УСТРОЙСТВО РЕЛЕЙНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА Российский патент 2009 года по МПК B60L15/04 H02P9/02 H02P7/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах, предназначенных для автоматического регулирования двигателя постоянного тока, а также в электроприводах переменного тока, построенных на базе асинхронных двигателей.

Известно устройство регулирования тока тягового электродвигателя транспортного средства (А.С. СССР №1400920 А1, МПК⁴ B60L 15/04, 1988 г.), содержащее в цепи питания тягового электродвигателя тиристорный преобразователь и тормозной реостат, в цепи обратной связи, регулирующей ток нагрузки двухуровневым ограничением, датчик тока, формирователь пилообразного напряжения, генератор пилообразных импульсов, два компаратора, три RS-триггера, четыре элемента И-НЕ, три элемента ИЛИ-НЕ, два усилителя, два формирователя импульсов, один генератор импульсов.

Недостатком данного устройства является переменная частота регулирования.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство релейно-импульсного регулятора тягового электродвигаделя постоянного тока (А.С. СССР №1614966 А1, МПК⁵ B60L 15/04, 1990 г.), содержащее в цепи питания тягового электродвигателя тиристорный преобразователь и диод, в цепи обратной связи, регулирующей ток нагрузки двухуровневым ограничением с принудительной синхронизацией, датчик тока, формирователь пилообразного напряжения, два компаратора, четыре RS-триггера, семь элементов И-НЕ, три элемента ИЛИ-НЕ, задатчик напряжения, два формирователя управляющих импульсов, генератор прямоугольных импульсов и пять формирователей импульсов.

К недостаткам этого устройства относятся:

- возможность возникновения в нагрузке режима, синхронизированного обеими последовательностями синхронизирующих импульсов, когда коммутация преобразователя происходит исключительно по синхронизирующим импульсам первой и второй последовательностей;

- возможность возникновения субгармонических и хаотических колебаний в диапазоне изменения коэффициента заполнения полупроводникового преобразователя, близком к значению 0,5.

Технической задачей изобретения является расширение области применения, повышение качества регулирования и надежности работы устройства за счет совмещения в одном устройстве двух способов регулирования тока нагрузки - релейного и релейно-импульсного.

Задача решается тем, что в известное устройство, содержащее нагрузку, диод, датчик тока, первый компаратор, второй компаратор, генератор импульсов, первый формирователь импульсов, второй формирователь импульсов, RS-триггер, введены полупроводниковый преобразователь, первый сумматор, второй сумматор, первый элемент И, второй элемент И, первый элемент ИЛИ, второй элемент ИЛИ, первый усилитель импульсов, второй усилитель импульсов, причем первый вход питания является входом «+» устройства, а также входом полупроводникового преобразователя, второй вход питания является входом «-» устройства, соединен с первым входом нагрузки и с первым входом диода, выход полупроводникового преобразователя соединен с первым входом датчика тока и со вторым входом диода, второй вход нагрузки соединен со вторым входом датчика тока, выход датчика тока соединен со вторым входом первого компаратора и с первым входом второго компаратора, вход «I_у» устройства соединен со входом уменьшаемого первого сумматора и со входом второго слагаемого второго сумматора, вход вычитаемого первого сумматора соединен со входом первого слагаемого второго сумматора и является входом «ΔI_у» устройства, выход первого сумматора соединен с первым входом первого компаратора, выход второго сумматора соединен со вторым входом второго компаратора, выход первого компаратора соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ, выход второго компаратора соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, выход генератора импульсов соединен со входом первого формирователя импульсов и с инверсным входом второго формирователя импульсов, выход первого формирователя импульсов соединен со вторым входом первого элемента И, выход второго формирователя импульсов соединен с первым входом второго элемента И, первый вход первого элемента И соединен со вторым входом второго элемента И и является входом «СИНХ» устройства, выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход второго элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ соединен с S-входом RS-триггера, выход второго элемента ИЛИ соединен с S-входом RS-триггера, прямой выход RS-триггера соединен со входом первого усилителя импульсов, выход первого усилителя импульсов соединен с первым управляющим входом полупроводникового преобразователя, инверсный выход RS-триггера соединен со входом второго усилителя импульсов, выход второго усилителя импульсов соединен со вторым управляющим входом полупроводникового преобразователя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема устройства, на фиг.2 и фиг.3 - временные диаграммы, демонстрирующие принцип его работы.

Устройство релейного регулирования тока содержит полупроводниковый преобразователь 1, нагрузку 2, диод 3, датчик тока 4, первый сумматор 5, второй сумматор 6, первый компаратор 7, второй компаратор 8, первый элемент ИЛИ 9, второй элемент ИЛИ 10, RS-триггер 11, первый усилитель импульсов 12, второй усилитель импульсов 13, генератор импульсов 14, первый формирователь импульсов 15, второй формирователь импульсов 16, первый элемент И 17, второй элемент И 18, причем первый вход питания «U» является входом «+» устройства, а также входом полупроводникового преобразователя 1, второй вход питания является входом «-» устройства, соединен с первым входом нагрузки 2 и с первым входом диода 3, выход полупроводникового преобразователя 1 соединен с первым входом датчика тока 4 и со вторым входом диода 3, второй вход нагрузки соединен со вторым входом датчика тока 4, выход датчика тока 4 соединен со вторым входом первого компаратора 7 и с первым входом второго компаратора 8, вход «I_у» устройства соединен со входом уменьшаемого первого сумматора 5 и со входом второго слагаемого второго сумматора 6, вход вычитаемого первого сумматора 5 соединен со входом первого слагаемого второго сумматора 6 и является входом «ΔI_у» устройства, выход первого сумматора 5 соединен с первым входом первого компаратора 7, выход второго сумматора 6 соединен со вторым входом второго компаратора 8, выход первого компаратора 7 соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ 9, выход второго компаратора 8 соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ 10, выход генератора импульсов 14 соединен со входом первого формирователя импульсов 15 и с инверсным входом второго формирователя импульсов 16, выход первого формирователя импульсов 15 соединен со вторым входом первого элемента И 17, выход второго формирователя импульсов 16 соединен с первым входом второго элемента И 18, первый вход первого элемента И 17 соединен со вторым входом второго элемента И 18 и является входом «СИНХ» устройства, выход первого элемента И 17 соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 9, выход второго элемента И 18 соединен с первым входом второго элемента ИЛИ 10, выход первого элемента ИЛИ 9 соединен с S-входом RS-триггера 11, выход второго элемента ИЛИ 10 соединен с R-входом RS-триггера 11, прямой выход RS-триггера 11 соединен со входом первого усилителя импульсов 12, выход первого усилителя импульсов 12 соединен с первым управляющим входом полупроводникового преобразователя 1, инверсный выход RS-триггера 11 соединен со входом второго усилителя импульсов 13, выход второго усилителя импульсов 13 соединен со вторым управляющим входом полупроводникового преобразователя 1.

Устройство релейного регулирования тока работает следующим образом.

Внешним логическим сигналом на входе «СИНХ» устройства задается режим работы устройства, а именно:

логическим «0» - релейный режим регулирования тока нагурзки;

логической «1» - релейно-импульсный режим регулирования тока нагрузки.

На фиг.2 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства релейного регулирования тока в режиме релейно-импульсного регулирования тока нагрузки.

В режиме релейно-импульсного регулирования тока нагрузки генератор импульсов 14 формирует последовательность импульсов постоянной частоты, по передним фронтам которых первый формирователь импульсов 15 формирует синхронизирующие импульсы 19, а по задним фронтам второй формирователь импульсов 16 формирует синхронизирующие импульсы 22 таким образом, что синхронизирующие импульсы 19 и 22 сдвинуты относительно друг друга на половину периода.

Сигнал, пропорциональный току нагрузки i(t) (см. диаграмму 28), поступающий с выхода датчика тока 4 на второй вход первого компаратора 7, сравнивается первым компаратором 7 с сигналом, поступающим на первый вход этого компаратора с выхода первого сумматора 5. На выходе первого сумматора 5 этот сигнал равен и задает нижний уровень тока нагрузки. При токе нагрузки i(t), не превышающем нижнего уровня

на выходе первого компаратора 7 формируется импульс 20. В то же время, сигнал, поступающий с выхода датчика тока 4 на первый вход второго компаратора 8, сравнивается вторым компаратором 8 с сигналом, поступающим на второй вход этого компаратора с выхода второго сумматора 6. На выходе второго сумматора 6 этот сигнал равен и задает верхний уровень тока нагрузки. При токе нагрузки i(t), не меньшем верхнего уровня

на выходе второго компаратора 8 формируется импульс 23.

Сигналы 20 и 23 с выходов первого 7 и второго 8 компараторов поступают на вторые входы первого 9 и второго 10 элементов ИЛИ.

В режиме релейно-импульсного регулирования тока нагрузки на вход «СИНХ» устройства подается логическая «1». В результате этого импульсы синхронизации 19 и 22 с выходов первого 15 и второго 16 формирователей импульсов поступают через первый 17 и второй 18 элементы И на первые входы первого 9 и второго 10 элементов ИЛИ.

На выходе первого элемента ИЛИ 9 сигнал 21 получается суммированием импульсов синхронизации 19 и импульсов 20, подаваемых на первый и второй вход этого элемента.

На выходе второго элемента ИЛИ 10 сигнал 24 получается суммированием импульсов синхронизации 22 и импульсов 23, подаваемых на первый и второй вход этого элемента.

Импульсы 21 устанавливают на прямом выходе RS-триггера 11 логическую «1» (см. диаграмму 25), а на инверсном - логический «0» (см. диаграмму 26) и предназначены для управления полупроводниковым преобразователем 1 таким образом, что тот подключает к нагрузке 2 питание «U» (+U, см. диаграмму 27). Импульсы 24 устанавливают на инверсном выходе RS-триггера 11 логическую «1» (см. диаграмму 26), а на прямом - логический «0» (см. диаграмму 25) и предназначены для управления полупроводниковым преобразователем 1 таким образом, что тот отключает нагрузку 2 от питания «U» (0, см. диаграмму 27).

На фиг.3 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства в режиме релейного регулирования тока нагрузки.

Сигнал, пропорциональный току нагрузки i(t) (см. диаграмму 34), поступающий с выхода датчика тока 4 на второй вход первого компаратора 7, сравнивается первым компаратором 7 с сигналом, поступающим на первый вход этого компаратора с выхода первого сумматора 5. На выходе первого сумматора 5 этот сигнал равен и задает нижний уровень тока нагрузки. При токе нагрузки, не превышающем нижнего уровня

на выходе первого компаратора 7 формируется импульс 29. В то же время, сигнал, поступающий с выхода датчика тока 4 на первый вход второго компаратора 8, сравнивается вторым компаратором 8 с сигналом, поступающим на второй вход этого компаратора с выхода второго сумматора 6. На выходе второго сумматора 6 этот сигнал равен и задает верхний уровень тока нагрузки. При токе нагрузки i(t), не меньшем верхнего уровня

на выходе второго компаратора 8 формируется импульс 30.

Сигналы 29 и 30 с выходов первого 7 и второго 8 компараторов поступают на вторые входы первого 9 и второго 10 элементов ИЛИ.

В режиме релейного регулирования тока нагрузки на вход «СИНХ» устройства подается логический «0». В результате этого импульсы синхронизации с выходов первого 15 и второго 16 формирователей импульсов блокируются первым 17 и вторым 18 элементами И, и на первые входы первого 9 и второго 10 элементов ИЛИ поступает логический «0».

Импульсы 29 устанавливают на прямом выходе RS-триггера 11 логическую «1» (см. диаграмму 31), а на инверсном - логический «0» (см. диаграмму 32) и предназначены для управления полупроводниковым преобразователем 1 таким образом, что тот подключает к нагрузке 2 питание «U» (+U, см. диаграмму 33). Импульсы 30 устанавливают на инверсном выходе RS-триггера 11 логическую «1» (см. диаграмму 32), а на прямом - логический «0» (см. диаграмму 31) и предназначены для управления полупроводниковым преобразователем 1 таким образом, что тот отключает нагрузку 2 от питания «U» (0, см. диаграмму 33).

Изобретение позволяет расширить область применения, повысить качество регулирования и надежность работы устройства за счет совмещения в одном устройстве двух способов регулирования тока нагрузки - релейного или релейно-импульсного.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в расширении области применения, повышении качества регулирования и надежности работы. Устройство содержит нагрузку, диод, датчик тока, первый компаратор, второй компаратор, генератор импульсов, первый формирователь импульсов, второй формирователь импульсов, RS-триггер, введены полупроводниковый преобразователь, первый сумматор, второй сумматор, первый элемент И, второй элемент И, первый элемент ИЛИ, второй элемент ИЛИ, первый усилитель импульсов, второй усилитель импульсов. 3 ил.

Устройство релейного регулирования тока, содержащее нагрузку, диод, датчик тока, первый компаратор, второй компаратор, генератор импульсов, первый формирователь импульсов, второй формирователь импульсов, RS-триггер, отличающееся тем, что в устройство введены полупроводниковый преобразователь, первый сумматор, второй сумматор, первый элемент И, второй элемент И, первый элемент ИЛИ, второй элемент ИЛИ, первый усилитель импульсов, второй усилитель импульсов, причем первый вход питания является входом «+» устройства, а также входом полупроводникового преобразователя, второй вход питания является входом «-» устройства, соединен с первым входом нагрузки и с первым входом диода, выход полупроводникового преобразователя соединен с первым входом датчика тока и со вторым входом диода, второй вход нагрузки соединен со вторым входом датчика тока, выход датчика тока соединен со вторым входом первого компаратора и с первым входом второго компаратора, вход «I_у» устройства соединен со входом уменьшаемого первого сумматора и со входом второго слагаемого второго сумматора, вход вычитаемого первого сумматора соединен со входом первого слагаемого второго сумматора и является входом «ΔI_у» устройства, выход первого сумматора соединен с первым входом первого компаратора, выход второго сумматора соединен со вторым входом второго компаратора, выход первого компаратора соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ, выход второго компаратора соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, выход генератора импульсов соединен со входом первого формирователя импульсов и с инверсным входом второго формирователя импульсов, выход первого формирователя импульсов соединен со вторым входом первого элемента И, выход второго формирователя импульсов соединен с первым входом второго элемента И, первый вход первого элемента И соединен со вторым входом второго элемента И и является входом «СИНХ» устройства, выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход второго элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ соединен с S-входом RS-триггера, выход второго элемента ИЛИ соединен с R-входом RS-триггера, прямой выход RS-триггера соединен со входом первого усилителя импульсов, выход первого усилителя импульсов соединен с первым управляющим входом полупроводникового преобразователя, инверсный выход RS-триггера соединен со входом второго усилителя импульсов, выход второго усилителя импульсов соединен со вторым управляющим входом полупроводникового преобразователя.