Двухпозиционная система регулирования тока электродвигателя Советский патент 1985 года по МПК H02P5/16 

выход блока логического управления Иподключен к выходу второго элемента к 1152076 НЕ, второй вход которого подключен выйоду первого элемента И-НЕ.

1.ДВУХПОЗИЦИОННАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащая последовательно соединен- ные устройство управления ключами преобразователя, импульсный преобразователь, датчик тока, и нагрузку, отличающая с я тем, что, с целью повышения энергетических по- казателей и качества регулирования, в нее введены блок цифрового задания, блок контроля входного задания, блок сравнения кодов, реле знака тока, аналого-цифровой преобразователь и блок логического управления с пятью входами и двумя выходами, первый вход которого подключен к первому выходу блока цифрового задания, второй вход через блок контроля входного заданияк второму выходу блока цифрового задания , третий вход - к первому выходу блока сравнения кодов, четвертый вход- к второму выходу блока сравнения кодов, первые входы которого под- ключены к вторым выходам блока цифрового задания, а вторые входы - к вы- ходам аналого-цифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу датчика тока, подключенному через реле знака тока к пятому входу блока логического управления, оба выхода которого подключены к входам устройства управления ключами импульсного преобразователя. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок логического управления содержит два элемента И-НЕ, два элемента И, элемент ИЛИ-НЕ, три инвертора, элемент 2И-ИЛИ-НЕ и сумма(Л тор, причем первый вход блока логического управления подключен к первос му входу сумматора и к первому входу второго И, а также через третий инвертор - к первому входу первого И элемента 2И-ИЛИ-НЕ, второй вход - непосредственно к второму входу первого элемента Ник первому входу второго ,элемента И, третий вход - непосредственно к второму входу второго И :л элемента 2И-ИЛИ-НЕ и через второй N9 инвертор к второму входу первого И э х элемента 2И-ИЛИ-НЕ, четвертый вход блока логического управлений подключен к первому входу второго элемента И-НЕ, пятый вход этого блока к второму входу второго элемента И и к второму входу сумматора, выход -которого подключен к второму -входу первого элемента И-НЕ, первый выход блока логического управления подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к выходу второго элемента И, а второй вход к выходу первого, элемента И, второй

Изобретение относится к электротехнике, а именно к цифровым системам автоматического регулирования, в частности к автоматизированному электроприводу постоянного тока с полупроводниковыми импульсными преобразователями, и может найти применение в системах автоматического управления электроприводами.

Известно устройство, содержащее импульсный преобразователь, датчик тока, преобразователь ток - частота, формирователь пилообразного напряжения, компаратор,.триггер, схему совпадения , дифференцирующее и усилительное звенья и два аналоговых звена 1 .

Недостатками этого устройства являются низкие энергетические показатели и низкое быстродействие из-за повышенных пульсаций тока якоря электродвигателя, обусловленных низкой частотой коммутации. Такое устройство не обладает высокой точностью из-за низкой точности преобразования тока в частоту и не обеспечивает реверс электродвигателя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является двухпозиционная система регулирования тока , содержащая последова тельно соединенные устройство управления ключами импульсного преобразователя, импульсный преобразователь датчик тока и нагрузку zj .

Недостатками известной системы ,являются низкие энергетические показатели из-за протекания через нагрузку тока с определенной амплитудой .и частотой при нулевом значении входного , а faicKe относительно невысокое качество регулирования изза нелинейности регулировочной характеристики в области нуля.

Цель изобретения - повышение энергетических показателей и качества регулирования.

Указанная цель достигается тем, что в двухпозиционную систему регулирования тока электродвигателя, содержащую последовательно соединенные устройство управления ключами импульсного преобразователя, импульс, ный преобразователь, датчик тока, и нагрузку, введены блок цифрового задания, блок контроля входного задаНИН, блок сравнения кодов, реле знака тока, аналого-цифровой преобразователь и блок логического управления с пятью входами и двумя выходами, первый вход которого подключен к первому выходу блока цифрового задания, второй вход через блок контроля входного задания - к второму выходу блока цифрового задания, третий вход к первому выходу блока сравнения ко-дов, четвертый вход - к второму выходу блока сравнения кодов, первые входы которого подключены к вторым выходам блока цифрового задания, а вторые входы - к выходам аналогоцифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу датчика тока, подключенному через реле знака тока к пятому входу блока логического управления, оба выхода которогоподключены к входам устройства управления ключами импульсного преобразования.

Блок логического управления(БЛУ) содержит два элемента И-НЕ, два элемента И, элемент ИЛИ-НЕ, три инвертора, 2И-ИЛИ-НЕ и сумматор, причем первый вход БЛУ подключен к первому входу сумматора и к первому входу второго И, а также через третий инвертор - к первому входу первого И элемента 2И-ШШ-НЕ, второй вход непосредственно к второму входу первого элемента И и к первому входу второго элемента И, третий вход непосредственно к второму входу вто)ого И элемента 2И-ШШ-НЕ и через инвертор к второму входу первого И элемента 2И-ЩШ-НЕ, четвертый вход БЛу подключен к первому входу второго элемента И-НЕ, пятый вход БЛУ к второму входу второго элемента И и к второму входу сумматора, выход которого подключен к второму входу первого элемента И-НЕ, первый выход БЛУ подключен к выходу элемента ИПИНЕ, первый вход которого подключен к выходу второго элемента И, а второй вход - к выходу первого элемента И,второй выход БЛУ подключен к выходу второго элемента И-НЕ,второй вход кото рого подключен к- выходу первого элемента И-НЕ, На фиг. 1 дана функциональная схе ма двухпозиционной системы регулирования тока; на фиг. 2 - диаграмма, поясняющая работу двухпозиционной системы регулирования тока; на фиг.З схема блока логического управления. Двухпозиционная система регулиров ния тока содержит (фиг. 1) последова тельно соединенные устройство 1 управления ключами 2-5 импульсного .преобразователя 6, датчик 7 тока, нагрузку 8, блок 9 цифрового задания блок 10 контроля входного задания, блок 11 сравнения кодов, реле 12 зна ка токов, аналого-цифровой преобразо ватель (АЦП) 13 и БЛУ 14. БЛУ 14 содержит два выхода и пять входов, первый вход которого подключен к первому выходу блока 9 цифрово го задания, второй вход через блок 10 контроля входного задания - к вто рому выходу блока 9 цифрового задания, третий вход - к первому выходу блока 11 сравнения кодов, четвертый выход - к второму выходу блока 11 сравнения кодов, первые входы которо го подключены к вторым выходам блока 9 цифрового задания, а вторые входы к выходам АЦП 13. Выход реле 12 знака тока подключен к пятому входу бло ка 14 логического управления, выходы которого подключены к входам устройства 1 управления ключами 2-5 импульсного преобразователя 6. БЛУ 14 содержит (фиг. 3) два логи ческих элемента И-НЕ 15 и 16 и два элемента И 17 и 18, элемент ИЛИ-НЕ 1 три инвертора 20 - 22, один элемент 2И-ИЛИ-НЕ 23 и сумматор 24. БЛУ 14 имеет пять входов и два выхода, при чем первый вход подключен к первому входу сумматора 24 и к первому входу второго И, а также через инвертор 22 к первому входу первого И элемента 2И-Ш1И-НЕ 23, второй вход подключен непосредственно к второму входу элемента И 17, и к первому входу элемента И-НЕ 15, а через инвертор 20 к первому входу элемента И 18, третий вход подключен непосредственно к второму входу второго И элемента 2И-ИПИНЕ 23, инвертор 21 - к второму входу первого И элемента 2И-ШШ-НЕ 23, четвертый вход - к первому входу элемента И-НЕ 16, пйтьй вход - к второму входу элемента И к второму входу сумматора 24, выход которого подключен к второму входу элемента И-НЕ 15, первый выход - к выходу элемента ИЛИ--НЕ 19, первый вход котор.ого подключен к выходу элемента И 18, а второй вход - к выходу элемента И 17, второй выход - к выходу элемента И-НЕ 16, второй вход которого подключен к выходу элемента И-НЕ 15. Двухпозиционная цифровая система регулирования тока работает следующим образом. Логика работы импульсного преобразователя 6 выбрана такой, которая обеспечивает несимметричный закон переключения ключей 2 - 5 и заданную величину пульсаций тока при частоте коммутаций в два раза ниже, чем при симметричном законе переключения. Блок 11 сравнения кодов, выполняя операцию вычисления ошибки, выдает на выходе сигналы U и U. При выполнении условия состояние сигнала U соответствует логической единице: 11 1. При выполнении условия NBX-NOC сигнал и переключается в состояние логического нуля: U 0. Переключение сигнала U происходит: при NB, - 2(3) в логическую единицу U 1,а приНв,-Мос-$-2(4) в логический ноль . Логический уровень выходного сигнала блока 10 контроля входного задания соответствует: Uj 1, при (5) Ug 0, при NB, . 0. . (6) . Логический уровень сигнала U блока 9 цифрового задания и U г- реле 12 знака токов соответствует: U,1, npHN8x 0(5ign Nв 1)-, (7) и, 0, npHl/tk O () (8) , , приМос 0,(9) , при K5c 0.(10) Блок 1A логического управления функционирует согласно следующим логическим уравнениям: Ufe-(o:uiO,4(u.((ii (U,,linU2Устройство 1 управления ключами 2-5 импульсного преобразователя 6 функционирует согласно следующим логическим уравнениям:. ),U6U,;(13) V3 (15) 2 (14) V.,, (16) где V., V2, V, V4 - сигналы.управления силовыми ключами 2-5, причем соответствует замкнутому состоянию ключа, а - разомкнутому. При нулевом входном сигнале Ng 0 на выходе блока 10 контроля входного задания согласно условию (6) формиру ется сигнал логического нуля U2.0., , При этом согласно уравнениям (11) и (12), организация команды управления ключами 2 - 5 не зависит от сигнала знака входного задания. Предположим, что входное задание до момента t, (фиг, 2) было Nj(0. В момент времени , вы полняются условия (2), (4), (6) и (9 которым соответствуют логические уровни сигналов 15, U,0, U,, . При такой комбинации сигналов в соответствии с уравнениями (11), (12 (13) и (15) включаются ключи 2 и 4 и ток нагрузки спадает. Спадая до ну ля, ток далее меняет направление. В момент времени t выполняется усло вие (1)., ключи 4 и 5 включаются. Напряжение с нагрузки 8 снимается, но ток нагрузки продолжает нарастать в обратном направлении под воздействием ЭДС вращения якоря двигателя. В момент времени вьтолняется условие (3) ,собтветстйенно чему вклю чаются кл)чи3 и 5 четной группы. Нагрузка включается к источнику в другой полярности, ток нагрузки спадает до нуля и далее нарастает в обратном направлении. Эти циклы повторяются до полного расхода избь1тка электромеханической энергии. В момент времени ток нагрузки, отключенной от источника, спадает до нуля. Далее система остается в отключенном состоянии до появления входного задания . При ненулевом входном сигнале Ng)( в зависимости от сигнала знака и, на первом выходе блока цифрового задания включаются ключи либо четной, либо нечетной группы. Допустим, что . В момент ток нагрузки равен нулю и соответственно N,0. При этом выполняются условия (7), (5), (3) и (1), соответственно которым сигналы на входе блока 14 логического управления имеют следующие логические значения: , 0 1, U 1, U. 1. Такая комбинация сигналов на входе блока 14 логического управления, соответствующая уравнениям (11), (12), (14) и (16), обеспечивает включение ключей 3 и 5 и рост тока нагрузки. При этом Njjp также возрастает и стано- вится больше, чем Ng . В момент времени выполняется условие (2), сигнап U4 переключается в состояние логического нуля. При .этом в соответствии с уравнениями (11) (12), (14) и (15) выключается ключ 3 и включается ключ 4. Ток нагрузки спадает, замыкаясь через ключи 5 и 4. В момент времени вьтолняется условие (1) и, вновь переключаясь в состояние логической единицы сигнал И-г включает ключ 3 и отключает ключ 4. Ток нагрузки вновь возрастает. Далее процессы повторяются. Если нагрузкой является якорь электродвигателя, обладащий ЭДС вращения, то возможен режим, при котором ток продолжает нарастать и при отсутствии напряжение на якоре. Такой режим- показан на фиг. 2, начиная с момента . В момент выполняется условие 4, сигнал U переключается в состояние логического нуля. При этом также выполняются условия (2), (5), (7) и (9), согласно которым соответствуют логические уровни сигналов: У;) 1, , 0, , . При такой комбинации сигналов блок 14 логического управления 14 в соответствии с уравнениями (11), (12)j (13) и (16) обеспечивает включение кядачей 2 и 4 нечетной группы. Напряжение на нагрузке меняет полярность, т.е. осуществляется режим рекуперации энергии. Ток нагрузки спадает. В момент времени в соответствии с условием (1) выключается ключ 2 и включается ключ 5. Ток нагрузки возрастает под воздействием ЭДС вращения. В момент времени ,, вновь включается ключ 2 и отключается ключ 5, так как вьтолняется уеловие (2). Далее процесс повторяется, ft ток нагрузки пульсирует так, что амплитуда пульсации равна 1, а гладкая составляющая тока равна 1. Если ЭДС вращения нагрузки изменя ется , что ток нагрузки спадает при отключенном напряжении якоря (момент времени ), то в момент времени , выполнением условия (3) система возвращается в исходный режим работы, т.е. устанавливается режим потребления энергии от источника. Последовательность импульсных напряжений на нагрузке в этих режимах однополярная (фиг. 2). ж. Пусть в момент времени . подается команда Реверс, что соответ ствует выполнению условия (8). В этот момент также выполняются уелоВИЯ (1), (3), (5) и (9), которым соответствуют логические уровни сигналов , U2 1, Щ-, , . При такой комбинации сигналов соглас но уравнениям (11), (12), (13) и (15 включаются ключи 2 и 4 нечетной груп пы напряжение на нагрузке меняет полярность, она держится до тех пор, пока ток нагрузки изменит направление и нарастает до значения входного тока задания. В момент времени ,j ток нагрузки нарастает до значения ( и выполняются условия (2) и (10), в соответствии с которыми выключается ключ 2 и включается ключ 5. . Нагрузка отключается от источника, и ток нагрузки замыкается через ключи 4 и 5. В момент времени нагрузка вновь подключается к источнику и далее процессы повторяются. Зона нечувствительности предлагаеMoii системы регулирования определяется шагом дискретизации АЦП 13 по уровнюU , который намного меньше ширины петли гистерезиса комларатора в известном устройстве, где К количество разрядов АЦП 13 (для современных интегральных АЦП 13 количество разрядов достигает - 16).. с таким количеством разрядов нелинейность регулировочной характеристики ничтожно мала. , Таким образом, при 0 и выполнения условия NJJJ. 0 ключи преобразователя не коммутируются. В случае NB;(O, а (NQ), что соответствует режиму возмущения ЭДС вращения на контур регулирования, система функционирует так, что напряжения на нагрузке представляют собой последовательность однополярных импульсов, обеспечивающих ток нагрузки с допустимой амплитудой пульсации и гладкой составляющей тока, равной нулю. При этом частота коммутации определяется величиной и продолжительностью возмущения, значительно меньще, чем в известном устройстве, в котором организуется принуященная коммутация в окрестности нулевого значения. Как видно, в предлагаемом устройстве при коммутация ключей импульсного преобразователя прекращается в отличие от известного, в котором при Ngj 0 ключи коммутируются с определенной частотой, обеспечивая пульсацию тока вокруг нуля. Прекращение коммутации при приводит к снижению коммутационных потерь, которое при работе импульсного преобразователя в системах быстродействующего электропривода составляют основную долю потерь преобразователя. При этом система не имеет зоны нечувствительности в области малых значений входного сигнала управления, т.е. обладает линейной регулировочной Характеристикой, а применение цифровых элементов повышает точность во всем диапазоне регулирования.

5

3BM

esjgf }

csi