Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей /его варианты/ Советский патент 1984 года по МПК H02P5/06 

ному с вторым входом ключевого элемента, подключен выход датчика наличи тока, а выход формирователя связан со счетчиком, отличающийся тем, что, с целью повышения качества регулирования путем линеаризации внешней характеристики вентильного преобразователя, дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь, элемент памяти, RS-триггер режима непрерывных токов и регистр, а счетчик выполнен реверсивным, причем выход ключевого элемента подключен к счетному вычитающему входу счетчика, чьи информационные входы объединены с выходами элемента памяти, а вход записи счетчика - с выходом формирователя импульсов, выходы счетчика соединены с входами регистра, выходы которого соединены с информационными входами цифродналогового преобразователя, чей выход соединен с входом сумматора, выход переполнения счетчика соединен с R-вхбдом триггера режима непрерывных токов.

S-вход которого объединен с выходом датчика наличия тока, а выход с третьим входом ключевого элемента и с вторым входом формирователя импульсов, второй выход которого соединен с входом записи регистра, а третий - с входом сброса счетчика.

4. Регулятор по п. 2, отличающийся тем, что дополнительно введены логический инвертор, второй ключевой элемент, второй счетчик и дополнительный RS-триггер, выход которого, объединенный с третьим входом ключевого элемента, подключен к третьему входу формирователя импульсов, S-вход, объединенный с входом второго ключевого элемента и входом сброса счетчика, соединен через логический инвертор с выходом датчика наличия тока, R-вход подключен к выходу переполнения второго счетчика, счетный суммирующий вход которого соединен через второй ключевой элемент с генератором.

1. Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей, содержащий датчик наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующий элементы, выходы которых связаны с входом сумматора, генератор, связанный через ключевой элемент со счетчиком, и формирователь импульсов, к первому входу которого, объединенному с вторым входом ключевого элемента, подключен выход датчика наличия тока, а выход формирователя связан со счетчиком, отличающийся тем, что, с целью повышения качества регулирования, дополнительно введены цифроаналоговьй преобразователь, цифровой вычитатель, элемент памяти, RSтриггер режима непрерывных токов и регистр, причем входы регистра объединены с выходами счетчика, а выходы с первыми входами цифрового вычитателя, вторые входы которого, объединенные с информационными входами счетчика, соединены с выходами элемента памяти, выходы цифрового вычитатеяя соединены с информационными входами дифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом сумматора, выход переполнения счетчика соединен с R-входом RS-триггера режима непрерывных токов, S-вход которого объединен с выходом датчика наличия тока, а выход - с третьим входом ключевого элемента и с вторым входом формирователя импульсов, первый выход которого соединен с входом сброса счетчика, второй выход - с входом записи регистра, а третий - с входом записи счетчика. 2.Регулятор по п. 1, отлича-§ ю щ и и с я тем, что дополнительно введены логический инвертор, второй fi ключевой элемент, второй счетчик и дополнительный RS-триггер, выход которого, объединенный с третьим входом ключевого элемента, подключен к третьему входу формирователя импульсов, S-вход, объединенный с входом второго ключевого элемента и входом сброса счетчика, соединен через логический инвертор с выходом датчика наличия тока, R-вход подключен к выходу переполнения второго счетчика, счетный суммирующий вход которого соединен через второй ключевой элемент с генератором. 3.Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей, содержащий датчик наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующие элементы, выходы которого связаны с входом сумматора, генератор, связанный через ключевой элемент со счетчиком, и формирователь импульсов, к первому входу которого, объединен

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматизированного вентильного электропривода постоянного тока с широким диапазоном регулирова кия скорости. Известен адаптивный ПИ-регулятор для управляемых вьшрямителей, содержащий операционный усилитель, RS-цеп обратной связи, датчик ЭДС нагрузки выпрямителя, резисторы и нелинейное сопротивление t1. Однако этот регулятор не обеспечи вает линеаризацию внещней характериС тики преобразователя, так как в ней не обеспечивается изменение величины гранично-непрерывного тока в зависимости от заданного угла открывания вентилей (напряжение пробоя стабилитронов постоянно) и, кроме того, выб ранная нелинейность не соответствует всему диапазону углов управления. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является адап тивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей, содержащий датчик наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующие элементы, выходы которых связаны с входом сумматора, генератор, связанный через ключевой элемент со счетчиком, и формирователь импульсов, к первому входу которого, объединенному с вторым входом ключевого элемента, подключен выход датчика наличия тока, а выход формирователя связан со счетчиком С23. Однако известный регулятор не обеспечивает равноценных процессов регулирования в обоих режимах, так как коррекция коэффициента передачи по каналу обратной связи производится только на время отсутствия тока нагрузки, когда и так канал обратной связи по току разомкнут (ток равен нулю), а при появлении прерывистого тока настройка регулятора соответствует оптимальной для режима не1111ерывного тока, так как входы пропорционального и интегрального регулирующих элементов отключены блоками коммутации. Регулятор имеет и другой недостаток, заключающийся в наличии переключений, которые неизбежно ведут к повьшению уровня помех в канале регулирования. Кроме того, так как при нулевом сигнале задания для выбора настройки регулятора необходим ток нагрузки, вентильный преобразователь в этом случае работает в режиме прерывистых токов с периодическим переключением комплектов силовых вентилей. При этом в цепи нагрузки протекает переменный прерывистый ток создавая дополнительные потери. Целью изобретения является повьшение качества регулирования. Поставленная цель достигается тем что в адаптивный регулятор для управ ляемых вентильных преобразователей по первому варианту, содержащий датчик наличия тока, интегральный и про порциональный регулирующие элементы, выходы которых связаны с входом сумматора, генератор, связанный через ключевой элемент со счетчиком, и фор мирователь импульсов, к первому вход которого, объединенному с вторым вхо дом ключевого элемента, подключен вы ход датчика наличия тока, а выход формирователя связан со счетчиком, дополнительно введены цифроаналоговы преобразователь, цифровой вычитатель элемент памяти, RS-триггер режима непрерывных токов и регистр, причем входы регистра объединены с выходами счетчика, а выход - с первыми входами цифрового вьгчитателя, вторые входы которого, объединенные с информацион ными входами счетчика, соединены с выходами элемента памяти, входы цифрового вычитателя соединены с информационными входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом сумматора, выход переполнения счетчика соединен с R-BXO дом RS-триггера режима непрерывных токов, S-вход которого объединен с выходом датчика наличия тока, а выход - с третьим входом ключевого элемента и с вторым входом формирователя импульсов, первыйвыход которого соединен с входом сброса счетчика, второй выход - с входом записи регистра, а третий - с входом записи счетчика. Кроме того, в адаптивный регулятор дополнительно введены логический интвертор, второй ключевой элемент, второй счетчик и дополнительный RS-триггер, выход которого, объединенный с третьим входом ключевого элемента , подключен к третьему входу формирователя импульсов,З-вход , объединенный с входом второго ключевого элемента и входом сброса счетчика, соединен через логический инвертор с выходом датчика наличия тока, R-вход подключен к выходу переполнения второго счетчика, счетный суммирующий вход которого соединен через второй ключевой элемент с генератором. Поставленная цель достигается тем, что в адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей по второму варианту, содержащий датчик наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующие элементы, выходы которого связаны с входом сумматора, генератор, связанный через ключевой элемент со счетчиком, и формирователь импульсов, к первому входу которого, объединенному с вторым входом ключевого элемента, подключен выход датчика наличия тока, а выход формирователя связан со счетчиком, дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь, элемент памяти, RS-триггер режима непрерывных токов и регистр, а счетчик выполнен реверсивным, причем выход ключевого элемента подключен к счетному вычитающему входу счетчика, чьи информационные входы объединены с выходами элементов памяти, а вход записи счетчика - с первым выходом формирователя импульсов, выходы счетчика соединены с входами регистра, выходы которого соединены с информат ционными входами цифроаналогового преобразователя, чей выход соединен с входом сумматора, выход переполнения счетчика соединен с R-входом триггера режима непрерывных токов, S-вход которого объединен с выходом датчика наличия тока, а выход - с третьим входом ключевого элемента и с вторым входом формирователя импульсов, второй выход которого соединен с входом записи регистра, а третий - с входом сброса счетчика. Кроме того, в адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей дополнительно введены логический инвертор, второй ключевой элемент, второй счетчик и дополнител ный RS-триггер, выход которого, объединенный с третьим входом ключевого элемента, подключен к третьему входу формирователя импульсов, S-вход, объединенный с входом второго ключевого элемента и входом сброса счетчика, соединен через логический инвертор с выходом датчика наличия тока, R-вход подключен к выходу переполнения второго счетчика, счетный суммирующий вход которого соединен через второй ключевой элемент с генераторо На фиг. 1 изображена структурная схема первого варианта адаптивного регулятора; на фиг. 2 - структурная схема второго варианта адаптивного регулятора; на фиг. 3 - временная диаграмма работы устройства (цифры обозначают элемент, на выходе которого существует данный сигнал). Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей по первому варианту (фиг. 1) содержит датчик 1 наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующие элементы 2 и 3, выходы которых связаны с входом сумматора 4, генератор 5, связанный через ключевой элемент 6 со счетчиком 7, и формирователь 8 им пульсов, к первому входу которого, объединенному с вторым входом ключевого элемента 6, подключен выход датчика 1 наличия тока, а выход формирователя 8 связан со счетчиком 7, кроме того адаптивный регулятор содержит цифроаналоговый преобразователь 9, цифровой вычитатель 10, элемент 1 Г памяти, RS-триггер 12 режима непрерывных токов и регистр 13, причем входы регистра 13 объединены с выходами счетчика 7, а выход - с пер выми входами цифрового вычитателя 10 вторые входы которого, объединенные с информационными входами счетчика 7 соединены с выходами элемента 11 памяти, выходы цифрового вычитателя 10 соединены с информационными входами цифроаналбгового преобразователя 9, выход которого соединен с входом сумматора 4, выход переполнения счетчика 7 соединен с R-входон RS-триггера -12 режима непрерывных токов, S-вход которого объединен с выходом датчика 1 наличия тока, а выход - с третьим входом ключевого Элемента 6 и с вторым входом формирователя 8 импульсов, первый выход которого соединен с входом сброса счетчика 7, второй выход - с входом записи регистра 13, а третий с входом счетчика 7. 3 адаптивном регуляторе по второму варианту (фиг. 2) отсутствует цифровой вычитатель 10, выходы регистра 13 соединены с информационными входами цифроаналогового преобразователя 9, а информационные входы счетчика 7 объединены с выходами элемента 11 памяти. Адаптивный регулятор содержит также логический инвертор 14, второй ключевой элемент 15, второй счетчик 16 и дополнительный RS-триггер 17, выход которого, объединенный с третьим входом ключевого элемента 15, подключен к третьему входу формирователя 8 импульсов, S-вход, объединенный с входом второго ключевого элемента 15 и входом сброса счетчика 16, соединен через логический инвертор 14 с выходом датчика 1 наличия тока, R-вход подключен к выходу переполнения второго счетчика 16, счетный суммирующий вход которого соединен через второй ключевой элемент 15 с генератором 5. Устройство работает следующим образом. Оба варианта адаптивного регулятора для управляемых вентильных преобразователей осуществляют линеаризацию внешней характеристики преобразователя путем коррекции заданного угла открывания вентилей. При непрерывном токе выражение для ЭДС на выходе преобразователя имеет вид Е -sincOtduJt E cosci, (1) 271 JI/2-)f|m-K)L максимальная вьшрямленная ЭДС преобразователя при угле управления d- 0; амплитудное значение фазного напряжения питания; число фаз преобразователя; круговая частота питающего напряжения. В режиме прерывистого тока угловая длительность Л тока меньше - на тока меньше -21mju . ЭДС на выходе преобравеличину, выраженная в функции длизователяЛ , определяется выраженительностием V.() -d фм /1 Необходимо, чтобы в результате коррекции ЭДС на выходе преобразователя в режиме прерывистых токов сохранила величину, которую она имела при непрерывном токе. Определим, на какую величину Д необходимо изменит угол ot, чтобы ЭДС сохранила значение (1). ;ч.Ч-(Из (3) получаем Y-SlnTT/mcosot (1 4-Sin Л/Z Приняв в первом приближении т/Л sinlT/m 2/Л sin Л/г получим Причем максимальная погрешность при ближения (5) при Зне превышает 0,173, а при m 6 равна 0,045. Таким образом, для линеариза ции внешней характеристики вентильного преобразователя необходимо заданный угол управления d скорректи ровать на величину Л 1/т-12Адаптивный регулятор для управля емых вентильных преобразователей по первому варианту работает следуЮ|Щим образом. В режиме прерывистых токов при появлении тока в цепи нагрузки на выходе датчика 1 наличия тока появляется единичный сигнал (фиг. 3), который разрешает заполнение счетчи ка 7 импульсами генератора 5, и в момент достижения током нулевого со стояния в счетчике 7 формируется код, пропорциональный половине длительности протекания тока Л/2 , так как частота импульсов генератора 5 выбирается такой, чтобы за период 7 в счетчике 7 сформировался код числа , а емкость обоих счетчиЛов выбирается равной коду числа ппи принятой дискретности управления где п - разрядность счетчика. По перепаду сигнала датчика 1 наличия тока из единичного в нулевое состояние формирователь 8 импульсов формирует импульс записи на выходе А в регистр 13 числа, находящегося в счетчике 7, и импульс сброса на выходе В счетчика 7. На выходе цифрового вычитателяЮ формируется код числа - - -§- } , так как на его входы подается код числа -- из элемента 11 памяти и код числа - из регистра 13. Полученный код числа (-) преобразуется в цифро гП Z аналоговом преобразователе 9 в аналоговый сигнал, пропорциональный Д , который суммируется в сумматоре 4 с управляющим напряжением, соответствующим заданному углу открывания вентилей, формируемым на пропорциональном 3 и интегральном 2 регулирующих элементах. На следующем интервале вентильности устройство работает аналогично описанному выше. При переходе в режим непрерывного тока длительность протекания тока больше - , поэтому на выходе счетчика 7, заполняемого импульсами генератора 5 через ключевой элемент 6, появляется импульс переполнения (фиг. 3), который устанавливает на выходе триггера 12 режима непрерывного тока нулевой сигнал, запрещающий прохождение импульсов через ключевой элемент 6 и определяющий появление на выходе с формирователя 8 импульса, поступающего на вход записи в счетчик 7 кода числа -- , находящегося в элементе 11 памяти, и на втором выходе А импульса записи в регистр 13 кода числа из счетчика 7, На выходе цифрового вычитателя 10 и соответственно на выходе цифроаналогового преобразователя 9 устанавливается нулевой сигнал, и угол открьшания вентилей определяется заданным значением d . При возврате в режим прерывистых токов триггер 12 режима непрерывного тока устанавливается в йдипмчное состояние нулевым сигналом датчика 1 наличия тока. Второй счетчик 16 служит для определения момента, когда бестоковая пауза больше --- , что возможно при нулевом задании. В этом случае на выходе переполнения второго счетчика 16, заполняемого импульсами генератора 5 через второй ключевой элемент 15, появляется импульс, устанавливающий на выходе дополнительного триггера 17 нуленой сигнал, запрещающий прохождение импульсов . генератора 5 через второй ключевой элемент 15. По перепаду из единичного в нулевое состояние сигнала на выходе дополнительного триПера 17 на выходе В фор мирователя 8 импульсов появляется импульс, поступающий на вход сброса счетчика 7, а на выходе Л - импульс записи в регистр 15 числа О, находящегося в счетчике. На выходе цифро вого вычитателя 10 формируется код й который преобразуется цифроаналоговьм преобразователем 9 в аналоговый сигнал, суммируемый в сумматоре 4 с заданным значением oi . При появлении тока дополнительный триггер 17 устанавливается в единичное состояние си налом, поступающим с выхода логического инвертора 14. В режиме прерывис тых токов по окончании бестоковой па узы счетчик 16 обнуляется сигналом с выхода логического инвертора 14. Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей по второму варианту работает следующим образом. В режиме прерывистых токов при появлении тока в цепи нагрузки на выходе датчика 1 наличия тока появляется единичный сигнал (фиг. 3), который разрешает поступление импуль сов генератора 5 через ключевой элемент 6 на вычитающий вход счетчика 7 в который предварительно быпо записа но число - . По окончании интервала проводимости, чему соответствует изменение сигнала на выходе датчика 1 наличия тока на логический О, в счетчике 7 формируется число д J. по перепаду сигнала датчика 1 наличия тока из единичного в нулевое состояние на выходе А формирователя 8 импульсов появляется импульс записи в регистр 13 кода числа л , находящегося в счетчике 7, а на выходе В - импульс, поступающий на вход записи в счетчик кода числа 11 памяти, подготав-- из элемента ливая его к следующему интервалу вентильности. Код числа & из регистра 13 поступает на входы цифро-аналогового преобразователя 9, где преобразуется в аналоговый сигнал, который суммируется с напряжением задания. При переходе в режим непрерывного тока длительность протекания тока больше , поэтому за период из счетчика 7 считывается записанное число -- и при поступлении следующего имгсульса генератора 5 на выходе переполнения счетчика 7 появляется импульс, который устанавливает на выходе триггера 12 режима непрерывного тока нулевой сигнал, запрещающий прохождение импульсов генератора .5 через ключевой элемент 6 и определяющий появление на выходе В формирователя 8 импульсов, поступающего на вход сброса счетчика 7, и на выходе А формирователя 8 импульсов импульса, поступающего на вход записи регистра 13 из числа О, находящегося в счетчике. Угол открывания вентилей в этом случае определяется только заданным значением cL . При возврате в режим прерывистых токов триггер 12 режима непрерывного тока устанавливается в единичное состояние нулевым сигналом датчика 1 наличия тока. : . в режиме с нулевым сигналом задания, когда длительность бестоковой nail m узы больше , так же, как в первом варианте адаптивного регулятора, на выходе переполнения второго счетчика 16 появляется импульс, устанавливающий дополнительный триггер 17 в нулевое состояние, по этому перепаду на первом выходе формирователя 8 импульсов появляется импульс, поступающий на вход записи в счетчик 7 кода числа . а на выходе - импульс записи в регистр 13. Код числа и на выходе регистра 13 преобразуется в цифроаналоговом преобразователе 9 в аналоговый сигнал, суммируемый в сумматоре 4 с заданным углом открывания вентилей at.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает линеа ризацию внешних характеристик.преобразователей, что повышает качество регулирования, причем независимо от параметров нагрузки преобразователей и их изменения во времени от уровня ЭДС, токового режима в цепи нагрузки, и ликвидирует потери при нулевом сигнале управления.

«sj

А

А

/Л