CS232754B1 - Zapojení servozesilovače pro řízení stejnosměrných servomotorů - Google Patents

Abstract

Servozesilovač je určen pro řízení velikosti a smyslu otáček stejnosměrných servomotorů. Servozesilovač je můstkového typu, u něhož dva tranzistory v příslušné větvi pracují v lineárním a dva ve spínacím režimu. Oba režimy těchto tranzistorů zabezpečuje, v příslušné větvi, jeden operační zesilovač. Buzení servozesilovače je buď kladným napětím přivedeným na první popřípadě druhý vstup, čímž je definován smysl otáček rotoru servomotoru a velikost otáček je definována velikostí napětí na příslušném vstupu, nebo lze řídit velikost a smysl otáček velikostí a polaritou řídicího napětí na prvním vstupu upraveného servozesilovače podle obr. 2. Servozesilovač je vhodný pro řízení stejnosměrných servomotorů do příkonu 200 W

Description

Vynález se týká zapojení servozesilovače pro řízení stejnoměrných servomotorů, u něhož se řeší řízení velikosti a smyslu otáček rotoru stejnosměrného servomotoru můstkovým zapojením výkonových tranzistorů, z nichž dva pracují v lineárním a dva ve spínacím režimu, přičemž oba režimy zabezpečuje v příslušné větvi můstku jeden operační zesilovač.

Dosud známá zapojení servozesilovačů jsou buď lineární servozesilovače se symetrickým napájecím napětím, jejichž nevýhoda spočívá v tom, že potřebují dva napájecí zdroje a koncové stupně musí být dimenzovány na dvojnásobné závěrné napětí, nebo lineární servozesilovače s můstkovým zapojením výkonových tranzistorů, přičemž tranzistory v protilehlých větvích můstku pracují v lineárním režimu, jejichž ovládání je podmíněno vyšší složitostí budicího stupně servozesilovače. Dále jsou známá můstková zapojení servozesilovačů, která pracují v impulsním režimu, to znamená, že změna velikosti a smyslu otáček rotoru servomotoru je prováděna změnou střídy pulsního průběhu s konstantní frekvencí. Nevýhodou tohoto zapojení je, že pro impulsní režim lze použít jen určitý typ servomotoru a že vytváří rušivá napětí v regulačních obvodech servosmyčky.

Tyto nevýhody odstraňuje zapojení servozesilovače pro řízení stejnosměrných servomotorů podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že emitory prvního a druhého tranzistoru jsou spojeny se svorkou kladného napětí. Báze prvního tranzistoru je spojena s třetím odporem, jehož druhý vývod je spojen se svorkou kladného napětí, a s první Zenerovou diodou, jejíž druhý vývod je spojen s prvním napájecím vstupem prvního operačního zesilovače. Báze druhého tranzistoru je spojena se čtvrtým odporem, jehož druhý vývod je spojen se svorkou kladného napětí, a s druhou Zenerovou diodou, jejíž druhý vývod je spojen s prvním napájecím vstupem druhého operačního zesilovače. Kolektor prvního tranzistoru je spojen s kolektorem třetího tranzistoru, s první svorkou servomotoru a s prvním zpětnovazebním odporem, jehož druhý vývod je spojen s invertujícím vstupem prvního operačního zesilovače a s prvním odporem, jehož druhý vývod je uzemněn.

Kolektor druhého tranzistoru je spojen s kolektorem čtvrtého tranzistoru, s druhou svorkou servomotoru a s druhým zpětnovazebním odporem, jehož druhý vývod je spojen s invertujícím vstupem druhého operačního zesilovače a s druhým odporem, jehož druhý vývod je buď uzemněn, nebo je spojen jednak s prvním vstupem a jednak s neinvertujícím vstupem prvního operačního zesilovače.

Výstup prvního operačního zesilovače je spojen s prvním budicím odporem, jehož druhý vývod je spojen s bází prvního spínacího tranzistoru. Výstup druhého operačního zesilovače je spojen s druhým budicím odporem, jehož druhý vývod je spojen s bází druhého spínacího tranzistoru.

Emitory prvního a druhého spínacího tranzistoru a třetího a čtvrtého tranzistoru jsou spojeny se zemí. Kolektor prvního spínacího tranzistoru je spojen s bází třetího tranzistoru a s třetím budicím odporem, jehož druhý vývod je spojen se svorkou budicího napětí a se čtvrtým budicím odporem, jehož druhý vývod je spojen s kolektorem druhého spínacího tranzistoru a bází čtvrtého tranzistoru. Druhý vstup je spojen s neinvertujícím vstupem druhého operačního zesilovače nebo je uzemněn.

Výhodou tohoto zapojení je jednoduchost budicího stupně, vyšší energetická účinnost servozesilovače, neboť třetí a čtvrtý tranzistor pracují ve spínacím režimu. Připojením napětí na svorku budicího napětí, které je odvozeno z napájení regulačních obvodů, je docíleno toho, že v případě jeho výpadku dojde k odpojení servomotoru od zdrojové soustavy.

Další výhodou tohoto zapojení je realizace intenzivního brzdění, kdy pomocí zpětných vazeb tvořených prvním a druhým zpětnovazebním odporem a prvním a druhým odporem, zavedených z první a druhé svorky servomotoru do invertujících vstupů prvního a druhého operačního zesilovače a buzení třetího a čtvrtého tranzistoru z výstupů prvního a druhého operačního zesilovače, lze docílit brzdění servomotoru zkratováním první a druhé svorky servomotoru přes třetí a čtvrtý tranzistor.

Na obr. 1 je schéma zapojení servozesilovače pro řízení stejnosměrných servomotorů, podle vynálezu, kde velikost otáček servomotoru 10 je řízena velikostí kladného napětí přivedeného na první nebo druhý vstup VI nebo Vil a smysl otáček servomotoru 10 je definován uzemněním prvního nebo druhého vstupu VI nebo Vil, přičemž na druhý vstup Vil nebo první vstup VI je přivedeno kladné napětí.

Na obr. 2 je zapojení servozesilovače pro řízení stejnosměrných servomotorů, podle vynálezu, u něhož se velikost otáček servomotoru 10 řídí velikostí napětí přivedeného na první vstup VI a smysl otáček servomotoru 10 jeho polaritou.

Druhý vstup Vil je uzemněn. Na obr. 1 jsou emitory prvního a druhého tranzistoru T2 a T21 spojeny se svorkou kladného napětí +U1. Báze prvního tranzistoru T2 je spojena s třetím odporem R2, jehož druhý vývod je spojen se svorkou kladného napětí -I- Ul, a s první Zenerovou diodou Dl, jejíž druhý vývod je spojen s prvním napájecím vstupem 5 prvního operačního zesilovače Zl. Báze druhého tranzistoru T21 je spojena se čtvrtým odporem R21, jehož druhý vývod je spojen se svorkou kladného napětí + U1, a s druhou Zenerovou diodou Dli, jejíž druhý vývod je spojen s prvním napáje232754 cím vstupem 51 druhého operačního zesilovače Zlí.

Kolektor prvního tranzistoru T2 je spojen s kolektorem třetího tranzistoru T3, s první svorkou 101 servomotoru 10, s prvním zpětnovazebním odporem R4, jehož druhý vývod je spojen s invertujiclm vstupem 1 prvního operačního zesilovače ZI a s prvním odporem Rl, jehož druhý vývod je uzemněn.

Kolektor druhého tranzistoru T21 je spojen s kolektorem čtvrtého tranzistoru T31, s druhou svorkou 102 servomotoru 10 a s druhým zpětnovazebním odporem R41, jehož druhý vývod je spojen s Invertujiclm vstupem 11 druhého operačního zesilovače Zll a s druhým odporem Rll, jehož druhý vývod je uzemněn.

Výstup 4 prvního operačního zesilovače ZI je spojen s prvním budicím odporem R3, jehož druhý vývod je spojen s bází prvního spínacího tranzistoru TI. Výstup 41 druhého operačního zesilovače Zll je spojen s druhým budicím odporem R31, jehož druhý vývod je spojen s bází druhého spínacího tranzistoru Til.

Emitory prvního a druhého spínacího tranzistoru TI a Til a třetího a čtvrtého tranzistoru T3 a T31 jsou spojeny se zemí. Kolektor prvního spínacího tranzistoru TI je spojen s bází třetího tranzistoru T3 a s třetím budicím odporem R5, jehož druhý vývod je spojen se svorkou budicího napětí +U3 a se čtvrtým budicím odporem R51, jehož druhý vývod je spojen s kolektorem druhého spínacího tranzistoru Til a bází čtvrtého tranzistoru T31. První vstup VI je spojen s neinvertujícím vstupem 2 prvního operačního zesilovače Zl, druhý vstup Vil je spojen s neinvertujícím vstupem 21 druhého operačního zesilovače Zll.

Na výstup 4 prvního zesilovače Zl a první svorku 101 servomotoru 10 je připojen první kondenzátor Cl, druhý kondenzátor C2 je připojen mezi bázi a kolektor prvního spínacího tranzistoru TI. Třetí kondenzátor Cil je spojen s výstupem 41 druhého operačního zesilovače Zll a druhou svorkou 102 servomotoru 10. Čtvrtý kondenzátor C21 je připojen mezi bázi a kolektor druhého spínacího tranzistoru Til. Svorka záporného napětí — U2 je spojena s druhými napájecími vstupy 3 a 31 prvního a druhého operačního zesilovače Zl a Zll. Na obr. 2 je druhý vstup Vil spojen se zemí a druhý vývod druhého odporu Rll je spojen s prvním vstupem VI.

Funkce zapojení podle obr. 1 je následující. Předpokládejme, že na prvním vstupu VI a na druhém vstupu Vil jsou napětí blízká nule. Působením zpětných vazeb tvořených prvním a druhým zpětnovazebním odporem R4 a R41 a prvním a druhým odporem RI a Rll se první a druhý operační zesilovač Zl a Zll snaží snížit napětí na první a druhé svorce 101 a 102 servomotoru 10 také na napětí blízké nule. To má za ná6 sledek zavření prvního a druhého tranzistoru T2 a T21 a k přechodu výstupů 4 a 41 prvního a druhého operačního zesilovače Zl a Zll do záporného napětí, tím dojde k zavření prvního a druhého spínacího tranzistoru TI a Til a k otevření třetího a čtvrtého tranzistoru T3 a T31, které jsou buzeny pomocí třetího a čtvrtého budicího odporu R5 a R51 a budicího napětí přivedeného na svorku budicího napětí -J-U3. Přes sepnutý třetí a čtvrtý tranzistor T3 a T31 je první a druhá svorka 101 a 102 servomotoru 10 zkratována a servomotor 10 je brzděn.

Nyní předpokládejme, že na druhém vstupu Vil zůstane napětí blízké nule a na prvním vstupu VI poroste napětí úměrně velikosti otáček servomotoru 10. Působením zpětné vazby tvořené prvním zpětnovazebním odporem R4 a prvním odporem Rl dochází ke vzrůstu proudu třetím odporem R2, první Zenerovou diodou Dl, prvním napájecím vstupem 5 prvního operačního zesilovače Zl, dále z výstupu 4 prvního operačního zesilovače Zl přes první budicí odpor R3 do báze prvního spínacího tranzistoru TI.

První spínací tranzistor TI se otevře a tím dochází k zavření třetího tranzistoru T3. Druhý tranzistor T21 zůstává zavřený a čtvrtý tranzistor T31 otevřený. První tranzistor T2 se otevírá tak, aby napětí na první svorce 101 servomotoru 10 bylo úměrné velikosti napětí na prvním vstupu VI, čímž je docíleno toho, že servomotor 10 se otáčí žádanými otáčkami v daném smyslu.

Při poklesu napětí na prvním vstupu VI probíhá děj opačně, to znamená, že první tranzistor T2 se zavírá, což způsobí pokles napětí na první svorce 101 servomotoru 10 a tím i pokles jeho otáček. V případě změny smyslu otáček servomotoru 10 zůstává první vstup VI na napětí blízkém nule a na. druhý vstup Vil je přivedeno kladné řídicí napětí.

Řízení otáček servomotoru 10 je prováděno druhým operačním zesilovačem Zll stejně jak bylo popsáno výše pro změnu řídicího napětí na prvním vstupu VI. První, druhý, třetí a čtvrtý kondenzátor Cl, Cil, C2 a C21 slouží ke kmitočtové stabilizaci servozesilovače, první a diuihá Zenerova dioda Dl a Dli definuje úroveň napájecího napětí na prvních napájecích vstupech 5 a 51 prvního a druhého operačního zesilovače Zl a Zll.

V případě, že napětí přivedené na svorku kladného napětí I.J1 je rovno napájecímu napětí prvního a druhého operačního zesilovače Zl a Zll, je třeba první a druhou Zenerovu diodu Dl a Dli zkratovat. Na obr. 2 je zapojení servozesilovače pro případ řízení velikosti a smyslu otáček servomotoru 10 velikostí a polaritou řídicího napětí na prvním vstupu VI.

Při přivedení kladného napětí na první vstup VI se otevírá první tranzistor T2 a při přivedení záporného napětí na první vstup VI se otevírá druhý tranzistor T21 shodně jak bylo popsáno výše pro kladné řídicí napětí na prvním nebo druhém vstupu VI nebo Vil.

Vynález je možné použít tam, kde je třeba řídit velikost a smysl otáček stejnosměrného servomotoru napětím a je vhodný pro řízení servomotorů s příkony do 200 W, přičemž přenášený výkon je dán prvním, druhým, třetím a čtvrtým tranzistorem T2, T21, T3 a T31.

Claims (1)

1. Zapojení servozesilovače pro řízení stejnosměrných servomotorů vyznačující se tím, že emitory prvního a druhého tranzistoru (T2, T21) jsou spojeny se svorkou kladného napětí (+U1), báze prvního tranzistoru (T2) je spojena s třetím odporem (R2), jehož druhý vývod je spojen se svorkou kladného napětí ( + U1), a s první Zenerovou diodou (Dl), jejíž, druhý vývod je spojen s prvním napájecím vstupem (5) prvního operačního zesilovače (Zl) dále že báze druhého tranzistoru (T21) je spojena se čtvrtým odporem (R21), jehož druhý vývod je spojen se svorkou kladného napětí (+U1), a s druhou Zenerovou diodou (Dli), jejíž druhý vývod je spojen s prvním napájecím vstupem (51) druhého operačního zesilovače (Zll), kolektor prvního tranzistoru (T2) je spojen s kolektorem třetího tranzistoru (T3), s první Svorkou (101) servomotoru (10) a s prvním zpětnovazebním odporem (R4), jehož druhý vývod je spojen s invertujícím vstupem (1) prvního operačního zesilovače (Zl) a s prvním odporem (Rl), jehož druhý vývod je uzemněn, dále, že kolektor druhého tranzistoru (T21) je spojen s kolektorem čtvrtého tranzistoru (T31), s druhou svorkou (102) servomotoru (10) a s druhým zpětnovazebním odporem

   YNALEZU (R41), jehož druhý vývod je spojen s invertu jícím vstupem (11) druhého operačního zesilovače (Zll) as druhým odporem (Rll), jehož druhý vývod je buď uzemněn, nebo je spojen jednak s prvním vstupem (VI) a jednak s neinvertujícím vstupem (2) prvního operačního zesilovače (Zl), přičemž výstup (4) prvního operačního zesilovače (Zl) je spojen s prvním budicím odporem (R3), jehož druhý vývod je spojen s bází prvního spínacího tranzistoru (TI), dále že výstup (41) druhého operačního zesilovače (Zll) je spojen s druhým budicím odporem (R31), jehož druhý vývod je spojen s bází druhého spínacího tranzistoru (Til), dále že emitory prvního a druhého spínacího tranzistoru (TI, Til) a třetího a čtvrtého tranzistoru (T3, T31) jsou spojeny se zemí a že kolektor prvního spínacího tranzistoru (TI) je spojen s bází třetího tranzistoru (T3) a s třetím budicím odporem (R5), jehož druhý vývod je spojen se svorkou budicího napětí (+U3) a se čtvrtým budicím odporem (R51), jehož druhý vývod je spojen s kolektorem druhého spínacího tranzistoru (Til) a bází čtvrtého tranzistoru (T31), zatím co druhý vstup (Vil) je spojen s neinvertujícím vstupem (21) druhého operačního zesilovače (Zll) nebo je zároveň uzemněn.