RU2023343C1

RU2023343C1 - Gear for control over no-contact d c motor

Info

Publication number: RU2023343C1
Authority: RU
Inventors: С.И. Григорьев; В.К. Ковалев; Е.С. Лапин
Original assignee: Научно-производственный комплекс "ЭЛТРАН ЭНВО"
Priority date: 1991-06-13
Filing date: 1991-06-13
Publication date: 1994-11-15

Abstract

FIELD: automatics, conversion equipment. SUBSTANCE: gear includes bridge commutator based on transistor 1, pickup 4 of rotor position, master unit 6 for setting of rotational direction, current limiting unit 10, unit 8 of control over rotational speed and decoder 7. Decoder is built on three inverters and six logic gates 3NOT-AND or 3NOR. EFFECT: simplified design, enhanced reliability of gear. 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, электрическим машинам с бесконтактной коммутацией секций якорной обмотки и может быть использовано в различных системах автоматики и преобразовательной техники. The invention relates to electrical engineering, electrical machines with non-contact switching sections of the armature winding and can be used in various automation systems and converting equipment.

Известные технические решения обладают меньшей надежностью и большей сложностью. Known technical solutions have less reliability and greater complexity.

Недостатками устройства [1] являются увеличение потерь за счет дополнительных потерь в токоограничительном транзисторе и снижение надежности за счет осуществления токоограничения по силовой цепи. The disadvantages of the device [1] are the increase in losses due to additional losses in the current-limiting transistor and the decrease in reliability due to the implementation of current limitation along the power circuit.

Недостатками устройства [2] являются сложность структуры, а также связей преобразовательного блока распределителя - модулятора, что снижает надежность устройства. The disadvantages of the device [2] are the complexity of the structure, as well as the connections of the converter block of the distributor - modulator, which reduces the reliability of the device.

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. The closest in technical essence to the proposed one is a device containing a bridge switch on transistors with outputs for connecting to the armature winding of a contactless motor, a position sensor of the rotor of a contactless motor, the outputs of which are connected to the first inputs of two-input logic elements EXCLUSIVE OR, the second inputs of which are connected to the direction controller rotation, and the outputs are connected to the first inputs of the three logical control elements 3OR-NOT, the outputs of which are connected to the input the decoder, which is made on a binary-decimal decoder, three logical elements 2OR-NOT and three logical elements 2OR, a measuring resistor connected between one of the power inputs of the bridge switch and the common bus of the power supply, current limiting unit, made in the form of a single-threshold comparator - generator a series of pulses, the input of which is connected to a common point of the measuring resistor and one of the power inputs of the bridge switch, and the output is combined with the second inputs of the three logical elements 3OR-NOT, about edinennye third inputs of which are connected through switch node with access speed control.

Недостатками данного технического решения являются избыточность использованных в устройстве функциональных узлов и связей, что ведет к усложнению и снижению надежности. The disadvantages of this technical solution are the redundancy of the functional units and connections used in the device, which leads to a complication and a decrease in reliability.

Цель изобретения - упрощение и повышение надежности устройства. The purpose of the invention is to simplify and improve the reliability of the device.

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. This is achieved by the fact that in a device containing a bridge switch on transistors with outputs for connecting a non-contact electric motor to the armature winding, a rotor position sensor, the outputs of which are connected to the first inputs of two-input logic elements EXCLUSIVE OR, the second inputs of which are connected to the output of the rotational direction adjuster, is a decoder , outputs connected to the control inputs of the bridge switch, current limiting unit, made in the form of a controlled pulse series generator, the input of which is connected n with a common point of the measuring resistor and one of the power inputs of the bridge switch and the speed control unit, the decoder is made on three inverters and six of the same type or different type of logic elements such as 3I-NOT or 3OR-NOT in the form of three groups of logic circuits, which are combined into groups according to the number of phases of the electric motor, the first input of each odd and the second input of each even logical elements 3I-NOT, 3OR-NOT form one group of pairs of inputs, and the first input of each even and second input of each odd logical elements 3I-NOT, 3OR-NOT form another group of pairs of inputs, while the pairs of inputs of one group are connected to the outputs, and the pairs of inputs of another group are connected to the inputs of inverters, which are also connected to the outputs of logic elements EXCLUSIVE OR, and the combined third inputs are even and the combined third inputs of the odd logic elements 3I-NOT, 3OR-NOT connected to the outputs of the speed control unit, to the input of which the output of the current limiting unit is connected.

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. In FIG. 1 shows a functional structural diagram of a device for controlling a contactless motor with a decoder based on six of the same type of logic elements of the 3I-NOT type and three inverters; in FIG. 2 is a functional structural diagram of a device with a decoder based on six heterogeneous logic elements of the type 3I-NOT, 3OR-NOT and three inverters; in FIG. 3 - diagrams of the voltage of the functional nodes of the device with a decoder made on the basis of six of the same logical elements 3I-NOT and three inverters; in FIG. 4 - voltage diagrams of the functional nodes of the device with a decoder based on six heterogeneous logic elements 3I-NOT, 3OR-NOT and three inverters.

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. The device contains a bridge switch on transistors with outputs for connecting to the armature winding 2 of the electric motor 3, a rotor position sensor 4, the outputs of which are connected to the first inputs of the two-input logic elements EXCLUSIVE OR 5, the combined second inputs of which are connected to the output of the setpoint 6 of the rotation direction, and the outputs a , c, with EXCLUSIVE OR 5 logic gates connected to three inputs of decoder 7, and decoder 7 input formed by combining two groups of third inputs of three even and three odd logic gates s 3I-NO or 3or-NO (see. FIG. 1) connected to one of outputs d1 control unit 8 speed. When executing decoder 7 on various types of logical elements 3I-NOT and 3OR-NOT (see Fig. 2), their third inputs in two groups connected are connected to the corresponding two outputs d1, d2 of node 8. Node 8 is made in the form of a logical device with n- inputs for controlling the electric motor 3. Motor control voltages are generated during operation of the current limiting unit 10, the output of which is connected to one of the inputs of the node 8; with PWM control of the rotational speed of the electric motor 3 along the second of the inputs of the node 8 and when applying a low signal level to the third of the inputs of the node 8, through which the motor is stopped. The outputs of the decoder 7 are connected to the inputs of the bridge switch 1, one of the power inputs of which is directly connected to one of the buses of the power source, and the second through a measuring resistor 9 with a common source bus. The common point of the marked power input of the switch 1 and the measuring resistor 9 is connected to the input of the current-limiting unit 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.In any of the embodiments of the devices depicted in FIG. 1 and 2, the state of decoder 7, and therefore, the transistors of switch 1, is determined by the operation of each of the six logical elements 3I-NOT, 3OR-NOT in accordance with the functions they implement, respectively: y =

(1); y =

(2), where x1, x2, x3 are the input signals and combinations of input signals at each of the inputs of the logic elements 3I-NOT, 3OR-NOT.

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.The operation of the devices is illustrated by the diagrams of voltages given nafig. 3 and 4. In FIG. 3a and 4a show voltage plots at the outputs of the rotor position sensor 4, made on magnetically controlled elements. These voltages are in the form of a meander with a pulse duty cycle of 2, and are phase-shifted relative to each other by 120 ^° electrical. If there is a low signal level at the combined second inputs of the EXCLUSIVE OR 5 logic elements, their output voltages, shown on the diagrams (Fig. 3b, 4b), repeat the input.

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.In the absence of current limiting signals and PWM control, the electric motor operates on a natural characteristic, which corresponds to the presence of a high level voltage on the combined third inputs of the 3AND-NOT logic elements, and a low level voltage on the combined third inputs of the 3RI-NOT logic elements. The voltage level in this case at the outputs of the decoder 7 is determined by combinations of voltage levels at the first and second inputs of the logic elements 3I-NOT, 3OR-NOT. In FIG. 3d, 3d and 4g, 4d are voltage diagrams describing the operation algorithm of the devices shown respectively in FIG. 1 and 2, and determining the state of the transistors of a three-phase bridge switch 1. In this case, the saturation mode of the transistors of both the anode and cathode buses and belonging to different groups (phases) is formed with an angle shift of 120 ^о - electrical, and for transistors of the same group with a shift of 180 ^o - electrical, which ensures the rotation of the electromagnetic field of the engine.

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. The node 8 generates signals for connecting sections 2 of the winding of the electric motor 3 to the source and turning it off by cutting off the power transistors of switch 1. This is achieved by applying a low level voltage to the combined third inputs of the 3I-NOT logic elements or by applying a high level voltage to the combined third inputs of the 3IR-logic inputs NOT, or by simultaneously supplying the indicated voltages to the combined third inputs of the odd and to the combined third inputs of the even logical elements 3I-NOT, 3OR-NOT.

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. When the motor 3 is overloaded or its direction of rotation is reversed, the current limiting device 10 generates signals leading to the limitation of the current flowing through the transistors of the switch 1 and the measuring resistor 9 to the level specified by the setting of the current limiting unit 10.

Claims

DEVICE FOR CONTROLLING A CONTACTLESS DC MOTOR, containing a bridge switch on transistors with outputs for connecting a non-contact electric motor to the armature winding, a rotor position sensor, the outputs of which are connected to the first inputs of two-input logic elements, which are connected to the output by the second outputs connected to the control inputs of the bridge switch, the current limiting unit, made in the form of a controlled generator and a series of pulses, the input of which is connected to a common point of the measuring resistor and one of the power inputs of the bridge switch, and a speed control unit, characterized in that, in order to simplify and increase reliability, the decoder is made on three inverters and six of the same or different type of logic elements type ZI - NOT or ZILI - NOT in the form of three groups of logic circuits, which are grouped by the number of phases of the electric motor, with the first input of each even and the second input of each odd logic elements ZI - NOT, ZI AND - DO NOT form one group of pairs of inputs, and the first input of each odd and the second input of each even logical elements ZI - NOT, ZILI - DO NOT form another group of pairs of inputs, while pairs of inputs of one group are connected to outputs, and pairs of inputs of another group are connected with the inputs of inverters, which are also connected to the outputs of logic elements EXCLUSIVE OR, and the combined third inputs of even and combined third inputs of odd logic elements ZI - NOT, ZILI - NOT connected to the outputs of the speed control unit, to the input of which current limit node is connected to the output.