциональные возможности устройства, в частности не позволяет реализовать режим динамического торможения, который используется для эффективного торможения и точной остановки двигателя, а также при несимметричном широтно-импульсном регулировании скорости двигателя.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения режима динамического торможения при малой потребляемой мощности.

Для этого в устройстве для управления электродвигателем постоянного тока, содержащем мостовую схему на первом, втором, третьем и четвертом силовых транзисторах, шунтированных диодами в обратном включении, электродвигатель постоянного тока, включенный в диагональ мостовой схемы, четыре управляющих транзистора, причем эмиттеры первого и третьего силовых транзисторов, имеющих первый тип проводимости, подключены к шине питания, а эмиттеры второго и четвертого транзисторов, имеющих второй тип проводимости, подключены к общей шине, база первого силового транзистора через первый резистор подключена к коллектору первого управляющего транзистора, эмиттер которого подключен к базе четвертого силового транзистора и к коллектору второго управляющего транзистора, база третьего силового транзистора через второй резистор подключена к коллектору третьего управляющего транзистора, эмиттер которого подключен к базе второго силового транзистора и к коллектору четвертого управляющего транзистора, эмиттеры второго и четвертого управляющих транзисторов подключены к общей шине, базы первого и четвертого управляющих транзисторов соединены соответственно с первыми выводами третьего и четвертого резисторов, вторые выводы которых объединены и являются первым входом устройства, базы третьего и второго управляющих транзисторов соединены соответственно с первыми выводами пятого и шестого резисторов, вторые выводы которых объединены и являются вторым входом устройства, при этом управляющие транзисторы имеют второй тип проводимости.

Такое выполнение устройства позволяет при соответствующих входных сигналах обеспечить замыкание тока противо-ЭДС через два открытых силовых транзистора и внутреннее сопротивление источника питания, шунтирующее якорную обмотку двигателя, т.е. устройство работает в режиме динамического торможения.

Наличие одной управляющей цепи для двух открытых в стационарном режиме силовых транзисторов обеспечивает малые потери мощности.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Оно содержит мостовую схему на силовых транзисторах 1-4, шунтированных обратными диодами 5-8. В диагональ мостовой схемы включен двигатель 9. Эмиттеры транзисторов 1, 3 первого типа проводимости подключены к шине питания, а эмиттеры транзисторов 2, 4 второго типа проводимости подключены к общей шине. База транзистора 1 через первый резистор 10 подключена к коллектору первого управляющего транзистора 11. Эмиттер транзистора 11 подключен к базе транзистора 4 и к коллектору второго управляющего транзистора 12, эмиттер которого подключен к общей шине. База транзистора 3 через второй резистор 13 подключена к коллектору третьего управляющего транзистора 14. Эмиттер транзистора 14 подключен к базе транзистора 2 и к коллектору четвертого управляющего транзистора 15, эмиттер которого подключен к общей шине. Базы управляющих транзисторов 11 и 15 соединены соответственно с первыми выводами третьего и четвертого резисторов 16 и 17, вторые выводы которых объединены и являются первым входом устройства. Базы управляющих транзисторов 12 и 14 соединены соответственно с первыми выводами пятого и шестого резисторов 18 и 19, вторые выводы которых объединены и являются вторым входом устройства.

Управляющие транзисторы 12 и 15 выбираются так, чтобы их напряжение насыщения коллектор-эмиттер было достаточно малым для надежного запирания перехода база-эмиттер силовых транзисторов 4 и 2 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении сигнала на первый вход и отсутствии сигнала на втором входе устройства открываются управляющие транзисторы 11 и 15. Транзистор 15 шунтирует базоэмиттерный переход силового транзистора 2, что устраняет возможность его включения. Через первый резистор 10 протекает ток, являющийся базовым током силовых транзисторов 1 и 4, в результате чего указанные транзисторы отпираются, обеспечивая вращение двигателя в одном направлении.

Аналогично при поступлении сигнала только на второй вход устройства открываются управляющие транзисторы 14 и 12. Транзистор 12 шунтирует базоэмиттерный переход силового транзистора 4, устраняя возможность его включения. Через резистор 13 протекает базовый ток транзисторов 3 и 2 и, следовательно, обеспечивается вращение двигателя в противоположном направлении.

Таким образом, в режиме вращения один и тот же ток, протекающий через резистор 10 (или 13), является базовым током обоих открытых силовых транзисторов 1 и 4 (или 2 и 3), что обеспечивает низкие потери в управляющих цепях и, следовательно, снижение потребляемой мощности всего устройства.

При поступлении сигнала одновременно на оба входа устройства открыты транзисторы 1, 3, 11, 12, 14, 15. Транзисторы 2 и 4 закрыты, так как их базоэмиттерные переходы зашунтированы соответственно транзисторами 15 и 12. Через открытые транзисторы 1, 3 и источник питания происходит замыкание тока противо-ЭДС двигателя. Якорная обмотка двигателя в этом режиме шунтируется внутренним сопротивлением источника питания, в результате чего создается эффект динамического торможения.

На предприятии на этапе техпроекта изготовлен макет предлагаемого устройства и проведены его испытания при работе с двигателем типа D25. В качестве силовых транзисторов использовались транзисторы типа КТ825 и КТ827, выполненные по схеме Дарлингтона.

По сравнению с прототипом макет предлагаемого устройства обеспечивает режим динамического торможения, который использовался для точной остановки и при широтно-импульсном регулировании скорости двигателя.

В режиме вращения мощность, рассеиваемая на резисторах цепей управления, не больше, чем у прототипа, и в два раза меньше, чем у аналогов. Общая потребляемая мощность устройства в режиме вращения также не больше, чем у прототипа, и меньше, чем у аналогов, на 10%.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее мостовую транзисторную схему, каждый силовой транзистор которой шунтирован обратным диодом, в диагональ мостовой схемы включен электродвигатель постоянного тока, четыре управляющих транзистора, причем эмиттеры первого и третьего силовых транзисторов, имеющих первый тип проводимости, подключены к шине питания, а эмиттеры второго и четвертого транзисторов, имеющих второй тип проводимости, подключены к общей шине, отличающееся тем, что база первого силового транзистора через первый резистор подключена к коллектору первого управляющего транзистора, эмиттер которого подключен к базе четвертого силового транзистора и к коллектору второго управляющего транзистора, база третьего силового транзистора через второй резистор подключена к коллектору третьего управляющего транзистора, эмиттер которого подключен к базе второго силового транзистора и к коллектору четвертого управляющего транзистора, эмиттеры второго и четвертого управляющих транзисторов подключены к общей шине, базы первого и четвертого управляющих транзисторов соединены соответственно с первыми выводами третьего и четвертого резисторов, вторые выводы которых объединены и являются первым входом устройства, базы третьего и второго управляющих транзисторов соединены соответственно с первыми выводами пятого и шестого резисторов, вторые выводы которых объединены и являются вторым входом устройства, при этом управляющие транзисторы имеют второй тип проводимости.

РИСУНКИ

Рисунок 1