Устройство частотно-импульсного регулирования тока RL-нагрузки Российский патент 2023 года по МПК H02P7/29 H02M7/501 H03K7/06 H02M3/158 

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для автоматического управления преобразователями энергии постоянного тока в энергию переменного тока методом частотно-импульсной модуляции и может быть использовано в электроприводах, построенных на базе асинхронных электродвигателей, источниках энергообеспечения и бесперебойного питания вычислительной техники и медицинского оборудования.

Известно устройство для регулирования тока тягового электродвигателя транспортного средства, содержащее тиристорный преобразователь в цепи питания электродвигателя, тормозной реостат, датчик тока, формирователь пилообразного напряжения, два компаратора, три RS-триггера, четыре элемента И-НЕ, два элемента ИЛИ-НЕ, три формирователя импульсов, генератор прямоугольных импульсов, два усилителя управляющих импульсов, задатчик эталонного напряжения (А.С. СССР №SU 1400920 А1, МПК4 B60L 15/04, опубл. 07.06.88, БИ №21).

Недостатком указанного устройства является низкая надежность и то, что оно не обеспечивает преобразование энергии постоянного тока в энергию переменного тока.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является устройство для регулирования тока электродвигателя постоянного тока, содержащее тиристорный преобразователь в цепи питания электродвигателя, обратный диод, источник питания, датчик якорного тока, формирователь пилообразного напряжения, компаратор, три RS-триггера, шесть элементов И-НЕ, три элемента ИЛИ-НЕ, пять формирователей импульсов, генератор прямоугольных импульсов, два усилителя импульсов, задатчик эталонного напряжения (А.С. СССР №SU 1403320 А1, МПК4 H02P 5/175, опубл. 15.06.88, БИ №22).

К недостаткам указанного устройства относятся низкая надежность из-за сложности реализации схемы релейного элемента в цепи обратной связи по току нагрузки и силовая часть не позволяет получить переменный ток в нагрузке из источника постоянного тока.

Технической задачей изобретения является реализация синусоидальной частотно-импульсной модуляции для получения на нагрузке переменного тока и повышение надежности устройства.

Техническая задача решается тем, что в известное устройство, содержащее два формирователя импульсов постоянной длительности, выходы которых к двум первым входам логических элементов И-НЕ, выходы последних подключены к S и R входам управляющего RS-триггера, выходы RS-триггера подключены к входам двух формирователей импульсов постоянной длительности введены компаратор, логический элемент ИЛИ-НЕ, генератор опорного задающего синусоидального сигнала, источник постоянного напряжения в цепи питания мостового инвертора, состоящего из четырех полупроводниковых ключей, RL - нагрузки, датчика тока нагрузки, выход которого подключен к инверсному входу компаратора, прямой вход компаратора соединен с выходом генератора опорного задающего синусоидального сигнала, выход компаратора подключен к входу логического элемента ИЛИ-НЕ, выход последнего подключен ко второму входу второго логического элемента И-НЕ, второй вход первого логического элемента И-НЕ соединен с выходом компаратора, прямой выход управляющего RS-триггера подключен к входам первой пары ключей мостового инвертора, а инверсный выход RS-триггера - к входам второй пары силовых ключей.

Сущность изобретения поясняется чертежами фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства. Фиг. 2 поясняет сущность регулирования методом частотно-импульсной модуляции, а на фиг. 3 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства. На фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 обозначено: E0 - напряжение питания 9; i - ток RL-нагрузки; A - выходной сигнал датчика тока нагрузки 10.6; B - выходное напряжение генератора 8 задающего синусоидального сигнала; C - выходное напряжение компаратора 6; D - напряжение прямого выхода управляющего RS-триггера 5; E - напряжение инверсного выхода RS-триггера 5; F и G - сигналы на выходе формирователей импульсов постоянной длительности 1,2; 10.1, 10.2, 10.3,10.4 - полупроводниковые силовые ключи инвертора 10; 10.5 - RL-нагрузка.

Устройство частотно-импульсного регулирования тока, содержащее два формирователя импульсов постоянной длительности 1 и 2, выходы которых подключены к двум первым входам логических элементов И-НЕ 3, 4, выходы последних подключены к S и R входам управляющего RS-триггера 5, выходы RS-триггера подключены к входам двух формирователей импульсов постоянной длительности 1, 2, отличающееся тем, что, с целью реализации синусоидальной частотно-импульсной модуляции и повышения надежности введены компаратор 6, логический элемент ИЛИ-НЕ 7, генератор 8 опорного задающего синусоидального сигнала, источник постоянного напряжения 9 в цепи питания мостового инвертора 10, состоящего из четырех полупроводниковых ключей 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, RL-нагрузки 10.5, датчика тока 10.6, выход которого подключен к инверсному входу компаратора 6, прямой вход компаратора соединен с выходом генератора 8 опорного задающего синусоидального сигнала, выход компаратора подключен к входу логического элемента ИЛИ-НЕ 7, выход последнего подключен ко второму входу второго логического элемента И-НЕ 4, второй вход первого логического элемента И-НЕ 3 соединен с выходом компаратора 6, входы силовых ключей 10.1 и 10.2 мостового инвертора 10 объединены и соединены с прямым выходом управляющего RS-триггера, а объединенные входы второй пары силовых ключей 10.3, 10.4 соединены с инверсным выходом RS-триггера.

Временные диаграммы, поясняющие сущность регулирования тока нагрузки методом частотно-импульсной модуляции приведены на фиг. 2 и фиг. 3.

Выходной сигнал A датчика тока 10.6, пропорциональный величине тока i нагрузки, поступает на инверсный вход компаратора 6, а на прямой вход последнего подается сигнал B с генератора 8 задающего синусоидального сигнала, пропорциональный величине уставки тока нагрузки.

Если выходной сигнал датчика тока больше задающего сигнала, то на выходе компаратора устанавливается состояние логического «0», в противном случае - логической «1».

На фиг. 2 (а) изображен случай, когда колебания тока нагрузки происходят выше уставки тока нагрузки.

Как можно видеть из фиг. 2 (а), если A>B, то на выходе компаратора устанавливается состояние логического «0». Этот сигнал поступает через логические элементы ИЛИ-НЕ 7 и И-НЕ 4 на R вход RS-триггера, устанавливая его в состояние логического нуля.

В этом случае ключи 10.3 и 10.4 открыты (10.3 и 10.4 замкнуты), а 10.1 и 10.2 закрыты (10.1 и 10.2 разомкнуты) и к нагрузке приложено напряжение - E0. Ток нагрузки снижается.

Когда становится меньше величины уставки тока нагрузки (B), т.е. , то компаратор 6 переключается в состояние логической «1». Выходной сигнал компаратора, проходя через элемент И-НЕ устанавливает управляющий RS-триггер в состояние (сигнал D) логической «1», открываются ключи 10.1 и 10.2 (10.3 и 10.4 закрыты) и ток нагрузки возрастает (см. фиг. 3). Одновременно по фронту сигнала D с прямого выхода RS-триггера запускается ждущий мультивибратор (формирователь импульса) 2, на выходе которого формируется импульс G постоянной длительности. В течение импульса блокируется прохождение выходного сигнала компаратора 6 на R вход RS-триггера. Ток нагрузки растет в течение выходного импульса мультивибратора, т.к. ключи 10.1 и 10.2 открыты, а ключи 10.3 и 10.4 - закрыты и к нагрузке приложено напряжение +E0 (см. фиг. 3). продолжает расти.

После окончания импульса G, управляющий RS-триггер сбрасывается в ноль (см. D на фиг. 2 (а)). Сигнал уровня логической «1» с инверсного выхода RS-триггера открывает ключи 10.3 и 10.4, а ключи 10.1 и 10.2 закрываются и к нагрузке приложено напряжение - E0 (см. фиг. 3). Ток нагрузки снижается. Одновременно по переднему фронту сигнала с инверсного выхода RS-триггера запускается ждущий мультивибратор 1, формирующий импульс F постоянной длительности, который блокирует сигнал с выхода компаратора на установу в единицу RS триггера.

На фиг. 2 (б) показан случай, когда колебания тока нагрузки происходят ниже уставки тока нагрузки. Устройство работает точно так же, как и в первом случае. Поэтому мы не будем повторять подробности, а остановимся только на новых деталях. Они состоят лишь в том, что, если в первом случае активным является мультивибратор 2 (сигнал G, см. фиг. 2(а)), то во втором - мультивибратор 1 (сигнал F, см. фиг. 2(б)).

Как показано на фиг. 3, оба мультивибратора 1 и 2 активны (блокируют прохождение сигналов на R и S входы RS-триггера) при переходе с фиг. 2(а) на фиг. 2(б) и наоборот.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматического управления преобразователями энергии постоянного тока в энергию переменного тока методом частотно-импульсной модуляции и может быть использовано в электроприводах, построенных на базе асинхронных электродвигателей, источниках энергообеспечения и бесперебойного питания вычислительной техники и медицинского оборудования. Техническим результатом изобретения является реализация синусоидальной частотно-импульсной модуляции для получения на нагрузке переменного тока и повышения надежности устройства. Устройство частотно-импульсного регулирования тока дополнительно содержит компаратор, логический элемент ИЛИ-НЕ, генератор опорного задающего синусоидального сигнала и источник постоянного напряжения в цепи питания мостового инвертора, состоящего из четырех полупроводниковых ключей, RL-нагрузки и датчика тока. 3 ил.

Устройство частотно-импульсного регулирования тока, содержащее два формирователя импульсов постоянной длительности, выходы которых подключены к двум первым входам логических элементов И-НЕ, выходы последних подключены к S и R входам управляющего RS-триггера, выходы RS-триггера подключены к входам двух формирователей импульсов постоянной длительности, отличающееся тем, что с целью реализации синусоидальной частотно-импульсной модуляции и повышения надежности введены компаратор, логический элемент ИЛИ-НЕ, генератор опорного задающего синусоидального сигнала и источник постоянного напряжения в цепи питания мостового инвертора, состоящего из четырех полупроводниковых ключей, RL-нагрузки, датчика тока, выход которого подключен к инверсному входу компаратора, прямой вход компаратора соединен с выходом генератора опорного задающего синусоидального сигнала, выход компаратора подключен к входу логического элемента ИЛИ-НЕ, выход последнего подключен ко второму входу второго логического элемента И-НЕ, второй вход первого логического элемента И-НЕ соединен с выходом компаратора, входы силовых ключей мостового инвертора объединены и соединены с прямым выходом управляющего RS-триггера, а объединенные входы второй пары силовых ключей соединены с инверсным выходом RS-триггера.