Цифровой модулятор для преобразователя частоты двухфазного асинхронного электродвигателя

 

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в преобразователях систем управления. Цифровой модулятор для преобразователя частоты двухфазного асинхронного электродвигателя, содержащий генератор 1 прямоугольных импульсов, счетчики 2, 3 и 4, триггер 5 знака, триггер 6, элементы ИЛИ 7, 8, 9 и 10, инвертор 11, элемент 12 И, элементы И-НЕ 13,14,15 и 16, дешифратор 17, формирователи 18 и 19 импульсов, сумматор 20, регистр 21, схему 22 ограничения, схему 23 сброса, выходные шины 24, 25, 26 и 27, шину 28 входного сигнала и шину 29 знака. Технический результат: цифровой модулятор позволяет упростить конструкцию и эффективно использовать его для преобразователя частоты двухфазного асинхронного электродвигателя. 4 ил.

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в преобразователях систем управления.

Наиболее близким по технической сущности является цифровой модулятор (см. авт. св. СССР N 1800604, опубл. в БИ N 9, 1993), содержащий генератор прямоугольных импульсов, два счетчика, триггер знака, триггер, четыре элемента ИЛИ, шесть элементов И-НЕ, дешифратор, четыре формирователя импульсов, сумматор, регистр, двоично-шестиричный счетчик, схему ограничения и схему сброса.

Недостатком наиболее близкого цифрового модулятора является сложность технической реализации и невозможность эффективного использования для преобразователя частоты двухфазного асинхронного электродвигателя.

Сущность изобретения заключается в том, что в цифровой модулятор для преобразователя частоты двухфазного асинхронного электродвигателя, содержащий генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, триггер знака, триггер, первый, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ, инвертор, элемент И, первый, второй, третий и четвертый элементы И-НЕ, дешифратор, первый и второй формирователи импульсов, сумматор, регистр, схему ограничения и схему сброса, причем выход генератора прямоугольных импульсов соединен со счетным входом первого счетчика и первыми входами первого и второго элементов ИЛИ и регистра, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера знака, первый вход которого соединен с шиной знака, а второй вход - с выходом инвертора, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с входами обратного и прямого счета второго счетчика, разрядные входы которого соединены с выходом схемы ограничения, разрядные входы которой соединены с шиной входного сигнала, а знаковый вход - с шиной знака, разрядные входы первого счетчика соединены с общей шиной, а выход - с первым входом элемента И, прямой и инверсный выходы триггера знака соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходом первого формирователя импульсов, первый выход дешифратора соединен с первыми входами первого и четвертого элементов И-НЕ, второй выход дешифратора соединен со вторым входом первого и первым входом третьего элементов И НЕ, третий выход дешифратора соединен с первым входом второго и вторым входом третьего элементов И-HЕ, четвертый выход дешифратора соединен со вторым входом второго элемента И-НЕ, выход схемы ограничения соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен со вторым входом регистра, выход которого соединен со вторым входом сумматора, выход схемы сброса соединен со вторым входом элемента И и третьим входом регистра, выходы первого, второго, третьего и четвертого элементов И-НЕ соединены с выходными шинами, дополнительно введен третий счетчик, причем первый и второй выходы третьего счетчика соединены соответственно с первым и вторым входами дешифратора, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ соединены соответственно с входами прямого и обратного счета третьего счетчика, выход второго счетчика соединен с первым входом триггера, выход которого соединен с третьим входом дешифратора, выход элемента И соединен со вторым входом триггера, входами записи информации первого и второго счетчика и входом инвертора, старший разряд выхода регистра соединен с входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен с четвертым входом дешифратора, четвертый выход дешифратора соединен со вторым входом четвертого элемента И-НЕ.

Существенные отличия находят свое выражение в новой совокупности связей между элементами устройства. Указанная совокупность связей позволяет упростить конструкцию и обеспечить работу цифрового модулятора для преобразователя частоты двухфазного асинхронного электродвигателя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема цифрового модулятора для преобразователя частоты двухфазного асинхронного электродвигателя; на фиг. 2 - функциональная схема схемы ограничения; на фиг. 3 временные диаграммы работы устройства; на фиг. 4 - электрическая схема подсоединения силовых транзисторов и двухфазного асинхронного электродвигателя к цифровому модулятору.

Цифровой модулятор (фиг. 1) для преобразователя частоты двухфазного асинхронного электродвигателя содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, счетчики 2, 3 и 4, триггер 5 знака, триггер 6, элементы ИЛИ 7, 8, 9 и 10, инвертор 11, элемент И 12, элементы И-НЕ 13, 14, 15 и 16, дешифратор 17, формирователи 18 и 19 импульсов, сумматор 20, регистр 21, схему 22 ограничения, схему 23 сброса, выходные шины 24, 25, 26 и 27, шину 28 входного сигнала и шину 29 знака. Выход генератора 1 прямоугольных импульсов соединен со счетным входом счетчика 2 и первыми входами элементов ИЛИ 7 и 8 и регистра 21. Вторые входы элемента ИЛИ 7 и 8 соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера 5 знака, первый вход которого соединен с шиной 29 знака, а второй вход - с выходом инвертора 11. Выходы элементов ИЛИ 7 и 8 соединены соответственно с входами обратного и прямого счета счетчика 3, разрядные входы которого соединены с выходом схемы 22 ограничения. Разрядные входы схемы 22 ограничения соединены с шиной 28 входного сигнала, а знаковый вход - с шиной 29 знака. Разрядные входы счетчика 2 соединены с общей шиной, а выход - с первым входом элемента И 12. Прямой и инверсный выходы триггера 5 знака соединены соответственно с первыми входами элементов ИЛИ 9 и 10, вторые входы которых соединены с выходом формирователя 18 импульсов. Первый выход дешифратора 17 соединен с первыми входами элементов И-НЕ 13 и 16. Второй выход дешифратора 17 соединен со вторым входом элемента И-НЕ 13 и первым входом элемента И-НЕ 15. Третий выход дешифратора 17 соединен с первым входом элемента И-НЕ 14 и вторым входом элемента И-НЕ 15. Четвертый выход дешифратора 17 соединен со вторыми входами элементов И-НЕ 14 и 16. Выход схемы 22 ограничения соединен с первым входом сумматора 20, выход которого соединен со вторым входом регистра 21, а выход последнего соединен со вторым входом сумматора 20. Выход схемы 23 сброса соединен со вторым входом элемента И 12 и третьим входом регистра 21. Первый и второй (разрядные) выходы счетчика 4 соединены соответственно с первым и вторым входами дешифратора 17. Выходы элементов ИЛИ 9 и 10 соединены соответственно с входами прямого и обратного счета счетчика 4. Выход счетчика 3 соединен с первым входом триггера 6, выход которого соединен с третьим входом дешифратора 17. Выход элемента И 12 соединен со вторым входом триггера 6, входами записи информации счетчиков 2 и 3 и входом инвертора 11. Старший разряд выхода регистра 21 соединен с входом формирователя 18 импульсов, выход которого соединен с входом формирователя 19 импульсов. Выход последнего соединен с четвертым входом дешифратора 17. Выходы элементов И-НЕ 13, 14, 15 и 16 соединены с выходными шинами 27, 26, 25 и 24.

Генератор 1 прямоугольных импульсов может быть выполнен, например, на микросхеме К155ЛА3 с кварцевой стабилизацией или с времязадающим конденсатором. Счетчики 2, 3 и 4 реализованы, например, на микросхемах К555ИЕ7. Выходы счетчиков 2 и 3 могут быть организованы подключением на соответствующий выходной разряд одновибратора К555АГ3 или объединением через элемент И штатных выходов переноса. Триггер 5 знака и триггер 6, например, выполнены на микросхемах К555ТМ2, элементы ИЛИ 7, 8, 9 и 10 - на микросхемах К555ЛЛ1, инвертор 11 - на микросхеме К555ЛН1, элемент И 12 - на микросхеме К555ЛИ1, элементы И-НЕ 13, 14, 15 и 16 - на микросхемах К555ЛА1, дешифратор 17 на микросхеме К555ИД7, формирователи 18 и 19 импульсов - на микросхемах К555АГ3, сумматор 20 - на микросхемах К155ИМ3, регистр 21 - на микросхемах К155ТМ8.

Схема 22 ограничения (фиг. 2) содержит, например, группу 30 элементов ИЛИ, группу 31 элементов И, элемент И-НЕ 32, элемент ИЛИ 33, элемент ИЛИ 34, элемент 35 ИЛИ-НЕ, инвертор 36.

В зависимости от величины, на которой должен быть ограничен входной сигнал, n разрядов шины 28 разбиваются на две группы с 1 до (n-m) и с (n-m+1) до n, причем m < n. Первая гриппа разрядов - с 1 до (n-m) - соединена с первыми входами группы 30 элементов ИЛИ, выходы которых соединены с первыми входами группы 31 элементов И, выходы которых являются (n-m)-младшими разрядами выхода схемы 22 ограничения. Вторая группа разрядов шины 28 - с (n-m+1) до n - являются соответствующими разрядами выхода схема 22 ограничения. Они соединены с m входами элементов И-НЕ 32 и ИЛИ 35. Выход элемента И-НЕ 32 соединен с первым входом элемента ИЛИ 34, выход которого соединен со вторыми входами грдппы 31 элементов И. Выход элемента ИЛИ 33 соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 35, второй вход которого соединен с выходом инвертора 36, а выход - со вторыми входами группы 30 элементов ИЛИ. Второй вход элемента ИЛИ 34 и вход инвертора 36 соединены с шиной знака.

Схема 23 сброса, например, может быть выполнена в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора, причем второй вывод резистора присоединяется к шине питания, а второй вывод конденсатора - к общей шине. Вывод резистора, соединенный с конденсатором, является выходом схемы 23 сброса.

Цифровой модулятор для преобразователя частоты двухфазного асинхронного электродвигателя работает следующим образом. После включения питания схема 23 сброса формирует сигнал, который устанавливает в исходное состояние регистр 21. Этот же сигнал через элемент И 12 устанавливает в исходное состояние триггер 6, стробирует счетчики 2 и 3 и далее через инвертор 11 стробирует триггер 5 знака. При этом входной сигнал, пройдя через схему 22 ограничения, записывается в прямом (при положительном знаке сигнала) или в обратном (при отрицательном знаке сигнала) коде в счетчик 3, а код знака этого сигнала записывается в триггер 5 знака.

В зависимости от знака входного сигнала импульсы генератора 1 с частотой f0 проходят либо через элемент ИЛИ 7 (знак положительный), либо через элемент ИЛИ 8 (знак отрицательный) и поступают соответственно либо на вход обратного счета, либо на вход прямого счета счетчика 3. В зависимости от величины N входного сигнала на выходе счетчика 3 через интервал времени после стробирования появится отрицательный импульс (фиг. 3а). Этот отрицательный импульс с выхода счетчика 3 поступает на вход установки триггера 6, на выходе которого при этом появляется сигнал высокого уровня (фиг.3 б). Через интервал времени где n - количество разрядов двоичного счетчика, после стробирования на выходе счетчика 2 появится отрицательный импульс (фиг.3 в), который, пройдя через элемент И 12, устанавливает на выходе триггера 6 сигнал низкого уровня, стробирует счетчики 2 и 3 и далее через инвертор 11 стробирует триггер 5 знака. После этого процесс формирования выходных сигналов счетчиков 2 и 3 и триггера 6 повторяется. В результате на выходе триггера 6 (фиг.3 б) получается сигнал со скважностью Одновременно с работой названных элементов входной сигнал через схему 22 ограничения поступает на вход сумматора 20 и суммируется с сигналом на выходе регистра 21. В первоначальный момент времени на выходе регистра 21 находится нулевой сигнал. По приходе импульса с генератора 1 в регистр 21 записывается сигнал с выхода сумматора 20 и далее процесс повторяется. В результате происходит нарастание сигнала на выходе сумматора 20 и регистра 21. Вследствие этого на старшем разряде выхода регистра 21 появляется сигнал высокого уровня с частотой f1, которая при наличии двойной разрядности 2n сумматора 20 и регистра 21 линейно зависит от величины N входного сигнала При появлении сигнала высокого уровня на старшем разряде выхода регистра 21 формирователь 18 импульсов формирует короткие импульсы, которые через элементы ИЛИ 10 или 11 поступают либо на вход прямого счета, либо на вход обратного счета счетчика 4. При этом на первом и втором выходах счетчика 4 формируются периодические сигналы (фиг. 3 г. д. соответственно), причем частота одного и того же кодового сочетания на этих выходах
В зависимости от кодового сочетания сигналов выходов счетчика 4 и сигнала с триггера 6 на одном из четырех выходов дешифратора 17 появляется сигнал низкого уровня, который пройдя через соответствующую пару элементов И-НЕ 13, 14, 15 и 16, появляется на одной из пар выходных шин 24, 25, 26 и 27 в виде сигнала высокого уровня. В результате на выходных шинах 24, 25, 26 и 27 получается частотно-широтно-модулированный сигнал (фиг.3 е. ж, з, и).

Двухфазный асинхронный электродвигатель и силовые транзисторы через цепи гальванической развязки и усиления подключают к выходным шинам 24, 25, 21, и 27 цифрового модулятора как показано на фиг. 4. При подаче кода N на вход модулятора на обмотках электродвигателя создается двухфазная система напряжений (фиг. 3 к, л), сдвинутых по фазе на 90 электрических градусов и переменных по частоте f и амплитуде U (в зависимости от величины N). А это как раз и необходимо для регулирования скорости двухфазного асинхронного электродвигателя (см. Михайлов О.П. Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов.- М.: Машиностроение, 1990, c. 205 - 213.).

Таким образом, предложенный цифровой модулятор позволяет упростить конструкцию и эффективно использовать его для преобразователя частоты двухфазного асинхронного электродвигателя,

Формула изобретения

Цифровой модулятор для преобразователя частоты двухфазного асинхронного электродвигателя, содержащий генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, триггер знака, триггер, первый, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ, инвертор, элемент И, первый, второй, третий и четвертый элементы И-НЕ, дешифратор, первый и второй формирователи импульсов, сумматор, регистр, схему ограничения и схему сброса, причем выход генератора прямоугольных импульсов соединен со счетным входом первого счетчика и первыми входами первого и второго элементов ИЛИ и регистра, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера знака, первый вход которого соединен с шиной знака, а второй вход - с выходом инвертора, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с входами обратного и прямого счета второго счетчика, разрядные входы которого соединены с выходом схемы ограничения, разрядные входы которой соединены с шиной входного сигнала, а знаковый вход - с шиной знака, разрядные входы первого счетчика соединены с общей шиной, а выход - с первым входом элемента И, прямой и инверсный выходы триггера знака соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходом первого формирователя импульсов, первый выход дешифратора соединен с первыми входами первого и четвертого элементов И-НЕ, второй выход дешифратора соединен со вторым входом первого и первым входом третьего элементов И-НЕ, третий выход дешифратора соединен с первым входом второго и вторым входом третьего элементов И-НЕ, четвертый выход дешифратора соединен со вторым входом второго элемента И-НЕ, выход схемы ограничения соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен со вторым входом регистра, выход которого соединен со вторым входом сумматора, выход схемы сброса соединен со вторым входом элемента И и третьим входом регистра, выходы первого, второго, третьего и четвертого элементов И-НЕ соединены с выходными шинами, отличающийся тем, что в него дополнительно введен третий счетчик, причем первый и второй выходы третьего счетчика соединены соответственно с первым и вторым входами дешифратора, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ соединены соответственно с входами прямого и обратного счета третьего счетчика, выход второго счетчика соединен с первым входом триггера, выход которого соединен с третьим входом дешифратора, выход элемента И соединен со вторым входом триггера, входами записи информации первого и второго счетчика и входом инвертора, старший разряд выхода регистра соединен с входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен с четвертым входом дешифратора, четвертый выход дешифратора соединен со вторым входом четвертого элемента И-НЕ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4