CS256851B1

CS256851B1 - A method for controlling the speed of an electric motor and a device for carrying out the method

Info

Publication number: CS256851B1
Application number: CS8565A
Authority: CS
Inventors: Alois Vasicek; Vaclav Sedy; Svatopluk Valenta; Jan Kral; Emil Neuhaeusl
Original assignee: Alois Vasicek; Vaclav Sedy; Svatopluk Valenta; Jan Kral; Emil Neuhaeusl
Priority date: 1985-01-03
Filing date: 1985-01-03
Publication date: 1988-04-15
Also published as: CS6585A1

Abstract

Při řízení otáček elektromotorů způsobem podle uvedeného řešení se do vinutí elektromotoru přivádí z nejméně jednoho fázového vodiče omezený počet period střídavého proudu, snižovaný nebo zvyšovaný v závislosti na okamžitých otáčkách elektromotoru. Zařízení obsahuje v nejméně jednom fázovém vodiči spínací prvky pro přerušování dodávky proudu, spínané a rozpojované signály řídicí jednotky, na jejíž vstup napojen snímač otáček elektromotoru.When controlling the speed of electric motors in the manner according to the above solution, a limited number of periods of alternating current are supplied to the winding of the electric motor from at least one phase conductor, reduced or increased depending on the instantaneous speed of the electric motor. The device contains in at least one phase conductor switching elements for interrupting the supply of current, switched and disconnected signals of the control unit, to the input of which the speed sensor of the electric motor is connected.

Description

Vynález se týká elektrického obvodu pro regulaci teploty transkutánní sondy.The invention relates to an electrical circuit for regulating the temperature of a transcutaneous probe.

Transkutánní sonda, která se umístuje na kůži pacienta, slouží ve spojení s vyhodnocovacím zařízení k neinvazivnímu měření parciálního tlaku krevních plynů. Sonda je tvořena jednak soustavou vlastních měřicích elektrod a jednak elektricky vyhřívanou částí, která je ve styku s pokožkou, jejíž teplota se v místě měření udržuje na konstantní teplotě zpravidla v rozemzí 43 až 45 °C. Ke stabilizaci teploty slouží elektrická regulační smyčka, tvořená vytápěcím prvkem a teplotním čidlem, které jsou tepelně těsně vázány s vyhřívanou částí, a dále zesilovačem a prvkem regulujícím proud vytápěného prvku. U zařízeni vyvinutých v BFÚ ČSAV v Brně je obvod regulace teploty doplněn obvodem proti přehřátí sondy.The transcutaneous probe, which is placed on the patient's skin, is used in conjunction with an evaluation device to non-invasively measure partial blood pressure. The probe consists of both a set of measuring electrodes and an electrically heated part in contact with the skin, the temperature of which is maintained at a constant temperature at the measuring point, usually in the range of 43 to 45 ° C. To stabilize the temperature, an electric control loop is formed, consisting of a heating element and a temperature sensor, which are thermally tightly coupled to the heated part, and an amplifier and a current regulating element of the heating element. For devices developed at BFÚ ČSAV in Brno, the temperature control circuit is supplemented by a circuit to prevent overheating of the probe.

Nevýhodou dosavadních zapojení regulačních obvodů teploty je skutečnost, že nejsou schopny rychle uspokojit zvýšený nárok na přísun vytápěcího výkonu, který vzniká při zapnutí transkutánní sondy a při přiložení vyhřáté sondy na nevyhřátou pokožku pacienta. Je to způsobeno omezenou velikostí zesílení v regulační smyčce, dovolenou z hlediska stability, a další omezení vzniká působením obvodu proti přehřátí popisovaným například v čsl. AO 246 187 V důsledku toho je třeba čekat poměrně dlouhou dobu např. 5 až 10 minut, než dojde ke stabilizaci teploty sondy po zapnutí, a přibližně stejnou dobu je třeba čekat po přiložení již vyhřáté sondy na pokožku pacienta.A disadvantage of the prior art temperature control circuitry is the fact that they are unable to quickly satisfy the increased demand for heating power generated when the transcutaneous probe is switched on and when the heated probe is applied to the unheated skin of the patient. This is due to a limited amount of gain in the control loop, permissible in terms of stability, and a further limitation arises from the overheating circuit described, for example, in U.S. Pat. AO 246 187 As a result, it is necessary to wait a relatively long time, for example 5 to 10 minutes, for the temperature of the probe to stabilize after switching on, and to wait approximately the same time after applying the already heated probe to the patient's skin.

Tyto nevýhody odstraňuje obvod progresivní regulace teploty transkutánní sondy pro měření parciálního tlaku krevních plynů v zapojení s regulační zpětnovazební smyčkou a s obvodem proti přehřátí sondy, jehož podstatou je, že do větve regulace teploty mezi , zesilovač a regulační prvek je vřazeno paralelní spojení větve ustáleného přenosu a větve zýšeného přenosu, přičemž do obvodu proti přehřátí sondy je mezi výstup komparátoru a vstup omezovaeího prvku zapojen obvod potlačeni ochrany, druhým vstupem spojený s výstupem časovači ho obvodu, který je spojen prvním vstupem s napájecím zdrojem a druhým vstupem s větví zvýšeného přenosu.These disadvantages are overcome by the transcutaneous probe temperature control circuit for the measurement of partial pressure of the gas gases in connection with the feedback loop and the probe overheating circuit, which involves the parallel connection of the steady-state transfer branch to the temperature control branch between the amplifier and the control element; A surge suppression circuit is connected to the probe overheating circuit between the comparator output and the limiter input, a second input coupled to a timing circuit output that is connected by a first input to the power supply and a second input to the boost transfer branch.

Vynález blíže objasní přiložený výkres, kde na obr. 1 je uvedeno blokové schéma zapojení a na obr. 2 diagram přenosové charakteristiky.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram and FIG. 2 is a transmission diagram.

Zapojení sestává ze zpětnovazební smyčky regulace teploty, obvodu ochrany proti přehřátí sondy a z obvodu indikace poruchy. Obvod regulace teploty je tvořen sériovým spojením napájecího zdroje 10, regulačního prvku 5, proudového čidla 6 a vytápěcího prvku 2 sondy, který je tepelně vázán přes vytápěnou část 1_ sondy s teplotním čidlem 2, spojeným elektricky se vstupem regulačního zesilovače 4^, jehož výstup je přes paralelní spojení větve 13 ustáleného přenosu a větve 14 zvýšeného přenosu spojen s regulačním prvkem 5. Obvod 17 proti přehřátí sondy je tvořen napětovým komparátorem 7_, spojeným svým výstupem s omezovacím prvkem 9, prvním vstupem s proudovým čidlem 6 a druhým vstupem se zdrojem referenčního napětí 2·The wiring consists of a temperature control feedback loop, a probe overheat protection circuit, and a fault indication circuit. The temperature control circuit is formed by the serial connection of the power supply 10, the control element 5, the current sensor 6 and the probe heating element 2, which is thermally coupled via the heated probe part 7 to a temperature sensor 2 connected electrically to the input of the control amplifier 4. via a parallel connection of the steady-state branch 13 and the increased-transmission branch 14 connected to the control element 5. The overheating circuit 17 of the probe consists of a voltage comparator 7, connected by its output to the limiting element 9, the first input with current sensor 6 and the second input with a reference voltage source 2 ·

Obvod 17 proti přehřátí sondy obsahuje obvod 15 potlačení ochrany, který je vřazen mezi výstup komparátoru 7. a vstup omezovaeího prvku 9. Obvod 15 pro potlačení funkce ochrany je druhým vstupem spojen s výstupem časovacího obvodu 16, který je spojen prvním vstupem s napájecím zdrojem 10 a druhým vstupem s větví 14 zvýšeného přenosu. K výstupu komparátoru 7_ a k výstupu zesilovače 4^ je připojen obvod 12 pro indikaci poruchy přes obvod 12 pro indikaci poruchy přes obvod 11 logického součtu.The probe overheating circuit 17 includes a protection override circuit 15 that is interposed between the comparator output 7 and the input of the limiting element 9. The protection override circuit 15 is connected to the output of the timing circuit 16 which is connected to the power supply 10 by the first input. and a second input with an increased transmission branch 14. A fault indication circuit 12 is connected to the output of the comparator 7 and to the output of the amplifier 4 via the fault indication circuit 12 through the logic sum circuit 11.

Zapojení pracuje za provozu takto: Proud z napájecího zdroje 10 protéká přes omezovači prvek 9_, regulační prvek ji, proudové číslo (i a vytápěcí prvek 2 sondy. Teplota vytápěné části transkutánní sondy je snímána teplotním čidlem 2, které řídí vstup zesilovače 4_. Regulační napětí z výstupu zesilovače 4_, které je úměrné odchylce regulované veličiny (teploty) od nominální hodnoty, je převedeno přes paralelní kombinaci větve 13 ustáleného přenosu a větve 14 zvýšeného přenosu na vstup regulačního prvku 5. Tím 3^e uzavřena smyčka zpětné vazby, která plní funkci regulace teploty na nominální hodnotu. Dále se funkce rozdělí na podmínky ustáleného stavu a podmínky přechodové.The wiring operates in operation as follows: The current from the power supply 10 flows through the limiting element 9, the regulating element 11, the current number (i and the probe heating element 2). output of the amplifier 4, which is proportional to the deviation of the controlled variable (temperature) from the nominal value, is transferred through the parallel combination of the transmission branch 13 and a steady increase in bandwidth branch 14 to the input of the control element ³ and 5. This closed loop feedback, which fulfills the function of temperature control The function is further divided into steady state and transient conditions.

přičemž kroutící moment motoru má vždy takovou hodnotu, která je schopna překonat odpory hnané soustavy za daných otáček.wherein the engine torque is always of a value capable of overcoming the resistances of the driven system at a given speed.

Regulaci otáček je možno při osazení odpovídající logické jednotky, například mikropočítače nebo mikroprocesorové jednotky, provádět jak manuelně, tak také je možno zapojit tuto regulační soustavu do systémů, řízených pomocí počítačů, což je u většiny dosud používaných regulačních soustav velmi složité a mnohdy prakticky nemožné.The speed control can be done manually or fitted with a corresponding logic unit, for example a microcomputer or a microprocessor unit, but it is also possible to connect the control system to computer-controlled systems, which is very complex and often practically impossible for most control systems used.

Příklady provedení zařízení pro řízení otáček elektromotorů podle vynálezu jsou zobrazeny na výkresech, kde obr. 1 znázorňuje blokové schéma zapojení obvodu třífázového elektromotoru s kotvou nakrátko a regulačního zařízení, na obr. 2 je blokové schéma zapojení obvodu pro regulaci otáček třífázového asynchronního elektromotoru a na obr. 3 je blokové schéma zapojení jednofázového indukčního elektromotoru se zařízením podle vynálezu.1 shows a circuit diagram of a three-phase short-circuit armature electric motor and a control device, FIG. 2 shows a circuit diagram of a three-phase asynchronous electric motor speed control circuit, and FIG. 3 is a block diagram of a single phase induction electric motor with a device according to the invention.

Zařízení pro regulaci otáček třífázového elektromotoru 2 s kotvou nakrátko /obr.' 1/ je opatřeno čtyřmi spínacími prvky 2» 2_, 3, 4y přes které jsou na svorky U, V elektromotoru T_ přivedeny dvě fáze R, S ze sítě. Třetí fáze T sítě je na třetí svorku W elektromotoru 7 přivedena přímo. Jednotlivé spínací prvky JL, 2, 3, 4 jsou připojeny na výstupy řídicí logické jednotky 5, která získává informace o smyslu a rychlosti otáčení rotoru elektromotoru 7_ ze snímače 6_ otáček, zařazeného mezi elektromotor 7_ a hnanou soustavu 8.Device for speed control of three-phase electric motor 2 with short-circuit armature / fig. 1 / is provided with four switching elements 2, 2, 3, 4y through which two phases R, S from the mains are fed to the terminals U, V of the electric motor T. The third phase T of the network is connected directly to the third terminal W of the electric motor 7. The individual switching elements 1, 2, 3, 4 are connected to the outputs of the control logic unit 5, which obtains information about the sense and speed of rotation of the rotor 7 of the electric motor 7 from a speed sensor 6 arranged between the electric motor 7 and the driven system 8.

Maximální přípustná hodnota otáček je určována signálem 10, přivedeným na řídicí logickou jednotku 5. Zařízení je v tomto příkladném provedení doplněno snímačem £ průchodu nulou pro jednotlivé fáze R, S, T, jehož výstup je rovněž připojen na vstup řídicí logickéjednot jednotky J5.The maximum allowable speed value is determined by the signal 10 applied to the control logic unit 5. In this exemplary embodiment, the device is supplemented by a zero crossing sensor 8 for the individual phases R, S, T, the output of which is also connected to the control logic unit J5.

Spínací prvky 2» 2, 2» £ jsou při provozu elektromotoru J7 synchronně spínány a rozepínány signály logické řídicí jednotky 5 tak, že je vždy sepnuta jedna dvojice a druhá je rozpojena, například je sepnut první a třetí spínací prvek 1, 2» zatímco druhý a čtvrtý spínací prvek 2, 4 je rozepnut. Směr a rychlost otáčení elektromotoru T_ závisí na poměru délek trvání jednotlivých impulsů, po které byla zapnuta dvojice spínacích prvků ly 2· Pomoci těchto čtyř spínacích prvků 1, 2» 3_, 4 jsou dvě fáze R, S vstupující do vinutí elektromotoru 2, navzájem zaměňovány, čímž dochází k brzdění elektromotoru J_ na požadovanou hodnotu otáček. Přepínání jednotlivých fází R, S je synchronizováno pomocí signálů, které přijímá logická řídicí jednotka 2 snímače 2 průchodu nulou u jednotlivých fází R, S, T.The switching elements 2, 2, 2, 6 are synchronously switched on and off during operation of the electric motor 7, so that one pair is always switched on and the other is disconnected, for example the first and third switching elements 1, 2 are switched on. and the fourth switching element 2, 4 is opened. The direction and speed of rotation of the electric motor T depends on the ratio of the duration of the individual pulses over which the pair of switching elements 2 were switched on. With the four switching elements 1, 2 »3, 4 the two phases R, S entering the winding of the electric motor 2 are interchanged. thereby braking the electric motor 1 to the desired speed. The switching of the individual phases R, S is synchronized by the signals received by the logic control unit 2 of the zero crossing sensor 2 for the individual phases R, S, T.

V jiném příkladném provedení zařízení podle vynálezu jsou otáčky třífázového asynchronního motoru s kotvou nakrátko řízení pomocí triaků 11, 12, 13, 21» které jsou spínány na základě signálů, přicházejících jednotlivými vedeními z výstupů řídicí jednotky 5, obsahující mikropočítač 17 s odělovacím obvodem 16, který má funkci oddělení vysokonapětové části obvodu od nízkonapětové části a který je v tomto příkladu vytvořen na optoelektronickém základu.In another exemplary embodiment of the device according to the invention, the speed of the three-phase asynchronous squirrel-cage motor is controlled by triacs 11, 12, 13, 21 which are switched on the basis of signals coming through individual lines from the outputs of the control unit 5 comprising a microcomputer 17 with a wear circuit 16. which has the function of separating the high voltage portion of the circuit from the low voltage portion, and which in this example is formed on an optoelectronic basis.

Skutečné otáčky elektromotoru 2 jsou snímány snímačem 6 otáček, například tachodynamem, který je připojen na vstup mikropočítače 17. Mikropočítač 17 je dále zásobován signály o průchodu nulou na jednotlivých fázích R, 2» ϊ» přiváděnými třemi vedeními 22· Nominální hodnota otáček je nastavována pomocí centrálního řídicího počítače 19, který si vyměňuje s mikropočítačem 17 řídicí slovo 18.The actual speed of the electric motor 2 is sensed by a speed sensor 6, for example a tachometer, which is connected to the input of the microcomputer 17. The microcomputer 17 is further supplied with zero crossing signals on the individual phases R, 2 ». the central control computer 19, which exchanges the control word 18 with the microcomputer 17.

Ve třetím příkladu provedení je jednofázový indukční elektromotor 2 opatřen regulačním zařízením podle vynálezu, obsahujícím dvojici triaků 22» 22» připojených k pomocné fázi 20 elektromotoru T_. Oba triaky 22» 12 jsou spínány a rozpojovány řídicí jednotkou 2» která získává údaje o hodnotách otáček elektromotoru 2 ^ze snímače 6 otáček.In a third embodiment, the single-phase induction electric motor 2 is provided with a control device according to the invention comprising a pair of triacs 22, 22 ' connected to the auxiliary phase 20 of the electric motor T1. The two triacs 22, 12 are switched on and off by the control unit 2, which receives the speed values of the electric motor 2 ^from the speed sensor 6.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

A method for controlling the speed of electric motors, wherein the power supply to the electric motor winding is limited, characterized in that a limited number of alternating current periods is fed to the electric motor winding from at least one phase conductor, the number of periods decreasing or increasing depending on instantaneous speed of the electric motor.

2. Apparatus for carrying out a method for controlling the speed of electric motors according to claim 1, comprising switching elements for limiting the current supply to the motor winding, characterized in that it comprises at least one switching element (1, 2, 4), e.g. connected to at least one phase conductor (R, S) connected to the motor winding (7) and from the control unit (5), the outputs of which are connected to the control input of at least one switching element (1, 2, 3, 4) and the input is connected to the sensor (6) of the electric motor speed (7).

Device according to claim 2, characterized in that it comprises four switching elements (1, 2, 3, 4), two of which are connected directly to two phase conductors (R, S) and the other two switching elements (1, 3). / are connected by their input side to the conductor of one phase (R, S) and their output side to the conductor of the other phase (S, R).

4. Device according to Claims 2 and 3, characterized in that a zero-phase transducer (R, S, T) is connected to the input of the control unit (5).