Устройство управления реверсивным электроприводом постоянного тока
Полезная модель относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами при наземных испытаниях изделий ракетно-космической техники (РКТ) и может быть использована в авиационной и химической промышленности.
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является упрощение схемы устройства управления реверсивным приводом постоянного тока и повышение его надежности.
Устройство содержит ключевую мостовую схему, к которой подключен привод схемы формирования команд «Вращение по часовой стрелке» и «Вращение против часовой стрелки» от системы управления и комбинационную логическую схему управления (с элементами задержки для исключения сквозных токов) транзисторными ключами в ключевой мостовой схеме.
Полезная модель относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами при наземных испытаниях изделий ракетно-космической техники (РКТ) и может быть использовано в авиационной и химической промышленности.
В составе изделий РКТ применяются реверсивные приводы постоянного тока для управления регуляторами тяги ракетных двигателей и дросселями поддержания соотношения компонентов топлива. Эти приводы используются также на стендах для регулирования расхода топлив при заправке ими баков ракетных блоков, для задания режимов работы агрегатов изделий РКТ. Поэтому важной задачей информационно-управляющих систем (ИУС) при стендовых испытаниях РКТ является надежное управление этими приводами. При этом устройство управления приводами должно подключаться как к не резервированным, так и резервированным (дублированным или троированным) стендовым ИУС.
Известно устройство управления реверсивным приводоам постоянного тока фирмы Infineon (Motor Drive Solutions, май 2007 г: http://www.infineon.com/dgd1/AP_MotorDrives_Brochure_final.pdf?folderid=db3a3043156fd5730116144c5dl01c30&fileld=db3a30431689f4420116ced269710b4b, pdf-документ, стр.15), содержащее ключевую мостовую схему и микропроцессор, подключенный к источнику питания, выходам внешней по отношению к устройству системы управления и управляющим входам ключевой мостовой схемы, к которой подключается реверсивный привод постоянного тока. Данное устройство реализует любую логику подачи команд на ключевую мостовую схему, обеспечивающую в том числе исключение сквозных токов в мостовой схеме подключения привода и сопряжение с системой управления любого типа. Вместе с тем, использование микропроцессора влечет за собой усложнение схемы устройства и снижение его надежности, так как микропроцессор является сложным техническим элементом, требующим принятия специальных мер по повышению надежности программного обеспечения и электропитания, (в схеме Infineon используется модуль питания TLE-4278 с обвязкой его фильтрующими конденсаторами по входу и выходу).
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в упрощении схемы устройства управления реверсивным приводом постоянного тока и повышении его надежности.
Это достигается тем, что в известное устройство управления реверсивным приводом постоянного тока, содержащее ключевую мостовую схему с подключенными стоками к плюсу источника питания 27 В первым и вторым верхними транзисторами и подключенными истоками к общему проводу питания первым и вторым нижними транзисторами, образующими мост, в диагональ которого включен реверсивный привод постоянного тока, команды управления которым подаются с двух выходов внешней по отношению к устройству системы управления на входы соответственно первого и второго фильтров, выходы которых подключены соответственно к светодиодам первого и второго оптронов, транзисторы которых подключены эмиттерами к общему проводу питания, коллекторами - соответственно через первый и второй резисторы к плюсу источника 5 В, согласно полезной модели в него введены первый, второй, третий и четвертый элементы «НЕ», первый, второй, третий и четвертый элементы «И» и первая и вторая схемы задержки, которые содержат подключенные между входом и выходом соответственно третий и четвертый резисторы и первый и второй диоды, аноды которых соединены с выходами схем задержки, а через первый и второй конденсаторы - с общим проводом питания, при этом выход первого элемента «НЕ» соединен с первым входом первого элемента «И» и входом первой схемы задержки, выход которой подключен ко второму входу первого элемента «И», выход второго элемента «НЕ» соединен с первым входом второго элемента «И» и с входом второй схемы задержки, выход которой подключен ко второму входу второго элемента «И», выход первого элемента «И» подключен к управляющему входу второго нижнего транзистора ключевой мостовой схемы, первому входу четвертого элемента «И» и к входу третьего элемента «НЕ», выход которого соединен с первым входом третьего элемента «И», второй вход которого соединен с выходом второго элемента «И», управляющим входом первого нижнего транзистора ключевой мостовой схемы и входом четвертого элемента «НЕ», выход которого подключен ко второму входу четвертого элемента «И», выход которого подключен ко второму входу четвертого элемента «И», выход которого подключен к управляющему входу первого верхнего транзистора ключевой мостовой схемы, управляющий вход второго верхнего транзистора в которой соединен с входом третьего элемента «И».
На чертеже изображена схема устройства.
Устройство содержит первый 1 и второй 2 фильтры, первый 3 и второй 4 оптроны, первый 5 и второй 6 резисторы, первый 7, второй 8, третий 9 и четвертый 10 элементы «НЕ», первую 11 и вторую 12 схемы задержки, первый 13, второй 14, третий 15 и четвертый 16 элементы «И» и ключевую мостовую схему 17, в диагональ моста которой подключен привод 18, а в ее состав входят подключенные стоками к плюсу источника питания 27 В первый 17-1 и второй 17-2 верхние транзисторы, подключенные истоками к общему проводу питания первый 17-3 и второй 17-4 нижние транзисторы. Схемы задержки 11 и 12 содержат соответственно резисторы 11-1 и 12-1, соединяющие входы схем задержки 11 и 12 с их выходами. Параллельно резисторам 11-1 и 12-1 подключены соответственно диоды 11-2 и 12-2 анодом к выходам схем задержки 11 и 12, к которым подключены конденсаторы 11-3 и 12-3, другими обкладками соединенные с общим проводом питания. Выходы системы управления подключаются ко входу фильтра 1 (команда «Вращение по часовой стрелке») и ко входу фильтра 2 (команда «Вращение против часовой стрелки»), к выходам которых подключены соответственно светодиоды оптронов 3 и 4, эмиттеры которых соединены с общим проводом питания, а коллекторы соединены соответственно через первый 5 и второй 6 резисторы к плюсу источника питания 5 В и к входам первого 7 и второго 8 элементов »НЕ», выходы которых соединены соответственно с первыми входами первой 11 и второй 12 схем задержки, выходы которых подключены соответственно ко вторым входам первого 13 и второго 14 элементов «И». Выход первого 13 элемента «И» подключен к управляющему входу второго 17-4 нижнего транзистора ключевой мостовой схемы 17, первому входу четвертого 16 элемента «И» и к входу третьего 9 элемента «НЕ», выход которого соединен с первым входом третьего 15 элемента «И», второй вход которого соединен с выходом второго 14 элемента «И», управляющим входом первого 17-3 нижнего транзистора ключевой мостовой схемы 17 и входом четвертого 10 элемента «НЕ», выход которого соединен со вторым входом четвертого 16 элемента «И», выход которого подключен к управляющему входу первого 17-1 верхнего транзистора ключевой мостовой схемы 17, в которой управляющий вход второго 17-2 верхнего транзистора соединен с выходом третьего 15 элемента «И».
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии на двух выходах системы управления, определенных для управления устройством, выставлены логические нули. Согласно логике работы схемы устройства на входах всех транзисторов ключевой мостовой схемы 17 также сформированы сигналы нулевого уровня, при которых все эти транзисторы закрыты. Привод 18 обесточен, что соответствует пункту 1 следующей таблицы истинности логики работы схемы устройства:
 | Вход 1 | Вход 2 | Входы транзисторных ключей | |||
 п/п | Вращение по часовой стрелке | Вращение против часовой стрелки | первый нижний | второй нижний | первый верхний | второй верхний |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 3 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 4 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
Пункт 2 этой таблицы определяет вращение привода по часовой стрелке, пункт 3 - против часовой стрелки, а пункт 4 определяет режим торможения привода 18. При комбинации входов устройства 10 на выходе первого 7 элемента «НЕ» формируется сигнал логической единицы, который с задержкой, определяемой временем заряда конденсатора 11-3 через резистор 11-1 первой 11 схемы задержки, повторяется на выходе первого 13 элемента «И», который формирует сигналы включения второго 17-4 нижнего транзистора и через третий 15 элемент »И» первого 17-1 верхнего транзистора ключевой мостовой схемы 17. Привод 18 запитывается током в направлении вращения по часовой стрелке через первый 17-1 верхний и второй 17-4 нижний транзисторы ключевой мостовой схемы 17. При комбинации входов устройства 01 работа схемы устройства является симметричной относительно входов. Привод 18 запитывается током в направлении вращения против часовой стрелки через второй 17-2 верхний и первый 17-3 нижний транзисторы ключевой мостовой схемы 17. При комбинации входов устройства 11 транзисторы первого 3 и второго 4 оптронов включены, на входах первого 7 и второго 8 элемента «НЕ» - нули, на их выходах - единицы, соответственно включены через первый 9 и второй 10 элементы «И» нижние транзисторы 17-3 и 17-4 ключевой мостовой схемы 17. На выходах третьего 9 и четвертого 10 элементов «НЕ» - нули, что задает выключенное состояние верхних транзисторов 17-1 и 17-2 ключевой мостовой схемы 17, Через включенные нижние транзисторы 17-3 и 17-4 происходит разряд накопленной энергии в индуктивности привода 18. Параметры элементов схем задержки 11 и 12 выбираются из условия исключения сквозных токов через транзисторы в одном плече моста ключевой мостовой схемы 17. Диоды 11-2 и 12-2 служат для исключения задержки при отключении транзисторов 17-1-17-4. Этой же цели служит введение третьего 9 и четвертого 10 элементов «НЕ», которые обеспечивают небольшую (совместно с третьим 15 и четвертым 16 элементами «И») задержку включения верхних транзисторов 17-2 и 17-2 при переходе из режима торможения к движению привода 18 вперед или назад. Исключению сквозных токов при этом способствует также меньшее время переключения нижних транзисторов по сравнению с верхними в ключевой мостовой схеме 17 (согласно техническому описанию указанных выше схем).
Повышение надежности работы устройства достигается заменой микропроцессора и схемы его питания простой логической схемой комбинационного типа и исключением программных средств. Устройство сопрягается как с не резервированными, так и с резервированными системами управления, так как управляется выходами этих систем.
Устройство управления реверсивным приводом постоянного тока, содержащее ключевую мостовую схему с подключенными стоками к плюсу источника питания 27 В первым и вторым верхними транзисторами и подключенными истоками к общему проводу питания первым и вторым нижними транзисторами, образующими мост, в диагональ которого включен реверсивный привод постоянного тока, команды управления которым подаются с двух выходов внешней по отношению к устройству системы управления на входы соответственно первого и второго фильтров, выходы которых подключены соответственно к светодиодам первого и второго оптронов, транзисторы которых подключены эмиттерами к общему проводу питания, коллекторами соответственно через первый и второй резисторы к плюсу источника 5 В, отличающееся тем, что в него введены первый, второй, третий и четвертый элементы «НЕ», первый, второй, третий и четвертый элементы «И» и первая и вторая схемы задержки, которые содержат подключенные между входом и выходом соответственно третий и четвертый резисторы и первый и второй диоды, аноды которых соединены с выходами схем задержки, а через первый и второй конденсаторы - с общим проводом питания, при этом выход первого элемента «НЕ» соединен с первым входом первого элемента «И» и входом первой схемы задержки, выход которой подключен ко второму входу первого элемента «И», выход второго элемента «НЕ» соединен с первым входом второго элемента «И» и с входом второй схемы задержки, выход которой подключен ко второму входу второго элемента «И», выход первого элемента «И» подключен к управляющему входу второго нижнего транзистора ключевой мостовой схемы, первому входу четвертого элемента «И» и к входу третьего элемента «НЕ», выход которого соединен с первым входом третьего элемента «И», второй вход которого соединен с выходом второго элемента «И», управляющим входом первого нижнего транзистора ключевой мостовой схемы и входом четвертого элемента «НЕ», выход которого подключен ко второму входу четвертого элемента «И», выход которого подключен к управляющему входу первого верхнего транзистора ключевой мостовой схемы, управляющий вход второго верхнего транзистора в которой соединен с входом третьего элемента «И».
