Електропривід постійного струму

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматизированного управления прессов. роботов. Целью изобретения являотся повышение надежности. Устройство содержа последовательно соединенные регулягог скорости 4, регулятор тока 5, блок управления 6 ключами, реверсор 2, выход которого соединен с якорной обмоткой электродвигателя 1, устройство защиты 19. устройство защиты 17 двигателя, двухпозиционный переключатель каналов, выходы которых через элемент ИЛИ 15 подключены к входу исполнительного элемента 16. В электроприводе повышается надежность за счет введения защиты от несоответствия истинной скорости двигателя заданной, защиты от длительной перегрузки двигателя с самоблокированием, защиты схемы управления от высокопэ напряжения с гальванически развязанным выходом и с самоблокмрованием. 2 з.п. ф-лы, 7 ил. Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам импульсного регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока, и может найти применение в системах автоматизированного многокоординатного электропривода станков. прессов, роботов, измерительных устройств. Целью изобретения является повышение надежности электропривода На фиг. 1 приведена блок-схема электропривода; на фиг. 2 - схема четырехключевого реверсора, на фиг 3 - схема устройства защиты двигателя: на фиг. 4 - схема релейного.регулятора тока с двумя пэрами противофазных выходов рассогласования по току и дополнительными противофазными выходами рассогласования по скорости, на фиг. 5 - схема двухпозиционного переключателя каналов и элемента с самоблокироаанием на фиг. 6 -- схема устройства защиты с гальванически развчзанньїм выходом и с самоблокированием, на фиг. 7 - схема датчика ЭДС. Электропривод постоянного тока содержит электродвигатель I (фиг 1), подключенный к источнику питания через чегырехключевой реверсор 2, последовательно соединенные тахогенератор З, регулятор скорости 4, релейный регулятор тока 5 с двумя парами противофазных выходов рассогласования по току (і, II и III, IV) дополнительными противофазными выходами рассогласования по скорости (V, VI), блок управления б силовыми ключами, подключенный выходами ко входам реверсора 2, датчик ЭДС 7, выход которого через элемент сравнения 8 соединен с входами однопороговых компарато 15G8856 pon Q, 10, а ьчоды - с выходами двух че*ы~ рехпходовых элементов И 11, 12, дву^.позиц и о н н ы й п е р е к л ю ч а т е л ь каналов 13, управляющие входы согорого (X, X) соединены с дололі-імтегьниміл выходами V, VI релейного регулятора тока 5, управляемые входы (А, В) - с выходами однопороговых компарзтороо 9, ^0, а выход подключен через последовательно соединенные элемент 14 с сзмоблокированием и элемент ИЛИ 15 ко входу исполнительного эпементз 16, устройство защиты 17 двигателя, БЫ/ОД которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ 15, а в х о д - с еыходом датчика тока 18, входом датчика ЭДС 7 и входом релейного регулятора тока 5, устройство защиты 19 с гальванически развязанным выходом и с самоблокиропанпем, сыхоц которого соединен с третьим входом элемента ИЛИ 15, а пходы - со входами силовых транзисторов реверсора 2. Входы первого элемента И 11 соединены с прямым выходом I первой пары, С ИИОерСНЫМ ВЫХОДОМ IV ВТОрОЙ ПсфЫ И с инверсным дополнительным выводом VI релейного регуляторз тока 5, другие выходы которого подсоединены к входам второго элемента И 12. Свободные входы элементов И 11, 12 через племен г задержка 20 соединены с клеммой их источника питания U n , a свободный вход элемента сравнения 8 соединен со входом эгектропривод-э. Четырех ключевой реверсор 2 (фиг 2)содержит транзисторы 2 К..24 и обратные диоды 25...28, соединенные по мостовой схеме. В цепь нагрузки моста черезтоковую цепь датчика 18 (фиг. 1) включена якорная цепь этектродвигателя 1 (фиг. 2). каждый из транзисторов 21. 24 шунтирован цепочкой из последовательно соединенных диодов 29-32 и конденсаторов 33-36. Средине точки цепочек из диода ^9, конденсатора 33 м диода 30, сендемсатора 34 соответственно через резисторы 37, 3S подключены к положительно^'у полюсу, а средние точки цепочек из к о н д е н с а т о р а 35, диода 31 и конденсатора 36, диода 32 через резисторы 39, 40 подключены к отрицательному полюсу источника питания. Положительный и отрицательный полюсы источника питания подключены к соответствующим клеммам моста через дроссели 41 и 42. 5 10 1S 20 25 30 35 40 45 50 выходом которого является выход апериодического усилителя 46. Релейный регулятор тока 5 (фиг. 4) содержит сумматор 48, три однопороговых компаратора 49, 50, 5 1 , инвертор 52, два RS-триггера 5о\ п4,компаратор 55 и инвертоо 56. Двухпозиционный переключатель каналов 13 (фиг. 5) содержит два двухвуодовых элемента И 57, 58, элемент ИЛИ 59 и элемент 14 с самоблокированием {фиг. Ь), выполненный на элементе ИЛИ 60, резисторе 61 и емкости 62. Устройство зашиты 19 с гальванически развязанным выходом и с самоблокированием (фиг. б) может быть выполнено в ^иде четырех триггернмх устройств с сэмабло* ирозанием 63-66, кзчдое их которых состоит из операционного усилителя 67 с входными резисторами 68-71, стабилитронов 72. 73, элемента И-НЕ 74 с входным резистором 75 и диодом 76, оптопары 77 с резистором 78 в первичной цепи. Гальванически развязанные выходы триггерных устройств 63-66 соединены параллельно и подключены ко входу формирователя сигнала, выполненного в виде двухкзекадмого усилителя на транзистора? 79, 80 с входной RC-цепочкой 81, 82. резисторами 83-86 и логическим элементом И-НЕ 87. Таким образом, выход формирователя сигнала, являющийся выходом устройства защиты 19, гальванически развязан от транзисторов четырехключевого реверсора 2. Датчик ЭДС 7 выполнен (фиг. 7) на операиионных усилителях 88, 89 со входными резисторами 90 95, с резисторами 96. 97 обратной связи, RC-фильтром 98, 99. На резисторы 90, 91 подается сигнал, в мчсштаРіе повторяющий напряжение двигателя Удв. на резистор 95 - сигнал, пропорциональный току якоря двигателя ! Р , на резистор 94 - задающий сигнал Unx (заданное значение ЭДС двигателя 1). Элемент сравнения 8 выполнен на входных резисторах 93, 94, 95 и операционном УСИЛИТ ел° 89. На выходе фильтрз 98, Э9 присутствует сигнал, пропорциональный постоянной составляющей напряжения двигателя 1 (11,пв}. На выходе операционного усилителя 89 присутствует сигнал, пропорциональный разности Устройство защиты 17 двигателя (фиг 3) UBUX 89 = ИВУ. ~ flbo - Ія^я), содержит последовательно соединенные где RH ~ полное сопротивление якорной цезлемен7 сравнения 43, датчик 44 юдуля топі . учитываемое резистором 95. ка, однополярньы свадратор 45, апермодм- 5В Когда ЭДС двигателя равна ладанной, чесючй усилитель 46, выход которого через то на выходе усилителя Є9, который соедитретий однопорогов'ли компаратор 47 соенен со входами однопороговых комп&рэто"динем со вторым входом элемента сравнероо 9, 10 (фиг. 1), сигнал близок к нулю ния 43, первый вход которого является Электропривод постоянного тока рабовходом устройства защиты 17 двигателя. тает следующим образом. 1568856 (на входах Б и А соответственно двухпозиПри включении питания исполнительционного переключателя каналов 131 на ный элемент 16 подключает катушку силововходе X - логический "0", на входе X - логиго пускателя (контактора) к сети (рабочее ческая " 1 " (выходы V и VI соответственно состояние). В результате подается силовое 5 релейною регулятора тока 5) Двухпозиципитание на электропривод. онный переключатель каналов 13 реализует При пуске электродвигателя 1, наприлогическую функцию А.Х ь В.Х = С. поэтому мер, при отрицательном сигнале UBx на выв режиме пуска состояние его не иоменяеіходе регулятора скорости 4 появляется ся (С = 0). Не изменит своего состояния сигнал положительной полярности, на выходе тахогенератора З сигнал в первый мо- 10 элемент 14 с самоблокированием. На выходе датчика 44 модуля тока (см фиг 3} поямент времени равен нулю. На выходах I. IV, вится сигнал, пропорциональный току VI релейного регулятора тока 5 появятся якоря, а на выходе однополярного квадрателогические " 1 " , на выходах II, III, V - логичера 45 - сигнал, пропорциональный квадрату ские "О" (см. фиг. 4). Релейный регулятор 15 тока якоря. На выходе апериодического уситока 5 управляет работой четырехключевого лителя 46, который совместно с датчиком 44 реверсора 2 через блок управления 6 силомодуля тока и однополярным квадратором выми ключами таким образом, что логиче45 реализует тепловую модель двигателя і, ские " 1 " на выходах І, ІІ, III, IV включают появится сигнал положительной полярсиловые транзисторы соответствен но 21-24 (см. фиг 2). Следовательно, при пуске с от- 20 ности, изменяющийся по закону рицательным UBX включаются транзисторы ] *21 и 24. Двигатель 1 подключается к источ= ( т - f ( ! - 1fo) £ нику питания и ток якоря нарастает до уро'ям где ивых4б - начальное значение напряжеовня токоограничения, задаваемого ния на выходе апериодического усилителя фиксированным значением напряжения на25 46; сыщения регулятора скорости 4. Сигналы с 1ян. 1 - сответственно номинальное и я выхода релейного регулятора тока 5 постутекущее значение тока якоря; пают на вход двух четырехвходовых элеменТ^ - тепловая постоянная двигателя 1, тов И 11, 12, на выходах которых в момент равная постоянной времени апериодичевключения питания присутствовали логические "О", обусловленные подключением эле- 30 ского усилителя 46 По истечении времени пуска двигатель мента задержки 20 выполненного, 1 разгоняется, сигнал с тахогенератора З например, в виде простейшей RC-цепи 61, возрастает и становится примерно равным 62 (см фиг. 5) Так как на выходах I, IV, V UBX. На выходе регулятора скорости 4 при релейного регулятора тока 5 присутствуют логические " 1 " , а на выходах И, Ш, V - логи- 35 UBX < 0 сигнал в установившемся режиме всегда больше 0 Поэтому на дополнительческие "0", то по истечении времени задерных выходах V и V! релейного регулятора жки, обусловленного элементоом 20, на тока 5 сигналы соответственно "0" и " 1 " выходе элемента И 11 появится логическая Состояние выходов I, it, III, IV в установив" 1 " , а на выходе элемента И 12 останется логический "0". Форма сигналов на выходах 40 шемся режиме, когда ток якоря при малой элементов И 11, 12 в масштабе повторяет нагрузке двигателя 1 близок к 0, неустойчинапряжение и д в , прикладываемое к двигавое и изменяется с логической " 1 " на логителю 1, подсоединенному к реверсору 2, ческий "0" и наоборот На выходе элемента причем элемент И 11 моделирует +иав, а И 12 фиксированный "0", на выходе злеменэлемент И 12 - напряжение -идв. На выходе 45 та И 11 - импульсы с переменной частотой датчика тока 18 появляется сигнал, пропори скважностью, повторяющие работу силоциональный току якоря, который поступает вых транзисторов 21, 24, подключающих одновременно на вход релейного регулятодвигатель 1 к источнику На выходе датчика ра тока 5, на вход датчика ЭДС 7, на вход ЭДС 7 присутствует сигнал, равный Ubx (заустройства защиты 17 двигателя 1. На выхо- 50 данное значение ЭДС двигателя 1), на выходе датчика ЭДС17 посл^ RC-фильтра 98, 99 дах элемента сравнения 8, компараторов 9, (см фиг. 7) присутствует сигнал, бпизкий к 10 - логические "0", Состояние двухпоэици"0", так как истинная скорость двигателя 1 онного переключателя каналов 13 и элеменблизка к "0". Сигнал отрицательной полярта с самоблокированием не изменяется Так ности UBX (заданное значение ЭДС двигате- 55 как в установившемся режиме работы приля 1) поступает через элемент сравнения 8 вода при малой нагрузке двигателя 1 ток на входы компараторов 9, 10, на выходе якоря близок к нулю, то на выходе апериодикомпаратора 9 появляется логический "0", ческого усилителя 46 в устройстве защиты 17 на выходе компаратора 10 - логическая "1" двигателя сигнал близок к "0" При наличии 1568856 статической нагрузки ( і я ^ . іЛгі) напряжение на выходе з периодического усилителя не приводит к срабатыванию элемента И ЛИ 15 и компаратора'17 (фиг. 3). Аналогично электропривод работает при торможении, реверсе, при пу- 5 ске с положительным сигналом UBX. Рассмотрим роботу электропривода в аварийных режимах. Защита от несооїветствия истинной скорости двигателя 1 задаинойсраОатывает 10 в следующих случаях: при обрыве цепи тахогенератора, при к.з. в цепи тахогенератора, при неуправляемости регулятора скорости, при положительной обратной связи по скорости (при первом включеним дви- 15 гателя с электроприводом). Предродовым, 'что R установившемся режиме произошел обрыв цепи тахогенератора З. На выходе регулятора скорости 4 сигнал достигает максимальной величины, на выходах I, IV, VI 20 репейного регулятора тока 5 присутствуют логические " 1 " , на выходах II, III, V-логические "О", на выходе элемента И 11 - логическая " 1 " , на выходе элемента И 12 логический "О", Сигнал на выходе датчика 25 ЭДС7 - положительный, превышающий по абсолютной величине Ury. На выходе компараюра 9 - логическая "!" (вход В}, а .на выходе компаратора 10 - логический "0" (вход А), на управляющем входе X - логический "0", на управляющем входе X - логиче- 30 ская " 1 " . 8 результате і а выхода С логическая " 1 " и срабатывает элемент 14 с сзмоСпокмропйиием, который через элемент ИЛИ 1л воздействуеі на исполнительный элемент 16, отключающий силовое 35 питание электропривода. НС-цепочка 61, 62 (см. фиг. 5) необходика для компенсации запаздывания оегупятора скорости 4 ао время переходных процессов, 40 а гзюке для улучшения помехозащищенности элемента М с самоблокироеашіем. Зона нечувствительности компараторов 9, 10 необходима для исключения неоднозначности при выходном сигнале элемента сравнения 8, 45 близком к нулю. Таким образом, защита от несоответствия истинной скерсоти двигателя заданной, с которой используется датчик ЭДС. гальванически не связанный с силовым источни- 50 ком питаний, осуществляет распознанное аварийного режима, надежное отключение силової о питания, инвариантна к изменена уровня напряжения силового источника питания, к изменению времени переходного про- 55 цесса и типа двигателя. Устройство защиты 17 двигателя предотвращает перегрев ДЗИЇЯТЄПЯ 1 прч длительном превышении током якоря In номинального значения 1 Ч Ч . Такой аварий З ней режим возможен при "заклинивании" двигателя, при неправильном выборе циклограммы работы во время повторно-кратковременного режима, В этом случае на выходе тепловой модели {апериодического усилителя 46) появляется сигнал положительной полярности, превышающий порог третьего однопорогозого компаратора. 47 (см. фиг, 3) Выходной сигнал компаратора 47 поступает на вход элемента сравнения 43 и блокирует защиту. Одновременно через элемент ИЛИ 15 выходной сигнал устройства защиты П воздействует на исполнительный элемент 16, отключающий силовое питание. Наличие самоблокировки исключает повторное включение силового питания злектропропривода, которое может возникнуть, когда ток якоря уменьшится до 0 после отключения исполнительного элемента 15. Устройство защиты 19 с гальванически развязанным выходом и самоблокировэнием предотвращает выход из строя реверсора 2 при неисправности одного из силовых транзисторов, з также исключает появление силового напряжения в цепях управления. Устройство защиты 19 работает следующим образом. Ког^а силовой т^ ;нзистор21 (22, 23, 24) исправен, то напрям 2ние из его базе относинельно эмиттера (отрицательное либо положительное в зависимости от того, заперт он или открыт} невелико и через стабилитрон 72 и резистор 71 ток не протекает. Операционный усилитель 67 благодаря отрицательному смещению на его прямом входе, подаваемому с делителя 70, 68 находится в состоянии, когда из его выходе напртжение отрицзтельной полярности, соответственно на выходе элемента И-НЕ напряжение близко к нулю, токи через светомзлучающий диод и следовательно, через диод фотоприемникз оптопары 77 не протекают. Питание элемента И-НЕ 74 осуществляется ототрица^ельного источника питания - иПит 1. Когда исправны и другие транзисторы реверсора, то в таком же состоянии находятся триггерные устройства 64, 55, 66 с езмоблокировзнием, ток через резистор 81 lie протекает, транзисторы 79, 80 заперты и выходной сигнал устройства защиты 19 с гальванически развязанным выходом и с самоблокированием соответствует логическому "0". При выходе из строя транзистора 21, {'22, 23, 24), э частности пробое его коллекторно-базоЕЮго переходз (при этом его эмиттериый переход выгорает), сиговое напряжение через стабилитрон 72 и делитель 71, 68 поступает на прямой вход операционного усилиіеля 67. fipfo этом его выходное 1568856 10 венно ча^ез диоды 2^-32 и соответствующие резисторы 37-40. После окончания перезаряда конденсаторов напряжение на кенденсатоое 34 близко к ну по, на конден5 саторе 36 - к номиналу источника питания и весь ток двигателя замыкается через диод 26 и транзистор 21. Таким образом, в процессе выключения транзистора 24 благодаря заряду конденсатора 36 происходит 10 "затягивание" фронта нарастания напряжения на транзисторе 24 на время, необходимое для спадания тока через транзистор, и тем самым уменьшаются потери при его выключении 15 Когда в следующем такте из блока 6 поступает сигнал включения транзистора 24, то в цепи транзистора 24, которая образуется от источника питания через дио.п Э5 (в обратном направлении), включены др