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![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/13/137198.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/13/137199.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/13/137200.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/13/137201.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/13/137202.gif)
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
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4