RU2025883C1 - Device for control over electric motor - Google Patents
Device for control over electric motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2025883C1 RU2025883C1 SU5019363A RU2025883C1 RU 2025883 C1 RU2025883 C1 RU 2025883C1 SU 5019363 A SU5019363 A SU 5019363A RU 2025883 C1 RU2025883 C1 RU 2025883C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- circuit
- control signal
- output
- motor
- control
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления преимущественно быстродействующими электродвигателями постоянного тока, а также бесколлекторными (синхронными) электродвигателями. The invention relates to electrical engineering and can be used to control mainly high-speed DC motors, as well as brushless (synchronous) motors.
Известен способ широтно-импульсного регулирования напряжения на якоре двигателя по системе ШИП-Д (широтно-импульсный преобразователь-двигатель) [1] , по которому функцию выпрямления напряжения выполняет неуправляемый выпрямитель, собранный чаще всего по трехфазной мостовой схеме. Выпрямленное напряжение сглаживается емкостным либо индуктивно-емкостным фильтром. Для согласования напряжения сети и входного напряжения выпрямителя используется силовой трехфазный трансформатор. Функцию регулирования напряжения на якоре двигателя в ШИП выполняет импульсный усилитель мощности (ИУМ) с несимметричным алгоритмом коммутации, состоящий из силовых транзисторных ключей, соединенных по мостовой схеме. A known method of pulse-width regulation of the voltage at the motor armature according to the SHIP-D system (pulse-width converter-motor) [1], according to which the voltage rectification function is performed by an uncontrolled rectifier, assembled most often by a three-phase bridge circuit. The rectified voltage is smoothed by a capacitive or inductive-capacitive filter. To match the mains voltage and the input voltage of the rectifier, a three-phase power transformer is used. The function of regulating the voltage at the motor armature in the ICP is performed by a pulse power amplifier (IUM) with an asymmetric switching algorithm, consisting of power transistor switches connected by a bridge circuit.
Известно устройство для широтно-импульсного регулирования напряжения на якоре двигателя по системе ШИП-Д [1], содержащее силовой трансформатор, неуправляемый диодный выпрямитель, сглаживающий фильтр и силовые транзисторные ключи, соединенные по мостовой схеме. A device for pulse-width regulation of voltage at the motor armature according to the SHIP-D system [1], comprising a power transformer, an uncontrolled diode rectifier, a smoothing filter and power transistor switches connected by a bridge circuit.
Недостатком известного устройства является высокий уровень пульсаций тока якоря, особенно в зоне прерывистых токов, что приводит к возникновению пульсаций скорости, увеличению потерь в двигателе, снижению КПД. Наличие сетевого трансформатора снижает массогабаритные показатели устройства. A disadvantage of the known device is the high level of ripple current of the armature, especially in the area of intermittent currents, which leads to the occurrence of ripple speed, increased losses in the motor, lower efficiency. The presence of a network transformer reduces the overall dimensions of the device.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для широтно-импульсного регулирования напряжения на якоре двигателя (тока якоря) по системе ШИП-Д [2], содержащее бестрансформаторный силовой источник питания, выполненный на базе импульсного преобразователя напряжения, выход которого через силовые транзисторные ключи ИУМ связан с якорем электродвигателя. Closest to the claimed is a device for pulse-width regulation of voltage at the motor armature (armature current) according to the SHIP-D system [2], which contains a transformerless power supply based on a pulse voltage converter, the output of which is connected through the power transistor switches IUM to electric motor anchor.
Недостатком известного устройства также является высокий уровень пульсаций тока якоря и, как следствие, возникновение режима прерывистых токов при малых нагрузках, что приводит к появлению нелинейностей на соответствующих участках электромеханических характеристик, а также к увеличению пульсаций скорости и росту потерь в двигателе. Снижение уровня пульсаций за счет повышения частоты коммутации ШИП (выше 10 кГц) не приносит значительного эффекта, так как ведет к увеличению потерь в меди и стали двигателя. Кроме того, существенно повышается уровень ВЧ-помех, излучаемых двигателем и силовыми питающими цепями. A disadvantage of the known device is also a high level of ripple current in the armature and, as a consequence, the occurrence of intermittent currents at low loads, which leads to the appearance of nonlinearities in the corresponding sections of the electromechanical characteristics, as well as to an increase in ripple speed and an increase in losses in the motor. Reducing the level of ripple due to an increase in the switching frequency of the NIP (above 10 kHz) does not bring a significant effect, since it leads to an increase in losses in copper and engine steel. In addition, the level of RF interference radiated by the engine and power supply circuits is significantly increased.
Цель изобретения - снижение пульсаций скорости электродвигателя в двигательном режиме за счет уменьшения пульсаций тока якоря. The purpose of the invention is to reduce the ripple of the speed of the electric motor in the motor mode by reducing the ripple of the armature current.
Цель достигается тем, что в устройство управления электродвигателем, содержащее задатчик управляющего сигнала, датчик тока якоря электродвигателя, импульсный преобразователь напряжения, выполненный в виде транзисторного инвертора со схемой управления инвертором, двумя выпрямителями и фильтрами, причем выход каждого фильтра подключен к соответствующему входу блока силовых ключей, выход которых предназначен для соединения с якорем электродвигателя, введена схема формирования сигналов управления, при этом выход датчика тока якоря электродвигателя подключен к первому входу схемы формирования сигналов управления, второй вход которой соединен с выходом задатчика управляющего сигнала, а выходы схемы формирования сигналов управления подключены к входам схемы управления инвертором импульсного преобразователя напряжения и к управляющим входам блока силовых ключей. The goal is achieved by the fact that in the electric motor control device comprising a control signal adjuster, a motor armature current sensor, a pulse voltage converter made in the form of a transistor inverter with an inverter control circuit, two rectifiers and filters, the output of each filter being connected to the corresponding input of the power switch block , the output of which is designed to connect to the motor armature, a control signal generation circuit has been introduced, while the output of the elec the motor is connected to the first input of the control signal generation circuit, the second input of which is connected to the output of the control signal setter, and the outputs of the control signal generation circuit are connected to the inputs of the control circuit of the pulse voltage converter inverter and to the control inputs of the power switch block.
Введение схемы формирования сигналов управления позволяет изменять уровень выходного квазипостоянного напряжения импульсного преобразователя напряжения, т.е. питать двигатель практически постоянным током, и тем самым, снизить пульсации скорости в двигательном режиме работы за счет уменьшения пульсаций тока якоря. Уменьшение пульсаций тока якоря позволяет увеличить КПД за счет снижения потерь в меди и стали двигателя. The introduction of a control signal generation circuit allows you to change the level of the output quasi-constant voltage of a pulse voltage converter, i.e. to feed the motor with almost constant current, and thereby reduce the ripple of the speed in the motor mode of operation by reducing the ripple of the armature current. Reducing the ripple of the armature current allows you to increase efficiency by reducing losses in copper and engine steel.
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства управления электродвигателем (вариант, используемый для аналоговой системы управления); на фиг. 2 изображен вариант реализации блока силовых ключей и связанного с ним выходного выпрямителя в импульсном преобразователе напряжения; на фиг.3 - вариант реализации схемы формирования сигналов управления устройства управления электродвигателем, используемый для цифровой системы управления. Figure 1 shows a functional diagram of a motor control device (an option used for an analog control system); in FIG. 2 shows an embodiment of a power switch unit and an associated output rectifier in a pulse voltage converter; figure 3 is an embodiment of a control signal generation circuit of a motor control device used for a digital control system.
Устройство состоит из импульсного преобразователя 1 напряжения, блока 2 силовых ключей, электродвигателя 3, датчика 4 тока, блока 5 защиты от перенапряжений, схемы 6 формирования сигналов управления, задатчика 7 управляющих сигналов. Схема формирования сигналов управления состоит из схемы 8 выпрямления (детектирования) управляющего сигнала схемы 9 выделения направления и схемы 10 регулятора тока. Импульсный преобразователь 1 напряжения состоит из выпрямительного моста 11, конденсатора 12 сетевого фильтра, полумостового (или мостового) транзисторного инвертора 13 со схемой 14 управления инвертором, согласующего высокочастотного трансформатора 15, выпрямительных диодов 16-19, фильтрующих дросселей 20, 21 и конденсаторов 22, 23 выходных фильтров. Блок 2 силовых транзисторных ключей состоит из силовых ключей 24, 25 с предварительными усилителями 26, 27 и обратными диодами 28, 29. Блок 5 защиты от перенапряжений состоит из фильтрующего конденсатора 30, выпрямительного моста 31 и устройства 32 защиты от перенапряжений. The device consists of a
Блок 2 силовых транзисторных ключей может также состоять (фиг.2) из транзисторных ключей 24, 25, 33, 34 и обратных диодов 28, 29, 37, 38, включенных по мостовой схеме с предварительными усилителями 26, 27, 35, 36. В этом случае выходной выпрямитель импульсного преобразователя 1 напряжения может содержать в два раза меньшее количество элементов, т.е. может быть выполнен на выпрямительных диодах 16, 17, фильтрующем дросселе 20 и конденсаторе 22 выходного фильтра. Блок 2 (фиг.1) с двумя силовыми транзисторными ключами 24, 25 обладает более высоким КПД, поэтому может быть рекомендован при больших токах нагрузки для снижения потерь в блоке 2.
Блок 2 силовых транзисторных ключей, датчик 4 тока, устройство 32 защиты от перенапряжений и схема 10 регулятора тока могут быть выполнены соответственно аналогично силовым ключам, датчику тока, устройству защиты от перенапряжений и устройству токоограничения с регулятором тока, используемым в схеме ШИП-Д. The power
Схема 9 выделения направления может быть выполнена на компараторах (например, серии К552САЗ), настроенных соответственно на положительный и отрицательный уровни сигнала управления (Uупр), поступающего с выхода схемы регулятора тока. The
При использовании заявляемого устройства для построения аналоговой системы управления электродвигателем постоянного тока в качестве задатчика 7 управляющих сигналов может быть использован регулятор скорости, цифроаналоговый преобразователь или задающий потенциометр. When using the inventive device to build an analog control system for a DC motor as a
В качестве схемы 8 выпрямления (детектирования) управляющего сигнала может быть использован двухполупериодный детектор с заземленным входом. As the rectification (detection)
В качестве инвертора 13 может быть использована двухтактная транзисторная полумостовая (или мостовая) схема. As the
В качестве схемы 14 управления инвертором может быть применена интегральная микросхема, используемая в импульсных вторичных источниках питания (например КР1114УУЕУ4). При этом вместо традиционно подаваемого опорного напряжения на неинвертирующий вход операционного усилителя (первый вывод) в данном случае подается напряжение управления (управляющий сигнал). As the
При использовании заявляемого устройства для построения цифровой системы управления электродвигателем постоянного тока в качестве задатчика 7 управляющих сигналов (см. фиг. 3) может быть применен широтно-импульсный модулятор. При этом схема 6 формирования сигналов управления может быть выполнена на базе компараторов 39-42 (например, серии К554САЗ), логических схем И 43-46, логической схемы ИЛИ 47, RS-триггера 48 (например, серии К555) и схемы 49 преобразования ширины импульса в напряжение. В качестве схемы 49 могут быть использованы фильтры нижних частот. When using the inventive device to build a digital control system for a DC motor as a
Схема работает следующим образом. The scheme works as follows.
С выхода задатчика 7 управляющих сигналов на вход схемы 6 формирования сигналов управления поступает двухполярный управляющий сигнал, задающий направление и скорость вращения электродвигателя. Этот сигнал подается на вход схемы 10 регулятора тока, на второй вход которой поступает сигнал отрицательной обратной связи по току с датчика 4 тока. Регулятор тока позволяет реализовать внутренний контур тока (для системы подчиненного регулирования) либо работу с токовой отсечкой, настроенной на заданный уровень. Выходной сигнал регулятора тока подается на входы схемы 8 выпрямления и схемы 9 выделения направления, определяя таким образом величину и направление тока в якоре электродвигателя. Схема 8 выпрямления осуществляет детектирование (выделение модуля) управляющего сигнала, который затем поступает на вход схемы 14 управления инвертором, управляющей работой импульсного преобразователя 1 напряжения. Силовое напряжение питающей сети выпрямляется диодным мостом 11, сглаживается фильтрующим конденсатором 12 и преобразуется инвертором 13 в переменное напряжение, состоящее из импульсов регулируемой скважности, с частотой порядка 30-100 кГц. Амплитуда этих импульсов с помощью импульсного трансформатора 15, преобразуется (понижается) до номинальной величины, необходимой для питания электродвигателя, что в данном случае составляет 50 В. Импульсный трансформатор 15 имеет две вторичные обмотки со средними точками. Регулируемое по скважности импульсное напряжение выпрямляется диодами 16, 17 и 18, 19, сглаживается LС-фильтрами 20, 22 и 21, 23. Таким образом, с выхода выпрямителей инвертора снимаются два изменяющихся по заданному закону, отфильтрованных (квазипостоянных) напряжения. Одно из этих напряжений в зависимости от выбранного направления подается через соответствующий открытый силовой транзисторный ключ 24 или 25 в цепь якоря электродвигателя. Выбор направления производится с помощью схемы 9 выделения направления, выходные сигналы которой через предварительные усилители 26, 27 управляют открыванием силовых ключей 24, 25 блока 2. From the output of the
Если блок 2 состоит из четырех транзисторных ключей 24, 25, 33, 34 с предварительными усилителями 26, 27, 35, 36 и обратных диодов 28, 29, 37, 38, включенных по мостовой схеме (фиг.2), то с выхода преобразователя 1 снимается одно изменяющееся по заданному закону, отфильтрованное (квазипостоянное) напряжение. Это напряжение в зависимости от выбранного направления подается через соответствующие открытые силовые транзисторные ключи 24, 34 или 25, 33 в цепь якоря электродвигателя. Выбор направления производится с помощью схемы 9 выделения направления, входящей в состав схемы 6 формирования сигналов управления. Выходные сигналы схемы 9 через предварительные усилители 26, 36 или 27, 35 управляют открыванием силовых ключей 24, 34 или 25, 33 блока 2. If
Таким образом, питание якорной цепи осуществляется практически постоянным, изменяемым по заданному закону током. Коэффициент пульсаций тока якоря мал (не превышает 1-2%). Thus, the power supply to the anchor circuit is almost constant, variable according to a given law by the current. The ripple factor of the armature current is small (does not exceed 1-2%).
Схема 6 формирования сигналов управления, предназначенная для построения цифровой системы управления электродвигателем постоянного тока, работает следующим образом. Задатчик 7 управляющих сигналов (фиг.3) выдает на один из входов схемы 6 формирования сигналов управления в зависимости от направления вращения двигателя управляющий сигнал, состоящий из модулированных по длительности импульсов частотой 5-10 кГц. Один из этих импульсных сигналов (ШИП1 или ШИМ2) устанавливает логическую "1" на одном из выходов RS-триггера 48. Единичный логический сигнал через одну из схем И 45 или 46 подается на выход схемы 6 и далее поступает на один из импульсных усилителей 26 или 27, определяя направление вращения двигателя 3 путем отпирания силовых транзисторных ключей 24, 34 или 25, 33. Кроме того, один из сигналов (ШИМ1 или ШИМ2) через схему И 43 или 44 и схему ИЛИ 47 поступает на вход преобразователя 49 ширины импульса в напряжение. С выхода преобразователя 49 снимается отфильтрованный сигнал, поступающий на вход схемы 14 управления инвертором управляемого импульсного преобразователя 1 напряжения. Уровень этого сигнала изменяется пропорционально ширине импульса задатчика 7, т.е. пропорционально необходимому изменению выходного напряжения преобразователя 1. Компараторы 39, 40 настроены на величину тока отсечки токовой защиты. Если положительный или отрицательный сигнал, пропорциональный величине тока в двигателе 3, превысит значение тока отсечки, один из компараторов 39 или 40 срабатывает и блокирует прохождение импульса ШИМ-сигнала через соответствующую схему И 43 или 44 до тех пор, пока ток двигателя не уменьшится ниже тока отсечки. Компараторы 41, 42 настроены на срабатывание при токе в двигателе, превышающем значение тока отсечки на 10-20% . Данный режим имеет место, например, при реверсе, когда даже при нулевом напряжении на выходе преобразователя ток, обусловленный собственной ЭДС двигателя, замыкается, например, через открытый транзисторный ключ 24 и диод 28 или через транзисторный ключ 25 и диод 29. При срабатывании компаратора 41 или 42 закрывается соответствующий транзисторный ключ 25 или 26. Импульсы перенапряжения, которые при этом возникают на индуктивности якоря двигателя, поглощаются в блоке 5 защиты от перенапряжения с помощью устройства 32 защиты от перенапряжений. The
Изобретение позволяет существенно (примерно на порядок) уменьшить уровень пульсаций тока якоря, особенно в зоне прерывистых токов, что соответственно уменьшает пульсации скорости и увеличивает жесткость электромеханических характеристик двигателя. Это позволяет в свою очередь повысить точность системы автоматического управления, снижает потери в двигателе, увеличивает КПД следящего привода. Отсутствие сетевого пятидесятигерцового трансформатора позволяет улучшит массогабаритные показатели устройства. The invention allows to significantly (approximately an order of magnitude) reduce the level of ripple current of the armature, especially in the area of intermittent currents, which accordingly reduces the ripple of speed and increases the rigidity of the electromechanical characteristics of the motor. This in turn makes it possible to increase the accuracy of the automatic control system, reduce losses in the engine, and increase the efficiency of the servo drive. The absence of a network fifty-Hz transformer can improve the overall dimensions of the device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5019363 RU2025883C1 (en) | 1991-07-16 | 1991-07-16 | Device for control over electric motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5019363 RU2025883C1 (en) | 1991-07-16 | 1991-07-16 | Device for control over electric motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2025883C1 true RU2025883C1 (en) | 1994-12-30 |
Family
ID=21592956
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5019363 RU2025883C1 (en) | 1991-07-16 | 1991-07-16 | Device for control over electric motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2025883C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487459C1 (en) * | 2012-02-06 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУВПО "КнАГТУ") | Device to stabilise rotation frequency of single-phased commutator motor |
-
1991
- 1991-07-16 RU SU5019363 patent/RU2025883C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487459C1 (en) * | 2012-02-06 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУВПО "КнАГТУ") | Device to stabilise rotation frequency of single-phased commutator motor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5563487A (en) | Control circuit for an inductive load | |
US9263967B2 (en) | AC/DC power conversion methods and apparatus | |
CN202085130U (en) | DC (Direct Current) bus voltage increase system for regenerative braking | |
US5631550A (en) | Digital control for active power factor correction | |
US5077652A (en) | Dual feedback loop DC-to-AC converter | |
US5255179A (en) | Switched mode power supply for single-phase boost commercial AC users in the range of 1 kw to 10 kw | |
EP2144357A1 (en) | A switched dc-dc conversion system for isolating high frequency and a method thereof | |
US9673697B2 (en) | AC/DC power conversion methods and apparatus | |
JP3627303B2 (en) | Centrifuge | |
EP1496605A1 (en) | Frequency converter and its control method | |
EP2677651B1 (en) | Synchronized isolated AC-AC converter with variable regulated output voltage | |
JPS63224698A (en) | Speed controller for motor | |
RU2025883C1 (en) | Device for control over electric motor | |
JP3425331B2 (en) | Power supply | |
KR0155248B1 (en) | Stability dc-power supply with variable function for high voltage | |
JP2675372B2 (en) | Power converter | |
Deshmukh et al. | Unity Power Factor Three Phase Induction Motor Drive Using Combined Extinction Angle and PWM Controlled Technique | |
JPH0746846A (en) | Three-phase rectifier | |
RU2020710C1 (en) | Frequency changer with dc link | |
EP4120528A1 (en) | Power converter | |
RU209673U1 (en) | The design of the power supply with digital control | |
KR100377413B1 (en) | Power supply device of electric appliance | |
JPH0652998B2 (en) | Method and device for controlling control voltage of three-phase inverter for AC motor power supply | |
Pawar et al. | Single ended primary inductance converter based control of BLDC motor drive | |
JPH01318577A (en) | Inverter |