RU2399146C1 - Устройство импульсного регулирования тока электродвигателя постоянного тока - Google Patents
Устройство импульсного регулирования тока электродвигателя постоянного тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2399146C1 RU2399146C1 RU2009118910/09A RU2009118910A RU2399146C1 RU 2399146 C1 RU2399146 C1 RU 2399146C1 RU 2009118910/09 A RU2009118910/09 A RU 2009118910/09A RU 2009118910 A RU2009118910 A RU 2009118910A RU 2399146 C1 RU2399146 C1 RU 2399146C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- pulse
- zone
- input
- motor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, предназначено для автоматического регулирования тока электродвигателей постоянного тока и может быть использовано в электроприводах переменного тока, построенных на базе асинхронных электродвигателей. Техническим результатом является снижение пульсаций тока якоря, повышение точности регулирования и функциональной надежности системы за счет использования многозонной модуляции для импульсного регулирования тока электродвигателя. Для этого устройство содержит электродвигатель постоянного тока, блок пусковых резисторов, содержащий N регулируемых ступеней, датчик тока, усилитель сигнала рассогласования, устройство выборки-хранения, генератор импульсов, задатчик опорного напряжения и блок управления, выполненный по многозонному принципу, число зон которого равно количеству регулируемых ступеней блока пусковых резисторов, каждая зона блока управления снабжена формирователем пилообразного напряжения, компаратором, усилителем импульсов, полупроводниковым ключом. 3 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматизированному электроприводу постоянного тока, предназначено для автоматического регулирования тока электродвигателей постоянного тока и может быть использовано в электроприводах переменного тока, построенных на базе асинхронных электродвигателей.
Известно устройство для релейного регулирования тока электродвигателя постоянного тока, содержащее тиристорный преобразователь в цепи питания электродвигателя, обратный диод, источник питания, датчик якорного тока, формирователь пилообразного напряжения, компаратор, три RS-триггера, шесть элементов И-НЕ, три элемента ИЛИ-НЕ, пять формирователей импульсов, генератор прямоугольных импульсов, два усилителя импульсов, задатчик эталонного напряжения (а.с. СССР № SU 1403320 A1, МПК4 H02P 5/175, опубл. 15.06.88, БИ №22).
Недостатком указанного устройства является переменная частота регулирования.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является релейно-импульсный регулятор тока тягового электродвигателя постоянного тока, содержащий в цепи питания тягового электродвигателя тиристорный преобразователь, обратный диод, датчик тока, семь формирователей импульсов, три элемента ИЛИ-НЕ, семь элементов И-НЕ, два компаратора, четыре RS-триггера, формирователь пилообразного напряжения, генератор импульсов, задатчик напряжения (а.с. СССР № SU 1614966 A1, МПК5 B60L 15/04, опубл. 23.12.90, БИ №47).
К недостаткам указанного устройства относятся большая статическая ошибка регулирования, возможность возникновения субгармонических и хаотических колебаний, приводящих к увеличению пульсаций тока электродвигателя и вероятности отказа силового электрооборудования.
Технической задачей изобретения является снижение пульсаций тока электродвигателя, повышение точности регулирования и функциональной надежности системы за счет использования многозонной импульсной модуляции для регулирования тока якоря.
Техническая задача решается тем, что в известное устройство, содержащее полупроводниковый ключ в цепи питания электродвигателя, датчик тока, генератор импульсов, задатчик опорного напряжения, введены усилитель сигнала рассогласования, устройство выборки-хранения, блок пусковых резисторов, содержащий N регулируемых ступеней, (N-1) дополнительных полупроводниковых ключей, блок управления, выполненный по многозонному принципу, число зон которого равно количеству регулируемых ступеней блока пусковых резисторов, каждая зона блока управления снабжена формирователем пилообразного напряжения, компаратором, усилителем импульсов, причем выход датчика тока подключен к инверсному входу усилителя сигнала рассогласования, а прямой вход последнего соединен с выходом задатчика уставки тока электродвигателя, выход усилителя сигнала рассогласования подключен ко входу устройства выборки хранения, управляющий вход последнего и входы N формирователей пилообразного напряжения объединены и подключены к выходу генератора импульсов, выход каждого формирователя пилообразного напряжения подключен к инверсному входу соответствующего компаратора, а прямые входы компараторов объединены и подключены к выходу устройства выборки-хранения, выход компаратора каждой зоны через усилитель импульсов подключен к управляющему входу соответствующего полупроводникового ключа, полупроводниковые ключи соединены параллельно с регулируемыми ступенями блока пусковых резисторов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема устройства, фиг.2 поясняет сущность регулирования методом многозонной модуляции, на фиг.3 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.
На фиг.1, фиг.2 и фиг.3 обозначено: U - напряжение питания электродвигателя; 2.s, s=1, 2,…, N - регулируемые ступени блока пусковых резисторов; N - число зон блока управления; iя - ток якоря электродвигателя; Uдт - выходной сигнал датчика тока; Uy - задающий сигнал, пропорциональный величине уставки тока якоря; Uку - напряжение на выходе усилителя сигнала рассогласования; Uги - выходное напряжение генератора тактовых импульсов; Uувх - напряжение на выходе устройства выборки-хранения; 
- сигналы на выходе формирователей пилообразного напряжения; 7.s, s=1, 2,…, N - номера зон блока управления 7; Us, s=1, 2,…, N - управляющие импульсы блока управления; Т - период следования тактовых импульсов; 
- соответственно уставки тока якоря s-й и (s+1)-й зон; iя(kT) - значение тока якоря в начале k-го тактового интервала, пропорциональное величине выходного напряжения устройства выборки-хранения; tk,k=1,2,… - моменты переключения компараторов в состояние логического «0»; U0/N - амплитуда развертывающего напряжения, где U0 - опорный сигнал, задающий поле развертывающих напряжений.
Устройство импульсного регулирования тока электродвигателя постоянного тока содержит электродвигатель постоянного тока 1, блок пусковых резисторов 2, содержащий N регулируемых ступеней, датчик тока 3, усилитель сигнала рассогласования 4, устройство выборки-хранения 5, генератор импульсов 6, задатчик опорного напряжения 12, блок управления 7, выполненный по многозонному принципу, число зон которого равно количеству регулируемых ступеней блока пусковых резисторов 2, каждая зона блока управления снабжена формирователем пилообразного напряжения 8, компаратором 9, усилителем импульсов 10, полупроводниковым ключом 11, причем электродвигатель 1, подключенный к источнику питания U, соединен последовательно с блоком пусковых резисторов 2, состоящим из N ступеней, в цепь якоря электродвигателя 1 включен датчик тока 3, выход которого соединен с инверсным входом усилителя сигнала рассогласования 4, а прямой вход последнего соединен с выходом задатчика опорного напряжения 12, выход усилителя сигнала рассогласования 4 подключен ко входу устройства выборки-хранения 5, управляющий вход последнего и входы N формирователей пилообразного напряжения 8 блока управления 7 объединены и подключены к выходу генератора импульсов 6, выход каждого формирователя пилообразного напряжения 8 блока управления 7 подключен к инверсному входу соответствующего компаратора 9, а прямые входы компараторов объединены и подключены к выходу устройства выборки-хранения 5, выход компаратора каждой зоны через усилитель импульсов 10 подключен к управляющему входу соответствующего полупроводникового ключа 11, полупроводниковый ключ каждой зоны соединен параллельно с соответствующей регулируемой ступенью блока пусковых резисторов.
Временные диаграммы, поясняющие сущность регулирования тока электродвигателя методом многозонной модуляции, приведены на фиг.2.
Блок пусковых резисторов 2 состоит из N регулируемых ступеней, обозначенных на фиг.1 через 2.s, s=1, 2,…, N с равными сопротивлениями. Каждой ступени блока пусковых резисторов 2 отводится своя зона блока управления 7, реализованная с использованием широтно-импульсного модулятора первого рода.
В каждой зоне сопротивление регулируемой ступени блока пусковых резисторов 2 плавно изменяется от максимального значения до нуля при изменении коэффициента заполнения (относительной длительности) управляющих импульсов по полному циклу от 0 до 1 (фиг.2). Завершение цикла определяет условие перехода в следующую зону [Кобзев А.В. Многозонная импульсная модуляция. Новосибирск: Наука, 1979. С.45-110, Кобзев А.В., Михальченко Г.Я., Музыченко Н.М. Модуляционные источники питания РЭА. Томск: Радио и связь. Томский отдел, 1990. С.8-81. С.261-306].
Как можно видеть из временных диаграмм, приведенных на фиг.2, переключение ступеней блоков пусковых резисторов при переходе из зоны в зону осуществляется плавно, тогда как в традиционных схемах оно происходит скачком, что приводит к перерегулированию тока электродвигателя.
При изменениях напряжения питающей сети или момента на валу электродвигателя 1 система автоматически переключается в соответствующую зону, плавно изменяя сопротивление пусковых резисторов 2, что принципиально невозможно в традиционных схемах электроприводов. Использование многозонной импульсной модуляции позволяет уменьшить пульсации тока электродвигателя 1 пропорционально числу зон, полностью исключить перерегулирование тока электродвигателя 1 при переключениях ступеней блока пусковых резисторов 2. Исключение перерегулирования и снижение пульсаций тока электродвигателя 1 повышает функциональную надежность системы.
На фиг.3 приведены диаграммы, поясняющие принцип работы устройства на примере регулирования (s+1)-й и s-й ступеней блока пусковых резисторов 2.
Генератор импульсов 6 формирует тактовые импульсы напряжения UГИ с периодом Т. По передним фронтам тактовых импульсов UГИ формирователь пилообразного напряжения 8 каждой зоны формирует развертывающее напряжение 
. Уровень развертывающего напряжения 
s+1-й зоны смещен относительно развертывающего напряжения 
s-й зоны на величину U0/N.
На прямой вход усилителя сигнала рассогласования 4 подается напряжение Uy, пропорциональное величине уставки тока якоря iя, а на инверсный вход - сигнал UДТ выхода датчика тока 3. Величина выходного сигнала датчика тока пропорциональна текущему значению измеряемого тока якоря: UДТ=βiя, где β - коэффициент передачи датчика тока 3. На выходе усилителя сигнала рассогласования 4 формируется сигнал ошибки Uку, равный UКУ=α(Uy-βiя), где α - коэффициент усиления усилителя сигнала рассогласования.
Сигнал ошибки Uку подается на вход устройства выборки-хранения 5, на управляющий вход которого поступают тактовые импульсы UГИ с генератора импульсов 6. По тактовому импульсу UГИ устройство выборки-хранения 5 запоминает значение сигнала ошибки Uку и хранит его до прихода следующего тактового импульса.
Уставка тока якоря s-ой зоны определяется в соответствии с формулой 
, s=1, 2,…, N, а текущее значение тока якоря в начале каждого тактового интервала связано с выходным сигналом Uувх устройства выборки-хранения 5 зависимостью 
Выходной сигнал Uувх устройства выборки-хранения 5 сравнивается в компараторах 9 с соответствующими развертывающими напряжениями , s=1, 2,…, N, поступающими с выходов формирователей пилообразного напряжения 8. На выходах компараторов 9 формируются модулированные по длительности управляющие импульсы Us.
Если 
т.е. iя(kT)<i
(см. фиг.3), то на выходе компаратора s-й зоны устанавливается состояние, равное логической «1». Этот сигнал поступает через усилитель импульсов 10 на управляющий вход полупроводникового ключа 11. Полупроводниковый ключ 11 замыкается и шунтирует соответствующую ступень блока пусковых резисторов 2. Ток якоря iя возрастает. В момент времени t1, когда выходной сигнал Uувх устройства выборки-хранения 5 сравнивается с развертывающим напряжением 
что соответствует iя(kТ)=i
(см. фиг.3), компаратор 9 переключается в состояние логического «0» и полупроводниковый ключ 11 размыкается. Ток якоря начинает снижаться до прихода следующего тактового импульса UГИ, который перезаписывает уровень выходного сигнала UУВХ устройства выборки-хранения 5 путем выборки сигнала ошибки UКУ. Далее описанный процесс повторяется. Коэффициент заполнения управляющих импульсов Us определяет продолжительность замкнутого состояния полупроводникового ключа 11 в пределах текущего тактового интервала.
По мере увеличения частоты вращения якоря электродвигателя 1 коэффициент заполнения увеличивается от минимального значения до максимального. При достижении коэффициентом заполнения максимального значения s-я ступень блока пусковых резисторов 2 шунтируется и начинается новый цикл широтно-импульсной модуляции в (s+1)-й зоне, при котором регулируется (s+1)-я ступень блока пусковых резисторов 2 путем плавного изменения коэффициента заполнения управляющих импульсов Us+i от минимального значения до максимального. Заметим, что при этом на выходах компараторов предыдущих s зон сигналы равны логической «1» и полупроводниковые ключи этих зон замкнуты, а выходные сигналы компараторов остальных зон, кроме (s+1)-й зоны, равны логическому «0» и полупроводниковые ключи этих зон разомкнуты.
При дальнейшем увеличении скорости вращения якоря электродвигателя 1 в работу поочередно вступают все зоны, вплоть до N-й. Далее шунтируется последняя N-я ступень блока пусковых резисторов 2 и электродвигатель 1 выходит на естественную характеристику.
Claims (1)
- Устройство импульсного регулирования тока электродвигателя постоянного тока, содержащее полупроводниковый ключ в цепи питания электродвигателя, датчик тока, генератор импульсов, задатчик опорного напряжения, отличающееся тем, что в него введены усилитель сигнала рассогласования, устройство выборки-хранения, блок пусковых резисторов, содержащий N регулируемых ступеней, (N-1) дополнительных полупроводниковых ключей, блок управления, выполненный по многозонному принципу, число зон которого равно количеству регулируемых ступеней блока пусковых резисторов, каждая зона блока управления снабжена формирователем пилообразного напряжения, компаратором, усилителем импульсов, причем электродвигатель, подключенный к источнику питания U, соединен последовательно с блоком пусковых резисторов, состоящим из N ступеней, в цепь якоря электродвигателя включен датчик тока, выход которого подключен к инверсному входу усилителя сигнала рассогласования, а прямой вход последнего соединен с выходом задатчика опорного напряжения, выход усилителя сигнала рассогласования подключен ко входу устройства выборки-хранения, управляющий вход последнего и входы N формирователей пилообразного напряжения объединены и подключены к выходу генератора импульсов, выход каждого формирователя пилообразного напряжения подключен к инверсному входу соответствующего компаратора, а прямые входы компараторов объединены и подключены к выходу устройства выборки-хранения, выход компаратора каждой зоны через усилитель импульсов подключен к управляющему входу соответствующего полупроводникового ключа, полупроводниковые ключи соединены параллельно с регулируемыми ступенями блока пусковых резисторов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009118910/09A RU2399146C1 (ru) | 2009-05-19 | 2009-05-19 | Устройство импульсного регулирования тока электродвигателя постоянного тока |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009118910/09A RU2399146C1 (ru) | 2009-05-19 | 2009-05-19 | Устройство импульсного регулирования тока электродвигателя постоянного тока |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2399146C1 true RU2399146C1 (ru) | 2010-09-10 |
Family
ID=42800650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009118910/09A RU2399146C1 (ru) | 2009-05-19 | 2009-05-19 | Устройство импульсного регулирования тока электродвигателя постоянного тока |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2399146C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2579456C1 (ru) * | 2015-03-10 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Устройство управления дебалансным вибровозбудителем |
| RU2780765C2 (ru) * | 2020-12-01 | 2022-09-30 | Бэйз Филд Пауэр Лимитэд | Установка импульсного управления электромагнитными устройствами с рекуперацией энергии в источник питания на основе индуктивности и способ работы данной установки |
-
2009
- 2009-05-19 RU RU2009118910/09A patent/RU2399146C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2579456C1 (ru) * | 2015-03-10 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Устройство управления дебалансным вибровозбудителем |
| RU2780765C2 (ru) * | 2020-12-01 | 2022-09-30 | Бэйз Филд Пауэр Лимитэд | Установка импульсного управления электромагнитными устройствами с рекуперацией энергии в источник питания на основе индуктивности и способ работы данной установки |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5129908B2 (ja) | ２モードの電力供給スイッチングを有する電気モーター | |
| CN101599731B (zh) | 无刷电动机控制装置及无刷电动机 | |
| US10097176B2 (en) | Driving device for switching element and power conversion system | |
| US6700342B2 (en) | Method and apparatus for high performance permanent magnet motor speed control with limited position information | |
| JP2008283835A (ja) | 負荷駆動装置 | |
| CA2392082A1 (en) | Digital current ramping to reduce audible noise in stepper motor | |
| US20170257081A1 (en) | Device and method for providing a signal having an adjustable pulse duty factor | |
| EP1503492B1 (en) | Control of current in an inductance with pulse width modulation at controlled frequency | |
| RU2399146C1 (ru) | Устройство импульсного регулирования тока электродвигателя постоянного тока | |
| US20070140669A1 (en) | Method and device for determining the rotary speed of an electrical machine | |
| EP2015332A2 (en) | Close-loop relay driver with equal-phase interval | |
| RU2694364C1 (ru) | Способ управления индукторной машиной | |
| CN110912475B (zh) | 步进电机驱动方法和系统 | |
| RU2579456C1 (ru) | Устройство управления дебалансным вибровозбудителем | |
| US10644628B2 (en) | Motor drive device including current detector | |
| JP2006141192A (ja) | 誘導性負荷駆動装置および誘導性負荷駆動方法 | |
| CN111490666B (zh) | 一种pwm调制方法、模块及pwm控制系统 | |
| CN210954669U (zh) | 控制器电路 | |
| JP6699426B2 (ja) | 負荷駆動装置 | |
| RU2722417C1 (ru) | Устройство для управления шаговым двигателем | |
| US7884561B2 (en) | Method and apparatus for speed control selection in electronically commutated motor | |
| Warasneh et al. | Chopper controlled separately dc motor drive system as lap unit | |
| SU767928A1 (ru) | Устройство дл регулировани скорости вращени и момента асинхронного электродвигател | |
| JP2022105358A (ja) | モータ制御装置およびモータ制御方法 | |
| Fathoni et al. | Design of Brushless DC Motor Driver Based on Bootstrap Circuit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110520 |