Устройство управления электродвигателем

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к устройствам нереверсивного электропривода постоянного тока, и может быть использована в системах привода тяговых электродвигателей локомотивов и городского электротранспорта.
Известно устройство для управления электродвигателем, описанное в российском патенте № 2020713 «Задатчик оборотов для электродвигателя по классу Н 02 Р 5/00, заявленном 09.08.1990г. и опубликованном 30.09.1994г.
Известное устройство содержит задающий потенциометр, подключенный к первому источнику питания, диод, конденсатор, четыре резистора и три транзистора, коллектор первого из которых подключен к источнику питания, а эмиттер - к первому резистору, коллектор второго транзистора соединен со вторым резистором, при этом эмиттеры второго и третьего транзисторов являются выходными клеммами устройства.
Отсутствие в известном устройстве гальванической развязки цепей управления и силовых цепей приводит к невозможности работы устройства в электроприводах мощных тяговых двигателей постоянного тока, так как при работе с большими мощностями транзисторы получат пробои и устройство управления выйдет из строя.
Таким образом, известное устройство управления электродвигателем имеет недостаточно широкую область применения.
Целью заявляемой полезной модели является расширение области применения устройства управления электродвигателем.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство управления электродвигателем, содержащее задающий потенциометр, подключенный к источнику питания, диод, четыре резистора и три транзистора, коллектор первого из которых подключен к источнику питания, а эмиттер - к первому резистору, эмиттер второго транзистора соединен со вторым резистором, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, введены второй задающий потенциометр, подключенный, как и первый задающий потенциометр, к первому источнику питания, два щиротно-импульсных модулятора, входы которых соответственно подключены к средним точкам задающих потенциометров, два импульсных трансформатора, подключенных первичными обмотками к первому источнику питания и соответственно к выходам первого и второго широтно-импульсных модуляторов, четвертый транзистор, причем первый с третьим, а второй с четвертым транзисторы образуют комплементарные пары, в которых коллектор первого транзистора подключен ко второму источнику питания, а коллектор второго
транзистора - к третьему источнику питания, два силовых транзистора, коллектор первого из которых подключен к силовому источнику напряжения, а эмиттеры силовых транзисторов являются выходными клеммами устройства управления электродвигателем, к которым подключен диод, а также введены два стабилитрона и пятый резистор, подключенный между эмиттером первого силового транзистора и коллектором второго силового транзистора, при этом вторичная обмотка первого импульсного трансформатора подключена между точкой соединения баз первого и третьего транзисторов и коллектором третьего транзистора, соединенного с эмиттером первого силового транзистора, база которого соединена через первый резистор с эмиттером первого транзистора, а между базой и эмиттером первого силового транзистора параллельно подключены первый стабилитрон и третий резистор, аналогично вторичная обмотка второго импульсного трансформатора подключена между точкой соединения баз второго и четвертого транзисторов и коллектором четвертого транзистора, соединенного с эмиттером второго силового транзистора, база которого соединена через второй резистор с эмиттером второго транзистора, а между базой и эмиттером второго силового транзистора параллельно подключены второй стабилитрон и четвертый резистор.
Введение в устройство управления электродвигателем второго задающего потенциометра, двух широтно-импульсных модуляторов, двух импульсных трансформаторов, четвертого транзистора, так, что первый с третьим и второй с четвертым транзисторы образуют комплементарные пары, введение также пятого резистора, двух стабилитронов и двух силовых транзисторов, эмиттеры которых являются выходными клеммами устройства, с указанными выше связями позволяет осуществить гальваническую развязку цепей управления и силовых цепей, обеспечивая безотказную работу устройства управления с электродвигателями любых мощностей.
Заявляемое устройство управления электродвигателем обладает новизной по сравнению с прототипом, отличаясь от него тем, что в него введены второй задающий потенциометр, подключенный, как и первый задающий потенциометр, к первому источнику питания, два широтноимпульсных модулятора, входы которых соответственно подключены к средним точкам задающих потенциометров, два импульсных трансформатора, подключенных первичными обмотками к первому источнику питания и соответственно к выходам первого и второго широтно-импульсных модуляторов, четвертый транзистор, причем первый с третьим, а второй с четвертым транзисторы образуют комплементарные пары, в которых коллектор первого транзистора подключен ко второму источнику питания, а коллектор второго транзистора - к третьему источнику питания, два силовых транзистора, коллектор первого из которых подключен к силовому источнику напряжения, а эмиттеры силовых транзисторов являются выходными клеммами устройства управления электродвигателем, к которым
подключен диод, а также введены два стабилитрона и пятый резистор, подключенный между эмиттером первого силового транзистора и коллектором второго силового транзистора, при этом вторичная обмотка первого импульсного трансформатора подключена между точкой соединения баз первого и третьего транзисторов и коллектором третьего транзистора, соединенного с эмиттером первого силового транзистора, база которого соединена через первый резистор с эмиттером первого транзистора, а между базой и эмиттером первого силового транзистора параллельно подключены первый стабилитрон и третий резистор, аналогично вторичная обмотка второго импульсного трансформатора подключена между точкой соединения баз второго и четвертого транзисторов и коллектором четвертого транзистора, соединенного с эмиттером второго силового транзистора, база которого соединена через второй резистор с эмиттером второго транзистора, а между базой и эмиттером второго силового транзистора параллельно подключены второй стабилитрон и четвертый резистор.
Заявляемое устройство управления электродвигателем может найти широкое применение в электроприводах городского электротранспорта и локомотивов на железной дороге.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежом, где представлена схема устройства управления электродвигателем.
Устройство управления электродвигателем, представленное на чертеже, содержит задающие потенциометры (ЗП) 1 и 2,подключенные к первому источнику питания (на чертеже не показан). К средним точкам потенциометров 1 и 2 подключены соответственно входы широтноимпульсных модуляторов (ШИМ) 3 и 4, к выходам которых подключены соответственно первые клеммы первичных обмоток импульсных трансформаторов (ИТ) 5 и 6, вторые клеммы которых соединены с первым источником питания.
Первая клемма вторичной обмотки ИТ 5 подсоединена к базам транзисторов 7 и 8, образующих комплементарную пару, при этом коллектор транзистора 7 подключен ко второму источнику питания (на чертеже не показан), коллектор транзистора 8 соединен со второй клеммой вторичной обмотки ИТ 5. Общая точка эмиттеров транзисторов 7 и 8 через резистор 9 соединена с базой силового транзистора 10, коллектор которого подключен к силовому источнику питания (на чертеже не показан), а между его базой и эмиттером параллельно подключены стабилитрон 11 и резистор 12.
Первая клемма вторичной обмотки ИТ 6 подсоединена к базам транзисторов 13 и 14, образующих комплементарную пару, при этом коллектор транзистора 13 подключен к третьему источнику питания (на чертеже не показан), коллектор транзистора 14 соединен со второй клеммой вторичной обмотки ИТ 6. Общая точка эмиттеров транзисторов 13 и 14 через резистор 15 соединена с базой силового транзистора 16, между коллектором которого и эмиттером силового транзистора 10 помещен резистор 17.
Между базой и эмиттером силового транзистора 16 параллельно подключены стабилитрон 18 и резистор 19.
Эмиттеры силовых транзисторов 10 и 16 являются выходными клеммами устройства управления электродвигателем, к которым подключен диод 20.
Широтно-импульсные модуляторы 3 и 4 выполнены на микросхемах серии TL 494, выполнение остальных элементов устройства управления электродвигателем яв.ляется традиционным и используются они по прямому назначению.
Работа устройства управления электродвигателем осуществляется следующим образом.
В исходном состоянии средние точки (движки) задающих потенциометров (ЗП) 1 и 2 находятся в нулевом положении и электродвигатель (на чертеже не показан) не крутится.
Оператор перемещает движок ЗП 1 в первое положение, при этом на выходе ШР1М 3 и, соответственно, на выходе ИТ 5 появляется последовательность импульсов определенной скважности. Фронт каждого импульса открывает транзистор 7, закрывая транзистор 8, а срез каждого импульса наоборот закрывает транзистор 7 и открывает транзистор 8. Через открытый транзистор 7 разрещающий сигнал со второго источника питания через резистор 9 открывает силовой транзистор 10, через который силовое напряжение поступает на выходную клемму устройства управления электродвигателем, а, следовательно, и на сам электродвигатель, который начинает вращаться. Диод 20 защищает силовой транзистор 16 от коммутационных перенапряжений.
Когда транзистор 7 закрыт, силовое напряжение не поступает на электродвигатель, он продолжает вращение по инерции, а силовой транзистор 10 разряжается через транзистор 8 и резистор 9, подготавливаясь тем самым к следующему включению. Таким образом, с приходом каждого нового импульса электродвигатель разгоняется все больше, пока не достигнет скорости, определяемой первым положением движка ЗП 1.
Для увеличения скорости вращения электродвигателя оператор перемещает движок ЗП 1 в следующее положение, увеличивая тем самым длительность импульсов на выходе ШИМ 3 при прежней частоте их следования. Это приводит к увеличению отрезка времени, в течение которого транзистор 7 и силовой транзистор 10 открыты, силовое напряжение дольше поступает на электродвигатель, и тот разгоняется до большей скорости. Так продолжается до достижения требуемой скорости вращения электродвигателя. Стабилитрон 11 и резистор 12 защищают базу силового транзистора 10 от перенапряжений соответственно в рабочем режиме и при аварийном отключении второго источника питания.
На выходе ШИМ 4 и, соответственно, на выходе ИТ 6 появляется последовательность импульсов определенной скважности. Фронт каждого импульса открывает транзистор 13, закрывая транзистор 14, а срез каждого импульса наоборот закрывает транзистор 13 и открывает транзистор 14. Через открытый транзистор 13 разрешающий сигнал с третьего источника питания через резистор 15 открывает силовой транзистор 16, при этом через цепочку из силового транзистора 16 и резистора 17 начинается разрядка электродвигателя, что вызывает его торможение. При закрытых транзисторе 13 и силовом транзисторе 16 разрядка прекращается, а в течение нового импульса продолжается снова, все больше затормаживая электродвигатель. Стабилитрон 18 и резистор 19 защищают базу силового транзистора 16 от перенапряжений соответственно в рабочем режиме и при аварийном отключении третьего источника питания.
Для увеличения скорости торможения оператор перемещает движок ЗП 2 в следующее положение, увеличивая тем самым длительность импульсов с выхода ШИМ 4 при прежней частоте их следования. Тем самым он увеличивает отрезок времени, в течение которого транзистор 13 и силовой транзистор 16 открыты, происходит разрядка электродвигателя и его торможение ускоряется. Скорость торможения оператор регулирует, перемещая движок ЗП 2.
После достижения полной остановки электродвигателя оператор переводит движок ЗП 2 в нулевое положение. Устройство управления электродвигателем опять готово к работе.
Заявляемая полезная модель по сравнению с прототипом обладает более широкой областью применения, а, кроме того, она является более надежной.