RU1777225C - Устройство дл управлени двухфазным асинхронным электродвигателем - Google Patents

Abstract

Использование: электромашинные системы автоматики дл  стабилизации и контрол  частоты вращени  вала. Сущность изобретени : введение в состав устройства К-триггера и блока контрол , состо щего из ( IК-триггера, элемента И-НЕ и двух сумматоров , позволило повысить надежность устройства и расширить его функциональные возможности за счет обеспечени  контрол  режима работы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в электрома- шинных системах автоматики дл  стабилизации и контрол  частоты вращени  вала.

Дл  приведени  масс в горизонтальное или вращательное движение с посто нной скоростью от двухфазного асинхронного электродвигател  необходимо устройство, которое бы обеспечивало стабилизацию частоты вращени  ротора с минимальными аппаратурными затратами и осуществл ло автоматический контроль за поддержанием уровн  средней скорости вращени , выдава  сигнал о нарушении стабилизации.

Известны устройства дл  управлени  двухфазным электродвигателем асинхронного типа, см. описани  авт.св. СССР № 646409 и № 1300621, кл. Н 02 Р 7/36.

Известное устройство дл  управлени  двухфазным асинхронным электродвигателем (авт. св. N° 1300621) содержит диодно- транзисторный ключ переменного тока в цепиобмотки управлени , фазосдвигающий конденсатор в цепи обмотки возбуждени ,

блок гальванической разв зки и усилени  импульсов управлени , датчик входного сигнала , индикатор входного сигнала, индикатор пол рности входного сигнала, блок пилообразных напр жений, блок абсолютных значений входного сигнала, блок сравнени , блок определени  моментов включени  диодно-транзисторного ключа, индикатор частоты вращени  ротора, блок формировани  импульсов управлени  ключевым элементом и логические элементы.

Однако схема приведенного аналога сложна в построении и не осуществл ет стабилизацию частоты вращени  ротора. При включении диодно-транзисторного ключа происходит посто нное потребление электроэнергии фазовых обмоток и вращение ротора. Отключение этого ключа св зано с процессом динамического торможени  и последующим автоматическим отключением асинхронного электродвигател  от ис; точника переменного напр жени  при полной остановке ротора.

Из известных устройств дл  управлени  двухфазным асинхронным электродвигателем наиболее близким по технической сущности  вл етс  прототип, приведенный в описании авт.св. СССР N 1254575, кл, Н 02 Р 5/06, который содержит блок датчиков, два усилител -формировател , два RS- триггера, опорный генератор, два делител  частоты, формирователь импульсов, интегратор , управл емую схему задержки, фазовый детектор и сумматор.

Схема приведенного прототипа сложна в построении и ненадежна. В этом устройстве показан выход частоты импульсных сигналов с коррекцией погрешности изготовлени  датчика. Причем коррекци  обеспечивает отдельный момент процесса стабилизации скорости электродвигател  и не учитывает изменени  параметров питающего напр жени , нагрузки, температурных условий и т.д. В известном устройстве нет блоков согласовани  скорости электродвигател  с устройством индикации или нагрузки на валу, что позволило бы расширить функциональные возможности устройства.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности и расширение функциональных возможностей устройства.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  управлени  двухфазным асинхронным электродвигателем, содержащее диодно-транзисторный ключ переменного тока с узлом гальванической разв зки и усилени  и фазосдвигающий конденсатор, предназначенные дл  включени  в цепи соответственно обмотки управлени  и обмотки возбуждени  асинхронного электродвигател , делитель частоты, первый и второй входы которого подключены соответственно к шине разрешени  и к выходу генератора, два RS-триггера и датчик частоты вращени  с формирователем, S-входы первого и второго RS-триггеров подключены соответственно к первому и второму выходам делител  частоты, введены IK-триггер и блок контрол  с п тью входами, первый, второй, третий, четвертый, п тый, шестой и седьмой входы IK-триггера соединены соответственно с шиной разрешени , инверсны- ми выходами первого и второго RS-триггеров, первым выходом формировател , пр мыми выходами второго м первого RS-триггеров и третьим выходом делител  частоты, третий вход которого объединен с R-входами обоих RS-триггеров и подключен к второму выходу формировател , первый выход которого соединен с первым входом блока контрол , второй и третий входы которого соединены соответственно с четвертым и п тым выходами делител  частоты, выход IK-триггера соединен с входом узла гальванической разв зки и усилени , четвертый и п тый входы и выход блока контрол  предназначены дл  соединени  соответственно с шинами первого и второго кодировани  и шиной неисправности. При5 чем блок контрол  содержит D-триггер, элемент И-НЕ и два сумматора, выходы переноса которых подключены к входам элемента И-НЕ, выход которого подключен к D-входу D-триггера, при этом С-вход D0 триггера образует первый вход блока контрол , первые и вторые входы первого и второго сумматоров образуют соответственно второй, третий, четвертый и п тый входы блока контрол , выход D-триггера об5 разует выход блока контрол .

На фиг.1 изображена функциональна  схема устройства дл  управлени  двухфазным асинхронным электродвигателем; на фиг. 2 - функциональна  схема подключе0 ни  сумматоров к делителю частоты; на фиг. 3 - схема датчика; на фиг. 4 - временные диаграммы напр жений и частоты вращени  ротора.

В предлагаемом устройстве дл  управ5 лени  двухфазным асинхронным электродвигателем (фиг.1) один конец обмотки управлени  асинхронного электродвигател  1 соединен с выходом диодно-транзи- сторного ключа 2 переменного тока. Первый

0 вход ключа 2 и другой конец обмотки управлени  электродвигател  1 подключены к источнику переменного напр жени  Uy. Второй вход ключа 2 соединен с выходом узла 3 гальванической разв зки и усилени .

5 Фазосдвигающий конденсатор 4 и обмотка возбуждени  электродвигател  1 соединег ны последовательно и свободными концами подключены к источнику переменного напр жени  UB. Первый вход (разрешение) и

0 второй вход (синхронизации) делител  5 частоты подключены соответственно к шине 6 разрешени  и выходу генератора 7. S-входы первого 8 и второго 9 RS-триггеров подключены соответственно к первому и второму

5 выходам делител  5 частоты. Ротор электродвигател  1 механически св зан с датчиком 10 частоты вращени , выход которого соединен с входом формировател  11. Первый вход (S) IK-триггера 12 соединен с

0 шиной 6, второй и третий входы (I) соединены соответственно с инверсными выходами триггеров 8 и 9, четвертый вход (С) соединен с первым выходом формировател  11, п тый и шестой входы (К) соединены соответствен5 но с пр мыми выходами триггеров 9 и 8, седьмой вход (R) соединен с третьим выходом (переноса) делител  5 частоты. Первый вход блока 13 контрол  соединен с первым выходом формировател  11, второй выход которого подключен к третьему входу

(уст.О) делител  5 частоты и к R-входам триггеров 8 и 9. Второй и третий входы блока 13 подключены соответственно к четвертому и п тому (информационным) выходам делител  частоты. Выход (инверсный) триггера 12 соединен с входом узла 3. Четвертый и п тый входы и вход блока 13 предназначены дл  соединени  соответственно с шинами первого 14 и второго 15 кодировани  и шиной 16 неисправности.

Диодно-транзисторный ключ 2 состоит из диодного моста 17, в одну из диагоналей которого переходами коллектора и эмиттера , соединенного с общей шиной, подключен транзистора 18. Один из выводов второй диагонали моста 17, подключенный к источнику переменного напр жени  Uy, и переход базы транзистора 18 образуют соответственно первый и второй входы ключа. Другой вывод второй диагонали моста 17 образует выход ключа.

Узел 3 гальванической разв зки и усилени  состоит из логического элемента НЕ 19, выход которого через резистор 20 св зан с входом оптоэлектронного элемента 21, логического элемента НЕ 22. вход которого св зан с выходом оптоэлектронного элемента 21, а выход - с общим выводом резисторов 23 и 24, и транзистора 25, переход базы которого св зан со свободным выводом резистора 24, а переход эмиттера св зан с резистором 26, подключенного к общей шине. Причем другой вход элемента 21, свободный вывод резистора 23 и переход коллектора транзистора 25 подключены к шине +Fn источника питани . Вход элемента 19 и переход эмиттера транзистора 25 образуют соответственно вход и выход узла.

Формирователь 11 состоит из операционного усилител  27, выход которого соединен с входом логического элемента И-НЕ 28, другой вход которого соединен с выходом элемента НЕ 29, и дифференцирующей цепочки типа RC 30 и 31 . Причем общий вывод резистора 30, подключенного к общей шине , и конденсатора 31 соединен с входом элемента НЕ 29, а свободный вывод конденсатора 31 соединен с выходом элементе И- НЕ 28. Вход и выход усилител  27 образует вход и первый выход формировател . Выход элемента НЕ 29 образует второй выход формировател .

В примере функциональной схемы делител  5 частоты (см. фиг.2) содержитс  двоичный счетчик 36 и подключенные к его информационным выходам первый 37, второй 38 и третий 39 логические элементы И-НЕ. Выходы элементов И-НЕ 37 - 39 образуют соответственно первый, второй и третий выходы делител  частоты.

Примером датчика 10 может служить узел (см. фиг.З), содержащий светонепрони- цаемый диск 40 с прорезью, который закрепл етс  на валу ротора, индикатор единичный 41 с ограничительным по току резистором 42 и фотодиод 43.

Блок 13 контрол  (см. фиг.1) состоит из

0 D-триггера 32, первого 33 и второго 34 сумматоров комбинационного типа, выходы которых соединены с входами логического элемента И-НЕ 35, выход последнего соединен с D-входом D-триггера 32, С-вход D5 триггера 32 образует первый вход блока, первые и вторые входы сумматоров 33 и 34 образуют соответственно второй, третий и четвертый, п тый входы блока. Выход D- триггера 32 образует выход блока.

0 Сведени  о двухфазном асинхронном электродвигателе приведены в кн. Чечета Ю.С. Электрические микромашины автоматических устройств. - М.: Госэнергоиздат, 1957, с. 15-19, рис. 1-3 и 1-5.

5 В качестве примера генератора эталонной частоты может служить схема кварцевого генератора, приведенна  в статье Кафизова В.И. Универсальный делитель частоты на интегральных схемах. - Судостро0 ение, 1987, № 12, с. 23, 24, рис. 4.

Примеры логических элементов НЕ, И- НЕ, IK-триггера, D-триггера, сумматора и двоичного счетчика приведены в кн. Интегральные микросхемы: Спразочник/Б.В.Та5 рабрин, Л.Ф.Лунин, Ю.Н.Смирнов и др.: Под ред. Б.В.Тарабрина - М.: Радио и св зь, 1983, с. 58-102, микросхемы серии К155, КМ155.

Пример индикатора единичного приве0 ден в кн. Вуколова Н.И. и Михайлова А.Н. Знакосинтезирующие индикаторы: Справочник/Под ред. В.П.Балашова. - М.: Радио и св зь, 1987, с. 158-161.

Пример оптоэлектронного элемента

5 приведен в кн. Микроэлектроника, вып. 7: Под ред. ААВасенкова - М.: Сов. радио. 1974. с.210-221.

Примеры операционных усилителей приведены в кн. Нестеренко Б.К. Интеграль0 ные операционные усилители: Справочное пособие по применению- М.: Энергоиздат. 1982.

Устройство работает следующим образом .

5 Пусть на фазовые обмотки управлени  и возбуждени  асинхронного электродвигател  1 подаютс  соответственно напр жени  Uy и ив, например, от трансформатора, подключенного к однофазной сети переменного напр жени , Генератор вырабатывает импульсы эталонной частоты f3. При наличии на шине 6 разрешени  сигнала лог. О синхровход делител  5 частоты закрыт и I«-триггер 12 находитс  в единичном состо нии - с его выхода снимаетс  сигнал лог.О. На выходе узла 3 гальванической разв зки и усилени  присутствует сигнал лог. О, который держит в закрытом состо нии диодно-транзисторный ключ 2 переменного тока. Электродвигатель 1 отключен .

При поступлении на шину 6 сигнала лог. 1 происходит циклическое заполнение делител  5 частоты последовательностью импульсов fa. В первом цикле на выходе переноса делител  5 частоты по вл етс  импульс Un переполнени , который перебрасывает триггер 12 в нулевое состо ние - на его выходе возникает сигнал лог. 1 (см. фиг.4г, UT). Тогда на выходе узла 3 по вл етс  сигнал, который открывает ключ 2 (см. фиг. 4д, Uioi), и включает обмотку управлени  электродвигател  1 (см. фиг. 4е). Ротор начинает вращатьс  и каждый оборот вала фиксируетс  датчиком 10 частоты вращени . Формирователь 11 формирует с датчика 10 импульсные сигналы Uo.c. обратной св зи (см. фиг. 4в), которые опрашивают триггер 12 и блок контрол  13, а после этого устанавливают RS-триггеры 8 и 9 и делитель 5 частоты в начальные состо ни . Поэтому в последующих циклах заполнени  импульсов fs импульс Un не по вл етс . В каждом цикле на S-входы триггеров 8 и 9 с делител  5 частоты поступают соответственно импульсы частоты fs верхнего (см. фиг.4а, Us) и импульсы частоты нижнего (см. фиг.4б, DH), пределов регулировани , которые устанавливают их в единичные состо ни . Начинаетс  процесс разгона вращени  ротора (см. фиг. 4ж) и возрастает частота fo.c. импульсов обратной св зи (см. фиг. 4в). Электродвигатель 1 остаетс  включенным пока при по влении импульса U0.c. делитель 5 частоты успевает установить триггеры 8 и 9 в единичные состо ни ,

На частоте вращени  ротора верхнего предела, когда то.с.в, при по влении сигналов лог. 1 на (-входах триггер 12 устанавливаетс  в единичное состо ние импульсом Uo.c. - на его выходе по вл етс  сигнал лог. О (см, фиг.4г). В этом случае узел 3 запирает ключ 2 (см. фиг, 4д) и обмотка управлени  электродвигател  1 отключаетс  (см. фиг.4е). Происходит обратный процесс - плавное торможение вращени  ротора за счет трени  вала в подшипниках (см. фиг. 4ж) и уменьшение частоты f0.c. (см. фиг. 4в). Электродвигатель 1 остаетс  отключенным пока при по влении Uo.c. делитель 5частоты

еще не успевает установить триггеры 8 и 9 в единичные состо ни .

На частоте вращени  ротора нижнего предела, когда то.с.тн, при по влении сигналов лог. 1 на К-входах триггер 12 устанавливаетс  в нулевое состо ние импульсом Uo.c. - на его выходе по вл етс  сигнал лог. 1 (см. фиг. 4г). Ключ 2 открываетс  (см. фиг. 4д) и выключаетс  обмотка управлени  электродвигател  1 (см. фиг.4е). Снова происходит процесс разгона вращени  ротора (см. фиг. 4ж). Цикл повтор етс  и так далее.

Как видно (см.фиг. 4ж), регулирование скорости пст вращени  вала происходит в

узком коридоре. Значит за границами коридора существует две области, в которых устройство находитс  в режиме неисправности . Поэтому в блоке контрол  13 первый сумматор 33 производит сложение текущего

пр мого двоичного кода NI делител  5 частоты с посто нным двоичным кодом Ni шины 14 первого кодировани , а второй сумматор 34 производит сложение текущего обратного двоичного кода Nj с посто нным

пр мым двоичным кодом N2 шины 15 второго кодировани . Если , то сумматор 33 выдает сигнал переноса - лог. О. Это означает , что отклонение вращени  вала составл ет больше допустимого о , то есть fo.c.fi.

Если , то сумматор 34 выдает сигнал переноса - лог. О. Это означает, что отклонение вращени  вала составл ет меньше допустимого (f, то есть f0.c.f2. Каждый сигнал переноса сумматоров 33 и 34 инвертируетс  логическим элементом И-НЕ 35 и на D-вход D-триггера 32 поступает сигнал лог. 1, После этого импульсом U6.с. триггер 32 устанавливаетс  в единичное состо ние, выдава  на выход устройства сигнал лог. 1

- неисправность, используемый дл  индикации или сигнализации, а также в процессах автоматического регулировани . Сигнал неисправности возникает в начале разгона электродвигател  1 или при неустойчивой

работе (отказов) отдельных элементов. Как только на D-вход триггера 32 поступит сигнал лог.0, то импульсом Uo.c. триггер 32 снова устанавливаетс  в нулевое состо ние , выдава  на выход устройства сигнал

лог. О - исправность.

Частота f3 генератора 7 выбираетс  из соображени  того, чтобы одному периоду срабатывани  датчика 10 при стабилизации скорости пст соответствовало бы определенное число N3 импульсов, заполн ющих делитель 5 частоты, п - максимальна  скорость вращени  ротора.

Как правило, стабилизаци  скорости пст электродвигател  1 осуществл етс  в задан

ных пределах {например,±3%). Поэтому задаютс  коды NB верхнего и NH нижнего пределов заполнени  делител  5 частоты (см. фиг. 2). На совпадение кодов NB и NH подключены элементы 37 и 38 к соответствующим пр мым или инверсным выходам счетчика 36. Причем . Таким образом, делитель 5 частоты формирует два частотных предела регулировани  fB и fH. П р и м е р 1. и пст 3%. Тогда и , что соответствует двоичным кодам 011111010 и 100000010. Границы (f и а определ ютс , исход  из заданных пределов стабилизации более или менее допустимых (например ±5). Отсю да выбираютс  соответственно двоичные коды NI и N2. Двоичный код NI, поступающий посто нно на кодовые шины 14, вз т обратным дл  того, чтобы при сложении с текущим кодом числа NJ делител  5 частоты, располагаемого в области отсчета меньше допустимого, происходил бы перенос а , при этом . Двоичный код N2, поступающий посто нно на кодовые шины 15, вз т пр .мым, так , чтобы при сложении с кодом числа NJ, располагаемого в области отсчета больше допустимого, происходил бы перенос а

Пример2. , Nr261; , . NJ-100000101 N1 011111010 NV011111011 ТЭН)11111011 000000000

111110101

перенос, 7.1 - -переноса нет. Пример 3. , , .

Ni-100010000 N 100000101 № 011110000 N2 011110000 000000000 г - 111110101

e перенос, о .ц -переноса нет.

Из примеров 2 и 3 видно, что при стабилизаци  скорости вращени  вала про- исходит, неисправности нет.

Датчик 10 работает следующим образом (см. фиг. 3). При вращении диска 40 свет, излучаемый индикатором 41, проникает через прорезь и попадает на фотодиод 43. За врем  действи  светоизлучени  через фотодиод 43 проходит пр мой импульсный ток.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство дл  управлени  двухфазным асинхронным электродвигателем обладает простотой схемного построени , что приводит к повышению надежности схемы. Введение блока контрол  с выводом дл  подключени , который позвол ет контролировать режим работы, приводит к расшире- нию функциональных возможностей.

Исход  из вышеизложенного, за вл емое изобретение обладает положительным эффектом: повышение надежности и расши0

5 0 5

0

5

0

5

0 5

рение функциональных возможностей. Положительный эффект чисто технический и не представл етс  возможным выразить его в денежной форме.

За вл емое изобретение разработано на этапе ОКР и предложено к использованию в изделии Клавесин.

Claims (2)

1. Устройство дл  управлени  двухфазным асинхронным электродвигателем, содержащее диодно-транзисторный ключ переменного тока с узлом гальванической разв зки и усилени  и фазосдвигающий конденсатор, предназначенные дл  включени  в цепи соответственно обмотки управлени  и обмотки возбуждени  асинхронного электродвигател , делитель частоты , первый и второй входы которого подключены соответственно с шине разрешени  и к выходу генератора, два RS-триг- гера и датчик частоты вращени  с формирователем, S-входы первого и второго RS-триггеров подключены соответственно к первому и второму выходам делител  частоты, отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности и расширени  функциональных возможностей, в него введены IK-триггер и блок контрол  с п тью входами, первый, второй, третий, четвертый , п тый, шестой и седьмой входы IK-триг- гера соединены соответственно с шиной разрешени , инверсными выходами первого и второго RS-триггеров. первым выходом формировател , пр мыми выходами второго и первого RS-триггеров и третьим выходом делител  частоты, третий вход которого объединен с R-входами обоих RS-триггеров и подключен к второму выходу формировател , первый выход которого соединен с первым входом блока контрол , второй и третий входы которого соединены с четвертым и п тым выходами делител  частоты, выход К-триггера соединен в входом узла гальванической разв зки и усилени , четвертый и п тый входы и выход блока контрол  предназначены дл  соединени  соответственно с шинами первого и второго кодировани  и шиной неисправности.

2. Устройство по п. отличающеес  тем, что блок контрол  содержит D- триггер, элемент И-НЕ и два сумматора, выходы переноса которых подключены к входам элемента И-НЕ, выход которого подключен к D-входу D-триггера, С-вход D-триг- гера образует первый вход блока конгрол , первые и вторые входы первого и второго сумматоров образуют соответственно второй , третий, четвертый и п тый входы блока контрол , выход D-триггера образует выход блока контрол .

U&Ar галб/ ш- п vecxov / Q3efi3M-L а усилени 

1 4иодю 1 транзистора/и. KJW4.I

Aamwx

ча&патб/

ердщещ;

Г

«

ФОрМирО&)

Ч

7

Делите/it, 4ас/ о/7 ь/

Г

14

45i

1%

П

50

j

/5

Я

5Ј

&

л

16

Я

Блох

КОМ/ПрОЛЯ |

Фиг.

гг-г/г

СР

SZZLLLI

Vr

W

X)

Фиг. 4