Устройство для управления тиристорными регуляторами параллельных групп тяговых электродвигателей Советский патент 1983 года по МПК B60L15/08 

Изобретение относится к транспорту, в частности к устройствам для управления тиристорными регуляторами напряжения тяговых двигателей транспортных средств постоянного тока, и может быть применено на транспортных средствах с несколькими группами двигателей - трамвае, метрополитене, мотор-вагонном подвижном составе. Известно устройство для управления тиристорными регуляторами параллельных групп тяговых электродвигателей, содержащее блок управления, к одному из входов которого подключен датчик тока, генератор тактовых импульсов, соединенный с входом счетчика, триггеры, основные и вспомогательные формирователи импульсов, подключенные к входам регуляторов соответствующих групп двигателей, и другой счетчик 1. Недостатками указанного устройства являются использование сложных цифровых элементов и сложный алгоритм работы переключения элементов, что снижает надежность устройства. Целью изобретения является повыщение надежности. Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления тиристорными регуляторами параллельных групп тяговых электродвигателей, содержащее блок управления, к одному из входов которого подключен датчик тока, генератор тактовых импульсов, соединенный с входом счетчика. триггеры, основные и вспомогательные формирователи импульсов, подключенные к входам регуляторов соответствующих групп двигателей, и другой счетчик, снабжено бло, ками совпадения по числу разрядов счетчиков, инверторами и элементами И, причем входы соответствующих блоков совпадения подключены к выходам одинаковых разрядов счетчиков, а их выходы - к входам одного из элементов И, соединённого своим выходом с входом одного из триггеров, выходы которого соединены с входами вспомогательных формирователей импульсов и с одними из входов второго и третьего элементов И, подключенных выходами ко второму и третьему входу блока управления, выходы которого соединены с суммирующим и вычитающим входами другого счетчика, при этом выход старщего разряда одного из счетчиков подключен к четвертому входу блока управления и через один из инверторов - к входу другого триггера, выходы которого соединены с входами основных формирователей импульсов и с другими входами второго и третьего элементов И, а два выхода старщих разрядов другого счетчика подключены через второй и третий инверторы к третьему и четвертому входам второго элемента И и непосредственно к третьему и четвертому входам, третьего элемента И. На чертеже представлена блок-схема предложенного устройства. Устройство состоит из генератора 1 тактовых и.мпульсов, соединенного с входом счетчика 2. Выход старшего разряда счетчика 2 подключен через инвертор 3 к входу триггера 4, выходы которого подсоединены к входам основных формирователей 5 и 6 импульсов регуляторов 7 и 8 соответствующих групп тяговых двигателей. Все выходы счетчика 2 подключены к одному из входов соответствующих блоков 9 совпадения, выходы которых соединены с входами элемента 10, И. Выход элемента 10 И соединен с входом триггера 11, выходы которого подсоединены к входам вспомогательных формирователей 12 и 13. импульсов регуляторов 7 и 8. К другим входам блоков совпадения подключены выходы другого счетчика 14, соединенного своими суммирующими и вычитающим входами с выходами блока 15 управления. Один из входов блока 15 управления соединен с датчиком 16 тока двигателей, второй и третий вход - с выходами второго и третьего элементов 17 и 18 И, а четвертый вход - с выходом старщего разряда счетчика 2. Первый и второй входы элементов 17 и 18 И подключены к выходам триггеров 4 и 11, а третий и четвертый входы - к выходам двух старщих разрядов счетчика 14, причем с элементом 17 И - через инверторы 19 и 20, а с элементом 18 И - непосредственно. Частота fn тактовых и.мпульсов генератора 1 равна fn 2пс-Гп где fn - частота переключения регуляторов, п - число позиций счетчика 2. Число позиций п определяется допустимой ступенью изменения длительности включенного состояния регуляторов. В реальных системах регулирования тяговых электродвигателей, например на вагонах метрополитена, частота переключения регуляторов выбирается равной 200 Гц. Это обусловлено параметрами тиристоров, из которых собраны регуляторы. Следовательно, период переключения регуляторов равен Тп 5.10 с. В реальных тяговых электродвигателях ступенчатое изменение длительности включенного состояния регуляторов в пределах до 0,15.10 с не вызывает больщих скачков тока. Поэтому можно эту величину принять за допустимую ступень изменения длительности включенлого состояния регуляторов. Тогда требуемое число позиций регулирования равно 5/0,15 33. Предлагаемое устройство обеспечивает число позиций регулирования в два раза больше, чем число позиций счетчика 2. Следовательно, можно выбрать п,- 16-17. Отечественной промышленностью выпускаются 4-выходовые счетчики на 16 позиций (например, К155ИЕ-5 с кодом выходных

сигналов 1-2-4-8). Поэтому в предлагаемом устройстве выбраны 16-позиционный счетчик 2 с кодом выходных сигналов 1 - -2-4-8, частота переключения регуляторов fn 20 Гц, частота тактовых импульсов fn 6400 Гц.

Блоки 9 совпадения представляют собой 4-секционный логический элемент типа ИСКЛЮЧАЮЩИЙ ИЛИ. В качестве такого элемента, может быть использован стандартный, элемент К155 ЛП5, который имеет четыре секции, заключенные в один корпус:. Каждая секция этого элемента формирует на своем выходе напряжение высокого уровня (логическую «1) только при наличии на ее входах сигналов одинакового уровня (логических «1 или логических «0)i При других комбинациях входных сигналов на выходе секции имеет место логический «О.

Назначением блока 15 является формирование команд на набор и сброс позиций в реверсивно.м счетчике 14. Набор позиций разрешается в том случае, если ток электродвигателей, контролируемый датчиком 16, уменьшится ниже заданного уровня (уровня уставки). Команды на сброс позиций формируются в том случае, если ток двигателей превышает уровень уставки на недопустимую величину. Это может произойти в случае скачкообразного увеличения напряжения в контактной сети. Блок 15 имеет внутри два элемента сравнения, на которые подаются сигналы с датчика 16 тока. На один из этих элементов в противофазе к сигналу датчика 16 подается сигнал от источников опорного напряжения, которое пропорционально уровню уставки. На другой элемент сравнения в противофазе к сигнйлу датчика тока подается сигнал от другого источника опорного напряжения, которое пропорционально максимально допустимой величине тока двигателей. Первый элемент сравнения формирует сигналы на набор позиций в счетчике 14, второй - на сброс позиций. Формирование выходных сигналов блока 15 происходит только в моменты сброса счетчика 2 в нулевое состояние, для чего и введена цепь от выхода старшего разряда этого счетчика. Элементы 17 и 18 запирают элементы сравнения блока 15 при ограничении позиций регулирования в начале и конце периода переключения регуляторов 7 и 8.

Устройство работает следующим образом.

Тиристорные регуляторы 7 и 8 тяговйх электродвигателей переключаются со сдвигом по фазе на половину периода регулирования, что необходимо для снижения пульсаций тока в контактной сети, от которой питаются параллельные группы тяговых электродвигателей. Поочередное включение регуляторов осуш.ествляется через формирователи 5 и 6 управляющих импульсов и

триггер 4 в моменты, когда счетчик 2 устанавливается в нулевое состояние. Эти моменты времени принимаются за начало отсчета периода регулирования, и они соответствуют .моментам переключения вы5 ходного напряжения старшею разряду счетчика 2 с логической «1 на .югический «О. От этих переключений jiepea инвертор 3 происходит переключение триггера 4. Инвертор 3 служит для согласования нолярQ ности выходного сигнала счетчика 2 с требуемой полярностью входного сигнала триггера 4, для переключения которо1о требуется изменение входного сигнала с логического «О на логическую «1. От сигналов, снимаемых с выходов триггера 4,

осуществляется включение формирователей 5 и 6 управляющих иЛ1у.льсо13. Разряды счетчика 2 под действием тактовых импульсов генератора 1 периодически заполняются, а затем сбрасываются в нулевое сосQ тояние. Триггер 4 при этом периодически переключается. Так как формирователи о и 6 управляющих импульсов подключены к разным выходам триггера 4, их включение

происходит друг относительно друга со строго заданным интервалом времени и часто5 той в два раза меньшей, чем частота переключения триггера 4. Поэтому и включение регуляторов 7 и 8- происходит в таком же порядке.

Выключение регуляторов 7 и 8 осуществляется через формирователи 12 и 13 уп0 равляющих импульсов, триггер И, логический элемент 10 И от выходных сигналов блока совпадения.

Включение формирователей 12 и 13 осуществляется выходными сигналами триггера 11. Переключение триггера 11 проис5 ходит при изменении выходного напряжения элемента 10 с логического «О на логическую «1. Переключегч1е вы.чодного напряжения элемента 10 с логич ского «О на логическую «1 происходит в том случае.

если на все его входы одновременно поступают от элемента 9 логические «1. При поступлении на его входы других ко.мбинаций сигналов на его выходе имеет место логический «О.

5 4-секционный элемент 9 формирует на своих выходах логические «1 при совна дении кодов сигналов, поступающих на него от счетчиков 2 и 14, т. е. на каждую секцию элемента 9 должны одновременно поступать с соответствующих выходов счетчиков

2 и 14 логические «1 или логические «О. Элемент 9 и счетчики 2 и 14 в совокупности выполняют роль щиротно-импульсного модулятора, осуществляющего в процессе пуска тяговых электродвигатеt лей изменение длительности tn включенного состояния регуляторов. 7 и 8, т. е. изменение так называемого коэффициента заполнения импульсного цикла регуляторов

, где Тп период переключения регуляторов. В этом модуляторе элемент 9 служит для фиксации моментов совпадения кодов выходных сигналов счетчиков, .2 и 14. Выходные сигналы счетчика 2, переключающиеся с частотой тактовых импульсов генератора 1, служат для разделения всего периода Тп регулирования на определенные интервалы времени, равные периоду Тт следования тактовых импульсов. Счетчик 14 служит для задания требуемого коэффициента заполнения импульсного цикла регуляторов 7 и 8.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент пуска тяговых электродвигателей счетчик 2 устанавливается в нулевое состояние, а в счетчике 14 устанавливается число позиций, соответствующее минимальному коэффициенту заполнения импульсного цикла. Обычно он соответствует tnmCe 0.1 TR.

Поэтому в предлагаемом устройстве в начальный .момент в счетчике 14 записываются три единицы. Это соответствует появлению логических «1 на двух младших выходах счетчика 14. При последующем поступлении тактовых импульсов от генератора 1 на счетчик 2 он начинает переключаться, и в моменты его сброса в нулевое состояние происходит поочередное включение через триггер 4 формирователей 5 и 6 управляющих импульсов. В моменты же появления логических «1 на указанных выходах счетчика 2 происходит совпадение кодов входных сигналов элемента 9, в результате чего переключаются элемент 10 и триггер 11. Такое совпадение кодов сигналов происходит в каждом, периоде заполнения разрядов счетчика 2. Следова тельно, под действием выходных напряжений триггера 10 в каждом периоде происходит включение формирователей 12 и 13. Указанная последовательность действия устройства приводит к тому, что моменты включения формирователей 5 и 12, 6 и 13 оказываются сдвинутыми на интервал времени tnmin.

Уменьшение коэффициента заполнения импульсного цикла ниже заданного значения (tnmin) запрещается в блоке 15 элементом 17, который формирует на своем выходе запрещающий сигнал в моменты совпадения высоких уровней напряжения на выходах триггеров 4 и 11 и выходах инвертирующих элементов 19 и 20, которые на своем входе имеют логические «О, а на, выходе - «1.

В дальнейщем, по мере увеличения частоты вращения якорей электродвигателей, происходит уменьшение их тока. Для поддержания тока на заданном уровне (так гкак пуск должен производиться при постоянном значении тока) необходимо увеличение коэффициента заполнения импульсного цикла регуляторов. Такое увеличе-ние осуществляется под контролем датчика

16 тока. При уменьшении тока двигателей ниже заданного значения блок 15 формирует сигнал, который в момент сброса в нулевое состояние счетчика 2 передается на суммирующий вход« + 1 счетчика 14. В счетчик 14 записывается очередная «1,

и напряжение высокого уровня появляется на его выходе следующего разряда, а на остальных выходах - логические «О. Это приводит к увеличению длительности tn включенного состояния регуляторов 7 и 8 на одну ступень, равную периоду Pi следования тактовых импульсов. В указанном порядке происходит и последующее увеличение коэффициента- заполнения импульсного цикла регуляторов 7 и 8.

В случае скачка тока электродвигателей

0 выще заданного значения (например, изза скачка напряжения в контактной сети), блок 15 формирует сигнал, подаваемый на вычитающий «-1 вход счетчика 14. Это приведет к сбросу части уже набранных позиций в счетчике 14 и уменьшению коэф5 фициента заполнения импульсного цикла регуляторов 7 и 8, которые обеспечивают уменьшение тока двигателей до заданного значения.

Число позиций регулирования предлагаемого устройства в два раза больще,чем число позиций в счетчиках 2 и 14. В момент перехода счетчика 14 из заполненного состояния в нулевое происходит установка длительности открытого состояния регуляторов, , равной ,5Tn. При записи последующей единицы в счетчик 14 длительность открытого состояния регуляторов увеличится до ,5Tn+Tl, при записи второй единицы tn 0,5Tn-|-2Тт и так далее.

0Ограничение максимальной длительности открытого состояния регуляторов осуществляется с помощью элемента 18. Для предлагаемого устройства принято tnmajf 0,9Тп. Так как число позиций регулирования П() , то ограничение вводится за три позиции до момента заполнения всех разрядов счетчика 14. Для этого на входы элемента 18 вводятся сигналы от выходов триггеров 4 и 11. и выходов старших разрядов сметчика 14. При совпадении

Q указанных сигналов элемент 18 формирует сигнал запрета, подаваемый на блок 15 управления. Элемент сравнения в блоке 15, осуществляющий управление набором позиций счетчика 14, запирается, и в счетчике 14 остается число позиций, соответствую5 щее моменту поступления сигнала запрета.

Таким образом, предлагаемое устройство

обеспечивает вьшолнение всех операций по

управлению регуляторами параллельных

1049284

7.8

групп тяговых электродвигателей при мень-алгоритме работы. Эти обстоятельства обесшем, по сравнению с известным устройством, печивают повышение надежности работы числе сложных элементов и более простомустройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМИ РЕГУЛЯТОРАМИ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ГРУПП ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ,содержащее блок управления, к одному из входов которого подключен датчик тока, генератор так- товых импульсов, соединенный с входом счетчика, триггеры, основные и вспомогательные формирователи импульсов, подключенные к входам регуляторов соответствующих групп двигателей, и другой счетчик, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено блоками совпадения по числу разрядов счетчиков. инверторами и элементами И, причем входы соответствующих блоков совпадения подключены к выходам одинаковых разрядов счетчиков, а их выходы - к входам одного из элементов И, соединенного своим выходом с входом одного из триггеров, выходы которого соединены с входами вспомогательных формирователей импульсов и с одними из входов второго и третьего элементов И, подключенных выходами к второму и третьему входу блока управления, выходы которого соединены с суммирующим и вычитающим входами другого счетчика, при этом выход старшего разряда одного из счетчиков подключен к четвертому входу блока управления и через один из инверторов - к входу другого триггера, S выходы которого соединены с входами основных формирователей импул1;)сов и с дру(Л гими входами второго и третьего элементов И, а два выхода старших разрядов другого с счетчика подключены через второй и тре тий инверторы к третьему ji четвертому входам второго элемента И и непосредственно к третьему и четвертому входам третьего элемента И. 4 со tN3 00 i