RU2584005C1 - Устройство управления двигателем постоянного тока - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигателями постоянного тока, преимущественно при питании от низковольтного источника. Технический результат заключается в повышении надежности устройства управления двигателем постоянного тока с реализацией защиты двигателя постоянного тока. Для этого устройство содержит источник питания, преобразователь питания, блок включения, входной фильтр, четыре драйвера, мостовой инвертор, датчик тока, двигатель постоянного тока и блок управления мостовым инвертором и защиты двигателя. 5 ил.

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигателями постоянного тока, преимущественно при питании от низковольтного источника.

Известен цифровой электропривод постоянного тока по а.с. №1399880, в котором режим стабилизации скорости электродвигателя обеспечивается снижением напряжения питания преобразователя при одновременном увеличении скважности.

Для снижения пульсации момента используется регулируемый источник питания, наличие которого является недостатком, так как это усложняет устройство и соответственно снижает его надежность.

Известно устройство управления двигателем постоянного тока (Приводы башни машины 1В152 ПБ2.399.026 ТO2, ОАО «ВНИИ "Сигнал", г. Ковров, стр. 21, 1994 г.), содержащее источник питания, преобразователь питания, блок включения, входной фильтр, четыре драйвера, мостовой инвертор, датчик тока, двигатель постоянного тока, при этом плюсовой вывод источника питания соединен с первым входом блока включения и с первым входом преобразователя питания, а минусовой вывод источника питания соединен с минусовой шиной устройства, клемма B×1 устройства соединена с управляющим вторым входом блока включения, первый выход блока включения соединен со вторым входом преобразователя питания, второй выход блока включения соединен с входом входного фильтра, выход которого соединен с первыми выводами первого и третьего ключей мостового инвертора, второй вывод первого ключа мостового инвертора соединен с первым выводом второго ключа мостового инвертора, второй вывод третьего ключа мостового инвертора и первый вывод четвертого ключа мостового инвертора соединены между собой и с якорем двигателя постоянного тока, выход первого драйвера соединен с управляющим выводом первого ключа мостового инвертора, выход второго драйвера соединен с управляющим выводом второго ключа мостового инвертора, выход третьего драйвера соединен с управляющим выводом третьего ключа мостового инвертора, выход четвертого драйвера соединен с управляющим выводом четвертого ключа мостового инвертора.

В прототипе гальваническая развязка слаботочных цепей управления от сильноточных цепей питания мостового инвертора реализована на высокочастотных импульсных трансформаторах, что приводит к усложнению схемы устройства, связанной с необходимостью построения схемы управления по принципу импульсной модуляции «несущей» входным сигналом ШИМ, с последующим выделением на демодуляторе рабочего сигнала ШИМ. Учитывая, что таких каналов управления ключами мостового инвертора четыре, схема устройства становится достаточно сложной и менее надежной.

Помимо этого реализация местной обратной связи в прототипе по сигналам с первого и второго датчиков тока, размещенных в истоках ключей мостового инвертора не дает полной информации о величине тока в цепи якоря электродвигателя и, как следствие, не обеспечивает полноценной обратной связи по току.

Целью предлагаемого технического решения является повышение надежности устройства управления двигателем постоянного тока с реализацией защиты двигателя постоянного тока.

Данная техническая задача решается тем, что в устройство управления двигателем постоянного тока, содержащее источник питания, преобразователь питания, блок включения, входной фильтр, четыре драйвера, мостовой инвертор, датчик тока, двигатель постоянного тока, при этом плюсовой вывод источника питания соединен с первым входом блока включения и с первым входом преобразователя питания, а минусовой вывод источника питания соединен с минусовой шиной устройства, клемма B×1 устройства соединена с управляющим вторым входом блока включения, первый выход блока включения соединен со вторым входом преобразователя питания, второй выход блока включения соединен с входом входного фильтра, выход которого соединен с первыми выводами первого и третьего ключей мостового инвертора, второй вывод первого ключа мостового инвертора соединен с первым выводом второго ключа мостового инвертора, второй вывод третьего ключа мостового инвертора и первый вывод четвертого ключа мостового инвертора соединены между собой и с якорем двигателя постоянного тока, выход первого драйвера соединен с управляющим выводом первого ключа мостового инвертора, выход второго драйвера соединен с управляющим выводом второго ключа мостового инвертора, выход третьего драйвера соединен с управляющим выводом третьего ключа мостового инвертора, выход четвертого драйвера соединен с управляющим выводом четвертого ключа мостового инвертора введен блок управления мостовым инвертором и защиты двигателя, при этом первый контакт блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя соединен с первым выходом преобразователя питания, третий вход которого соединен со вторым контактом блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя, третий контакт блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя соединен с клеммой В×2 устройства, четвертый контакт блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя соединен с третьим входом блока включения, пятый контакт блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя соединен с третьим выходом блока включения, шестой контакт блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя соединен с входом первого драйвера, седьмой контакт блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя соединен с входом второго драйвера, восьмой контакт блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя соединен с входом третьего драйвера, девятый контакт блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя соединен с входом четвертого драйвера, выход датчика тока соединен с десятым контактом блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя, второй вывод первого ключа мостового инвертора и первый вывод второго ключа мостового инвертора соединены между собой и через датчик тока с якорем двигателя постоянного тока, вторые выводы второго и четвертого ключей мостового инвертора соединены между собой и с минусовой шиной устройства.

Материалы заявки поясняются следующими графическими материалами, где:

на фиг. 1 - изображена функциональная схема прототипа;

на фиг. 2 - изображена функциональная схема заявляемого устройства;

на фиг. 3 - изображен блок включения;

на фиг. 4 - изображена функциональная схема преобразователя питания;

на фиг. 5 - изображена функциональная схема блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя постоянного тока.

Устройство управлением двигателем 1 (фиг. 2) постоянного тока содержит источник питания 2, преобразователь питания 3, блок включения 4, входной фильтр 5, четыре 6, 7, 8, 9 драйвера, мостовой инвертор, датчик тока 10, при этом плюсовой вывод источника питания 2 соединен с первым входом блока включения 4 и с первым входом преобразователя питания 3, а минусовой вывод источника питания 2 соединен с минусовой шиной устройства, клемма B×1 устройства соединена с управляющим вторым входом блока включения 4, первый выход блока включения 4 соединен со вторым входом преобразователя питания 3, второй выход блока включения 4 соединен с входом входного фильтра 5, выход которого соединен с первыми выводами первого 11 и третьего 12 ключей мостового инвертора (КМИ), второй вывод первого 11 КМИ соединен с первым выводом второго 13 КМИ, второй вывод третьего 12 КМИ и первый вывод четвертого 14 КМИ соединены между собой и с якорем двигателя 1 постоянного тока, выход первого 6 драйвера соединен с управляющим выводом первого 11 КМИ, выход второго 7 драйвера соединен с управляющим выводом второго 13 КМИ, выход третьего 8 драйвера соединен с управляющим выводом третьего 12 КМИ, выход четвертого 9 драйвера соединен с управляющим выводом четвертого 14 КМИ, блок управления мостовым инвертором и защиты двигателя (БУМИ и ЗД) 15, первый выход преобразователя питания 3 соединен с первым контактом БУМИ и ЗД 15, третий вход преобразователя питания 3 соединен со вторым контактом БУМИ и ЗД 15, третий контакт БУМИ и ЗД 15 соединен с клеммой В×2 устройства, четвертый контакт БУМИ и ЗД 15 соединен с третьим входом блока включения 4, пятый контакт БУМИ и ЗД 15 соединен с третьим выходом блока включения 4, шестой контакт БУМИ и ЗД 15 соединен с входом первого 6 драйвера, седьмой контакт БУМИ и ЗД 15 соединен с входом второго 7 драйвера, восьмой контакт БУМИ и ЗД 15 соединен с входом третьего 8 драйвера, девятый контакт БУМИ и ЗД 15 с входом четвертого 9 драйвера, выход датчика тока 10 соединен с десятым контактом БУМИ и ЗД 15, второй вывод первого 11 КМИ и первый вывод второго 13 КМИ соединены между собой и через датчик тока 10 с якорем двигателя 1 постоянного тока, вторые выводы второго 13 КМИ и четвертого 14 КМИ соединены между собой и с минусовой шиной устройства.

БУМИ и ЗД 15 (фиг. 5) содержит первый 16, второй 17 и третий 18 дифференциальные усилители, сумматор 19, первый 20, второй 21 и третий 22 ключи защиты, первый 23, второй 24, третий 25, четвертый 26, пятый 27, шестой 28, седьмой 29 компараторы, первый 30 и второй 31 ждущие мультивибраторы, генератор сигнала пилообразной формы 32, апериодическое звено 33, блок выделения абсолютной величины 34, первый 35 и второй 36 оптроны, блок ключей защиты 37, причем управляющие входы первого 16 и второго 17 дифференциальных усилителей соединены с третьим и десятым контактами БУМИ и ЗД 15, выходы первого 16 и второго 17 дифференциальных усилителей соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора 19, а выход второго 17 дифференциального усилителя дополнительно соединен с входом блока выделения абсолютной величины 34, выход которого соединен с входами апериодического звена 33 и первого 30 ждущего мультивибратора, выход первого 30 ждущего мультивибратора соединен с управляющим выводом второго 21 ключа защиты, первый вывод которого соединен с первым выходом сумматора 19, а второй вывод второго 21 ключа защиты соединен с минусовой шиной устройства, выход апериодического звена 33 соединен с инвертирующим входом первого 23 компаратора, на неинвертирующий вход поступает опорное напряжение Uoп1, значение которого определяет порог срабатывания первого 23 компаратора, выход первого 23 компаратора соединен с управляющим выводом первого 20 ключа защиты, первый вывод которого соединен со вторым выходом сумматора 19, а второй вывод первого 20 ключа защиты соединен с минусовой шиной устройства, первый выход сумматора 19 соединен с неинвертирующими входами пятого 27 и третьего 25 компараторов и инвертирующими входами второго 24 и четвертого 26 компараторов, выход генератора сигнала пилообразной формы 32 соединен с неинвертирующими входами третьего 25 и пятого 27 компараторов и инвертирующими входами второго 24 и четвертого 26 компараторов, на неинвертирующие входы второго 24 и четвертого 26 компараторов поступают опорные напряжения Uoп2 и Uoп4 соответственно, значения которых определяют порог срабатывания второго 24 и четвертого 26 компараторов, а на инвертирующие входы третьего 25 и пятого 27 компараторов поступают опорные напряжения Uoп3 и Uoп5 соответственно, значения которых определяют порог срабатывания третьего 25 и пятого 27 компараторов, выходы четвертого 26 и пятого 27 компараторов соединены соответственно с седьмым и девятым контактами БУМИ и ЗД 15, выходы второго 24 и третьего 25 компараторов через первый 35 и второй 36 оптроны соединены соответственно с шестым и восьмым контактами БУМИ и ЗД 15, вход третьего 18 дифференциального усилителя соединен с пятым контактом БУМИ и ЗД 15, выход третьего 18 дифференциального усилителя соединен с входом второго 31 ждущего мультивибратора, выход которого соединен с управляющим выводом третьего 22 ключа защиты, первый контакт которого соединен с четвертым контактом БУМИ и ЗД 15, а второй контакт третьего 22 ключа защиты соединен с минусовой шиной устройства, инвертирующий вход шестого 28 компаратора и неинвертирующий вход седьмого 29 компаратора соединены между собой и с первым контактом БУМИ и ЗД 15, на неинвертирующий вход шестого 28 компаратора и инвертирующий вход седьмого 29 компаратора поступают опорные напряжения Uoп6 и Uoп7 соответственно, значения которых определяют порог срабатывания шестого 28 и седьмого 29 компараторов, выходы шестого 28 и седьмого 29 компараторов соединены с первым и вторым управляющими выводами блока ключей защиты 37, первый вывод которого соединен со вторым контактом БУМИ и ЗД 15, а второй вывод соединен с минусовой шиной устройства.

Блок включения 4 (фиг. 3) содержит силовой ключ 38, первый управляющий вывод которого соединен с первым выходом и со вторым и третьим входами блока включения 4, второй вывод силового ключа 38 соединен с первым входом и третьим выходом блока включения 4, а третий вывод силового ключа 38 соединен со вторым выходом блока включения 4.

Преобразователь питания 3 (фиг. 4) содержит два ключа 39 и 40, драйвер 41, генератор 42, стабилизатор 43 напряжения и DC-DC преобразователь 44, причем управляющий вывод первого 39 ключа соединен со вторым и третьим входами преобразователя питания 3, первый вывод первого 39 ключа соединен с первым входом преобразователя питания 3, второй вывод первого 39 ключа соединен с входами генератора 42 и стабилизатора 43 напряжения, выход генератора 42 соединен с входом драйвера 41, выход которого соединен с управляющим выводом второго 40 ключа, первый вывод которого соединен с минусовой шиной устройства, а его второй вывод соединен с первым входом DC-DC преобразователя 44, второй вход которого соединен с выходом стабилизатора напряжения, а его выход соединен с первым выходом преобразователя 3.

Заявляемое устройство работает следующим образом. При подаче сигнала включения на клемму B×1 устройства, на управляющий второй вход блока включения 4 (фиг. 3) приходит сигнал Uвкл., который приводит к срабатыванию силового ключа 38 блока включения 4, представляющего собой электронный ключ, реализованный на силовых полевых транзисторах, включенных параллельно, блок 4 включается и через его силовые контакты напряжение питания, проходя через входной фильтр 5, представляющий собой LC цепочку, поступает на первые выводы первого 11 КМИ и третьего 12 КМИ. Одновременно с этим сигнал Uвкл. через блок включения 4 поступает на первый выход блока включения 4 (фиг. 3), а дальше поступает на второй вход преобразователя питания 3 (фиг.4), что приводит к срабатыванию первого 39 ключа, реализованного, например, на биполярном транзисторе. При срабатывании первого 39 ключа замыкается цепь подачи напряжения питания +Uпит на стабилизатор 43 напряжения и генератор 42 сигналов прямоугольной формы. С выхода стабилизатора 43 напряжения стабилизированное напряжение питания +Uпит поступает на DC-DC преобразователь 44 (Мелешин В. Транзисторная преобразовательная техника - М,: ТЕХНОСФЕРА, 2005. - с. 259), на другой вход которого поступает импульсный сигнал со второго 40 ключа, реализованного на биполярном транзисторе. Управление вторым 40 ключом осуществляется драйвером 41, реализованным по схеме эмитерного повторителя. DC-DC преобразователь 44 вырабатывает напряжения, необходимые для работы электронных схем устройства. При этом сигнал, пропорциональный току в входной цепи питания, снимается непосредственно с канала сток-исток силовых транзисторов блока включения 4, тем самым блок включения 4 дополнительно выполняет роль датчика тока во входной цепи, по сигналу с которого, при коротком замыкании в якорной цепи электродвигателя 1, срабатывает комбинированная защита, реализованная в БУМИ и ЗД 15.

БУМИ и ЗД 15 (фиг. 5) предназначен для: управления мостовым инвертором по закону управляющего сигнала; гальванической развязки сигналов управления ключами; обработки сигналов обратной связи по току; защиты устройства в аварийных ситуациях.

Рассмотрим работу БУМИ и ЗД 15. При подаче напряжения управления на клемму В×2 устройства, входной сигнал Uвx поступает на контакт (3) БУМИ и ЗД 15 и поступает на вход первого 16 дифференциального усилителя, выполняющего роль согласующего звена, повышающего помехоустойчивость БУМИ и ЗД 15. С выхода первого 16 дифференциального усилителя сигнал поступает на первый вход 1 сумматора 19. На второй вход сумматора 19 поступает сигнал обратной связи по току с датчика тока 10, реализованного, например, на датчике Холла, включенного последовательно с якорем электродвигателя 1, и поступающего на контакт (10) БУМИ и ЗД 15. С первого выхода сумматора 19 сигнал поступает на входы второго 24, третьего 25, четвертого 26 и пятого 27 компараторов, на вторые входы которых подаются пороговые напряжения Uoп2, Uoп3, Uoп4, Uoп5 соответственно. На инвертирующий вход второго 24 компаратора и неинвертирующий вход третьего 25 компаратора приходит сигнал с выхода генератора 32 сигнала пилообразной формы. Второй 24 и третий 25 компараторы сравнивают по уровню два входных напряжения и скачкообразно изменяют выходное напряжение. При этом амплитуда выходных сигналов Uвых1 второго 24 компаратора и Uвых2 третьего 25 компаратора определяется напряжением питания компараторов, а знак определяется исходя из формул (1, 2) соответственно.

где Uвых1,2 - выходное напряжение второго 24 и третьего 25 компараторов соответственно,

Uoп2,3 - пороговые напряжения,

U1,2 - входной аналоговый сигнал.

На выходе второго 24 и третьего 25 компараторов имеем широтно-импульсный модулированный (ШИМ) сигнал. Сигналы с выхода второго 24 и третьего 25 компараторов поступают на первый 35 и второй 36 оптроны, обеспечивающих развязку слаботочных цепей управления от сильноточных цепей питания мостового инвертора, тем самым повышая помехозащищенность устройства. Сигналы с выхода первого 35 и второго 36 оптронов поступают на контакты (6) и (8) БУМИ и ЗД 15 соответственно. Сигналы с выходов четвертого 26 и пятого 27 компараторов поступают на контакты (7) и (9) БУМИ и ЗД 15 соответственно.

БУМИ и ЗД 15 также содержит комбинированную защиту, которая в свою очередь подразделяется на интегральную часть защиты, реализованную на блоке выделения абсолютной величины 34, реализованный на операционном усилителе, апериодическом звене 33 и первом 23 компараторе; импульсную часть защиты, реализованную на блоке выделения абсолютной величины 34 и первом 30 ждущем мультивибраторе; релейную часть защиты, которая, в свою очередь, подразделяется на защиту по току, реализованную на третьем 18 дифференциальном усилителе, втором 31 ждущем мультивибраторе и третьем ключе защиты 22 и защиту по напряжению, реализованную на шестом 28 и седьмом 29 компараторах, и блоке ключей защиты 37, реализованный, например, на транзисторной матрице 1НТ251.

Срабатывание импульсной защиты происходит при выполнении условия (3), при превышении тока в цепи якоря двигателя 1 значения Ioгp., сравнение происходит в первом 30 ждущем мультивибраторе:

где I₁ - текущее значение тока в цепи якоря двигателя, снимаемое с датчика тока 10;

Ioгр. - порог тока-ограничения, задается первым 30 ждущим мультивибратором;

Iном. - номинальный ток двигателя 1 в соответствии с техническим условием на электродвигатель.

При выполнении условия (3) второй 21 ключ защиты, реализованный например на интегральной микросхеме, переходит в открытое состояние, выход второго 24 и третьего 25 компараторов переводится в импульсный режим токоограничения (иголки), при этом вал электродвигателя перестает вращаться, до момента исключения причин аварии или выключения системы.

Срабатывание интегральной защиты происходит при выполнении условия (4), при превышении тока в цепи якоря двигателя 1 значения Iтеп. в течение времени более 1 мин (время срабатывания защиты задается апериодическим звеном 33), сравнение происходит на первом 23 компараторе:

где Т - период времени, в течение которого значение тока в цепи якоря двигателя 1 превышает значение Iтеп,

Iтеп. - порог тока тепловой защиты определяется по формуле (5), задается значением Uoп1.

При выполнении условия (4) первый 20 ключ защиты, реализованный, например, на интегральной микросхеме, переходит в открытое состояние, скважность сигнала управления силовыми ключами (ШИМ) на выходе второго 24 и третьего 25 компараторов уменьшается в два раза, при этом происходит соразмерное уменьшение скорости вращения вала электродвигателя 1. Когда значение тока в цепи якоря двигателя 1 возвращается в рамки условия (2), скважность сигнала управления возвращается в исходное состояние. Защита работает постоянно в следящем режиме и обеспечивает защиту двигателя 1 от перегрева.

Срабатывание релейной защиты по току происходит при выполнении условия (6) и обеспечивает защиту устройства от короткого замыкания в якорной цепи электродвигателя 1

где I₂ - текущее значение тока во входной цепи устройства, снимаемое с канала сток-исток блока включения 4,

Iкз - порог тока короткого замыкания, задаваемого вторым 31 ждущим мультивибратором.

При выполнении условия (6) третий 22 ключ защиты переходит в открытое состояние, блок включения 4 переводится в импульсный режим, при этом питающее силовое напряжение из постоянного переходит в импульсное до момента исключения причин, вызвавших срабатывание защиты.

Срабатывание релейной защиты по напряжению происходит при выполнении условия (7) и обеспечивает защиту устройства от повышенного (пониженного) напряжения борт сети (сравнение происходит на шестом 28 и седьмом 29 компараторах)

где Uпит - напряжение источника питания 2,

Uoп6 - повышенное пороговое значение напряжения питания,

Uoп7 - пониженное пороговое значение напряжения питания.

При выполнении условия (7) блок ключей защиты 37 переходит в открытое состояние, что приводит к отключению преобразователя питания 3 до момента исключения причин, вызвавших срабатывание защиты.

Структура токовой защиты делает заявляемую схему устройства универсальной и позволяет использовать ее с электродвигателями 1 разной мощности посредством соразмерного изменения количества транзисторов в каждом КМИ и подбором датчика тока 10.

С выходов 6, 7, 8 и 9 БУМИ и ЗД 15 сигналы поступают на входы первого 6, второго 7, третьего 8, четвертого 9 драйверов соответственно, реализованные по схеме предварительного усилителя с двухтактным эмиттерным повторителем на выходе, обеспечивающие управление и выполняющие роль согласующего каскада.

С выхода драйверов сигнал поступает на соответствующий ключ мостового инвертора. Выходной каскад устройства выполнен по мостовой схеме, образованный первым 11, вторым 13, третьим 12 и четвертым 14 ключами мостового инвертора, каждый из которых состоит, например, из набора полевых транзисторов 2П829Е, соединенных параллельно, и обеспечивает окончательное усиление широтно-импульсного сигнала по мощности. КМИ работают в ключевом режиме.

Рассмотрим основные режимы работы мостового инвертора.

Режим разгона (на примере положительного сигнала управления). При появлении сигнала управления на клемме В×2 устройства, знак и величина которого определяют скорость и направление вращения якоря электродвигателя, и после подачи сигнала включения на клемму B×1 релейная часть защиты (шестой 28 и седьмой 29 компараторы), реализованная в БУМИ и ЗД 15, производит оценку входного напряжения питания в сравнении с пороговыми значениями и выдает разрешение на включение преобразователя питания 3 и блока включения 4. При этом в соответствии со знаком и амплитудой входного управляющего сигнала второй 13 КМИ и четвертый 14 КМИ управляются релейно (при положительном значении сигнала на клемме В×2 четвертый 14 КМИ открыт, а второй 13 КМИ - закрыт), а управление верхними ключами первым 11 КМИ и третьим 12 КМИ осуществляется широтно-импульсными модулированными сигналами определенной скважности и полярности Uвых1 и Uвых2, формируемыми БУМИ и ЗД 15, которые, в свою очередь, приводят к открытию транзисторов первого 11 КМИ и закрытию третьего 12 КМИ (при положительном значении сигнала на клемме В×2). Тем самым исключаются возможность возникновения сквозных токов и несогласованность в работе силовых ключей. В результате открытия первого 11 КМИ и четвертого 14 КМИ ток двигателя 1 возрастает по цепи плюс источника питания 2, блок включения 4, входной фильтр 5, открытые ключи первого 11 КМИ и четвертого 14 КМИ, минус источника питания 2. Происходит плавное нарастание коэффициента заполнения ШИМ, т.е. среднего значения напряжения на зажимах якоря электродвигателя 1 и выход двигателя 1 на номинальный режим работы. Для повышения устойчивости работы устройства, расширения полосы пропускания и уменьшения нелинейных искажений выходного сигнала введена отрицательная обратная связь по току в цепи якоря электродвигателя 1. При этом комбинированная защита, реализованная в БУМИ и ЗД 15 по алгоритму, описанному выше, в следящем режиме осуществляет защиту самого устройства и цепи якоря двигателя 1.

Режим работы устройства при промежуточных значениях входного сигнала характеризуется чередованием режимов включения и выключения двигателя, при этом вал двигателя 1 раскрутится, но далеко не на полную скорость - большая инерция сгладит рывки от включающегося двигателя 1, а сопротивление от трения не даст ему крутиться бесконечно долго. При этом от времени включенного состояния первого 11 КМИ и третьего 12 КМИ зависит ток, протекающий через якорь двигателя 1, а соответственно и момент двигателя 1, а эпюра тока будет иметь вид пилы.

При снижении напряжения управления до нуля формируется сигнал, по которому первый 11 КМИ и четвертый 14 КМИ закрываются. Начинается режим торможения двигателя 1, при котором двигатель 1 переходит в генераторный режим, при котором запасенная кинетическая энергия будет преобразовываться в электрическую и частично возвращаться в сеть по цепи обратных диодов из состава транзисторов первого 11 КМИ и третьего 12 КМИ, вторичную обмотку входного фильтра 5 и обратный диод из состава транзистора блока включения 4. Таким образом энергия торможения двигателя 1 рекуперируется в источник питания 2 и входной фильтр 5.

Во время режима реверса знак входного сигнала на клемме В×2 скачком меняется на противоположный. При этом режим реверса состоит из режима торможения и последующего разгона. Когда на входе устройства знак сигнала меняется с «+» на «-», первый 11 КМИ и четвертый 14 КМИ закрываются, второй 13 КМИ открывается, третий 12 КМИ остается закрытым, поскольку на его входе остается запирающий сигнал блокировки. Это происходит потому, что электродвигатель 1, хоть и перешел в режим торможения, но продолжает вращаться и напряжение в диагонали силового моста падает, но остается достаточным для блокировки третьего 12 КМИ. Когда напряжение в диагонали мостового инвертора становится ниже установленного уровня срабатывания компаратора в канале блокировки третьего 12 КМИ, компаратор переходит в ждущий режим и снимает блокировку третьего 12 КМИ. Третий 12 КМИ открывается и пропускает через себя ток, необходимый для раскручивания электродвигателя 1 в противоположную сторону. Поскольку электродвигатель 1 почти останавливается, то реверсный ток значительно меньше, чем при отсутствии схемы блокировки первого 11 КМИ и третьего 12 КМИ. Применение данной схемы улучшает тепловой режим транзисторов мостового инвертора и повышает надежность работы устройства в целом.

Предлагаемое техническое решение подтверждено математическим моделированием, а также экспериментальной проверкой опытного образца устройства.

Claims (1)

1. Устройство управления двигателем постоянного тока, содержащее источник питания, преобразователь питания, блок включения, входной фильтр, четыре драйвера, мостовой инвертор, датчик тока, двигатель постоянного тока, при этом плюсовой вывод источника питания соединен с первым входом блока включения и с первым входом преобразователя питания, а минусовой вывод источника питания соединен с минусовой шиной устройства, клемма B×1 устройства соединена с управляющим вторым входом блока включения, первый выход блока включения соединен со вторым входом преобразователя питания, второй выход блока включения соединен с входом входного фильтра, выход которого соединен с первыми выводами первого и третьего ключей мостового инвертора, второй вывод первого ключа мостового инвертора соединен с первым выводом второго ключа мостового инвертора, второй вывод третьего ключа мостового инвертора и первый вывод четвертого ключа мостового инвертора соединены между собой и с якорем двигателя постоянного тока, выход первого драйвера соединен с управляющим выводом первого ключа мостового инвертора, выход второго драйвера соединен с управляющим выводом второго ключа мостового инвертора, выход третьего драйвера соединен с управляющим выводом третьего ключа мостового инвертора, выход четвертого драйвера соединен с управляющим выводом четвертого ключа мостового инвертора, отличающееся тем, что в него введен блок управления мостовым инвертором и защиты двигателя, при этом первый контакт блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя соединен с первым выходом преобразователя питания, третий вход которого соединен со вторым контактом блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя, третий контакт блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя соединен с клеммой B×2 устройства, четвертый контакт блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя соединен с третьим входом блока включения, пятый контакт блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя соединен с третьим выходом блока включения, шестой контакт блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя соединен с входом первого драйвера, седьмой контакт блока управления мостовым инвертором и зашиты двигателя соединен с входом второго драйвера, восьмой контакт блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя соединен с входом третьего драйвера, девятый контакт блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя соединен с входом четвертого драйвера, выход датчика тока соединен с десятым контактом блока управления мостовым инвертором и защиты двигателя, второй вывод первого ключа мостового инвертора и первый вывод второго ключа мостового инвертора соединены между собой и через датчик тока с якорем двигателя постоянного тока, вторые выводы второго и четвертого ключей мостового инвертора соединены между собой и с минусовой шиной устройства.

Images