Транзисторный импульсный преобразователь Советский патент 1986 года по МПК H02M7/537 H02H7/12 

Изобретение относится к преобразовательной технике, и может быть использовано в быстродействующих электроприводах постоянного тока, например, в приводах подачи металлорежущих станков с числовым прог- раммным управлением.

Целью изобретения является повышение надежности преобразователя и облегчение

поиска причины возникновения аварийного режима.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - структурная схема двухпозиционного регулятора тока; на фиг. 3 - структурная схема блока управления импульсным усилителем мощности; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу транзисторного импульсного преобразователя.

Транзисторный импульсный преобразователь (фиг. 1) состоит из импульсного усилителя мощности, выполненного на транзисторных ключах 1-4, соединенных по мосто- вой схеме, в диагональ которой после довательно нагрузке включен сглаживающий дроссель 5, датчиков 6 и 7 тока, выполненных в виде щунтов, включенных в ветви мостовой схемы, двухпозиционного регулято- ра 8 тока, управляющие входы которого подключены к датчикам тока, сигнальный вход - к источнику сигнала задания тока УЗ, а выход соединен с информационным входом блока 9 управления импульсным усилителем мощности, выходы которо- го соединены с управляющими входами транзисторных ключей, первого и второго пороговых элементов 10 и 11, входы которых подсоединены соответственно к датчикам 6 и 7 тока, третьего порогового элемента 12, вход которого подсоединен к щине питания им- пульсного усилителя мощности Vn, сдвоенного дещифратора 13, управляющие входы которого подсоединены к выходам пороговых элементов 10 и 11, первый информационный вход А подсоединен к выходу порогового элемента 12, а второй информа- ционный вход 5 - к выходу двухпозиционного регулятора 8 тока, RS-триггеров 14-19, входы установки нуля которых объединены и подключены к источнику сигнала сброса Z, входы установки единицы подсое- динены к первому, третьему, четвертому, пятому, шестому и седьмому выходам сдвоенного дешифратора 13, элемеитов индикации на светодиодах 20-25, подключенных к выходам триггеров 14-19, блока 26 электронной блокировки и семивходового элемента ИЛИ-НЕ 27, шесть входов которого подсоединены к выходам триггеров 14-19, седьмой - к выходу блока 26 электронной блокировки, а выход соедииен с управляющим входом блока 9 управления импульсным усилителем мощиости.

Двухпозиционный регулятор тока (фиг. 2) состоит из двухвходового интегратора 28 и триггера Шмитта 29. Входы интегратора

являются управляющими входами двухпозиционного регулятора тока, первый вход триггера Шмитта подключен к выходу двухвходового интегратора, а второй является сигнальным входом регулятора. Выход триггера Шмитта является выходом регулятора.

Блок управления импульсиым усилителем мощности (фиг. 3) состоит из узла 30 синхронизации, вход которого является информационным входом блока, узлов 31, 32 задержки, входы которых подсоединены к противофазным выходам узла 20 синхронизации, элементов И 33, 34, первые входы которых подсоединены к выходам узлов 31 и 32 задержки, а вторые объединены с управляющим входом блока, узлов 35 и 36 гальванической развязки, входы которых под соединены к выходам элементов И, а выходы являются выходами блока управления импульсным усилителем мощности.

Сдвоенный дещифратор 13 представляет собой два двухразрядных дешифратора с объединенными информационными и раздельными управляющими входами.

Таблица истинности дешифратора имеет следующий вид.

Сдвоенный дешифратор может быть построен на логических элементах И, ИЛИ и НЕ, на основе матрицы постоянного запоминающего устройства либо на стандартных элементах, например на микросхемах К155ИД4.

Устройство работает следующим образом.

Возможны два режима работы: нормальный, когда ток, протекающий через транзисторные ключи импульсного урилителя мощ ности, не превыщает допустимых пределов, аварийный, когда ток превышает установленные пределы. Причинами аварийных режимов могут быть уменьшение нагрузки кплоть до короткого замыкания и отказ какого-либо транзисторного ключа импульсного усилителя мощности.

При нормальной работе поочередно включаются пары транзисторных . ключей 1, 2 и 3, 4. Нагрузка через включенную пару ключей, сглаживающий фильтр 5 и один из датчиков 6, 7 тока подключается к источнику питания Vn. Падение напряжения на каждом датчике тока V пропорционально мгновенному значению тока, протекающего через включенную пару транзисторных ключей. Сигналы с датчиков 6 и 7 тока поступают на управляющие входы двухпозиционного регулятора 8 тока, на сигнальный вход которого поступает напряжение задания тока Уз- В двухпозиционном регуляторе 8 тока импульсный сигнал Vr интегрируется интегратором Й8 и сравнивается с сигналом задания тока Уз на триггере Шмитта 29. Характеристика триггера Шмитта имеет вид петли гистерезиса.

В моменты равенства выходного напряжения интегратора 28 VH пороговым напряжениям триггера Шмитта проходит опрокидыв ние последнего и выходной логический сигнал X двухпозиционного регулятора тока 8 изменяет значение на противоположное (фиг. 4). Сигнал поступает на блок 9 управления импульсным усилителем мощности. В блоке 9 происходит синхронизация сигнала X с помощью устройства 30 синхобразом ограничивается нарастание тока через транзисторные ключи. Номер зажженного индикатора зависит от причины возникновения аварийного режима.

При перегрузке преобразователя или коротком замыкании в цепи нагрузки из-за включенной последовательно нагрузке 5 индуктивности напряжение на шине питания существенно не изменяется, поэтому сигнал аз на выходе третьего порогового элеменронизации, одновременно преобразующего ,Q та 12 остается равным единице. В зависисигнал X в два противофазных сигнала. Узлы 31 и 32 задержки задерживают передние фронты сигналов на время At, необходимое для надежного запирания ключей, формируя сигналы Xi, Хг (фиг. 4).

мости от момента возникновения перегрузки возможны следующие состояния элементов схемы: X 1, включены ключи 1 и 2, а 1, единичный сигнал присутствует на четвертом выходе дешифратора (D4) и на

Элементы И 33 и 34 блокируют дальней- is выходе третьего триггера 16, зажжен трешее прохождение сигналов при нулевом значении сигнала Y, поступающего на управляющий вход блока 9. При Y 1 сигналы X:, Х2 через элементы И 33 и 34 поступают на узлы 35 и 36 гальванической развязки, каждый из которых имеет два выхода. При единичном значении сигнала X на входе блока управления импульсным усилителем мощности появляются сигналы на выходах первого узла 35 гальванической развязки, поступающие на транзисторные ключи 1 и 2. При X О появляются сигналы на выходах второго узла гальванической развязки, отпирающие ключи 3 и 4. В нормальном режиме работы преобразователя ток, протекающий через транзисторные ключи, не превышает допустимых значений, поэтому сигналы на выходах пороговых элементов 10 и 11 ai и az равны нулю. Напряжение на шине питания VH равно номинальному и сигнал аз на выходе третьего порогового элемента 12 равен единице. Оба канала сдвоенного дешифрато- 35 ра 13 заперты и в соответствии с таблицей истинности на всех выходах сдвоенного дешифратора 13 сигналы равны нулю. RS-триггеры 14-19 предварительно установтий индикатор 22; X О, включены ключи 3 и 4, , единичный сигнал присутствует на шестом выходе дешифратора (Е2) и на выходе пятого триггера 18, включен пятый 20 индикатор 24. Таким образом, третий индикатор показывает причину отключения (перегрузка) при положительном выходном напряжении, пятый индикатор (перегрузка) при отрицательном выходном напряжении.

25 При неисправности какого-либо транзисторного ключа 1-4 в момент включения исправной пары транзисторных ключей возникает сквозной ток преобразователя. Сквозной ток не проходит через сглаживающий. фильтр 5, поэтому его появление сопро30 вождается резким уменьщением напряжения Vn на шине питания из-за индуктивности источника питания преобразователя. В результате срабатывает пороговый элемент 12 и сигнал аз на его выходе принимает нулевое значение. В зависимости от прлчины аварии возможны следующие состояния элементов схемы: неисправен ключ 1, сквозной ток возникает при включении пары ключей 3 и 4, при X О, а2 1, появляется единичный сигнал на пятом выхоленные сигналом Z в нулевое состояние, де дешифратора (Е1) и на выходе четсвоего состояния не изменяют, индикаторы 20-25 не светятся, сигнал на выходе элемента ИЛИ-НЕ равен единице.

При возникновении аварийного режима увеличивается ток через транзисторные

вертого триггера 17, включен четвертый индикатор 23; неисправен ключ 2, сквозной ток возникает при включении пары ключей 3 и 4 при X О, ai 1, единичный сигнал появляется на первом выходе деключи 1-4, проходящий по одному из дат- 45 шифратора (Д1) и на выходе первого триг- чиков 6 или 7 тока. При этом сигнал aiгера, включен первый индикатор 20; неиспраили а2 одного из порогового элементов 10 или 11 изменяет свое значение на единичное, появляется единичный сигнал на одвен ключ 3, сквозной ток возникает при включении пары ключей 1 и 2 при X 1, ai 1, единичный сигнал появляется на третьем выходе дешифратора (D3) и на выходе втоном из выходов дешифратора 13, опрокидывен ключ 3, сквозной ток возникает при включении пары ключей 1 и 2 при X 1, ai 1, единичный сигнал появляется на третьем выходе дешифратора (D3) и на выходе втовается один из RS-триггеров 14-19, зажи- 50 триггера 15, включен второй индика- гается один из индикаторов 20-25, на выходе элемента ИЛИ-НЕ появляется сигнал Y О, поступающий на блок 9 управления импульсным усилителем мощности. В блоке 9 запираются элементы И 33 и 34 ходе дешифратора (3) и на выходе шес- и в результате запираются открытые в того триггера 19, включен шестой инди- данный момент транзисторные ключи. Таким катор 25.

тор 21; неисправен ключ 4, сквозной ток возникает при включении пары ключей 1 и 2 при X 1, а2 1, единичный сигнал появляется на седьмом выобразом ограничивается нарастание тока через транзисторные ключи. Номер зажженного индикатора зависит от причины возникновения аварийного режима.

При перегрузке преобразователя или коротком замыкании в цепи нагрузки из-за включенной последовательно нагрузке 5 индуктивности напряжение на шине питания существенно не изменяется, поэтому сигнал аз на выходе третьего порогового элемента 12 остается равным единице. В зависимости от момента возникновения перегрузки возможны следующие состояния элементов схемы: X 1, включены ключи 1 и 2, а 1, единичный сигнал присутствует на четвертом выходе дешифратора (D4) и на

выходе третьего триггера 16, зажжен треis выходе третьего триггера 16, зажжен тре5

тий индикатор 22; X О, включены ключи 3 и 4, , единичный сигнал присутствует на шестом выходе дешифратора (Е2) и на выходе пятого триггера 18, включен пятый 20 индикатор 24. Таким образом, третий индикатор показывает причину отключения (перегрузка) при положительном выходном напряжении, пятый индикатор (перегрузка) при отрицательном выходном напряжении.

При неисправности какого-либо транзисторного ключа 1-4 в момент включения исправной пары транзисторных ключей возникает сквозной ток преобразователя. Сквозной ток не проходит через сглаживающий. фильтр 5, поэтому его появление сопровождается резким уменьщением напряжения Vn на шине питания из-за индуктивности источника питания преобразователя. В результате срабатывает пороговый элемент 12 и сигнал аз на его выходе принимает нулевое значение. В зависимости от прлчины аварии возможны следующие состояния элементов схемы: неисправен ключ 1, сквозной ток возникает при включении пары ключей 3 и 4, при X О, а2 1, появляется единичный сигнал на пятом выходе дешифратора (Е1) и на выходе четвен ключ 3, сквозной ток возникает при включении пары ключей 1 и 2 при X 1, ai 1, единичный сигнал появляется на третьем выходе дешифратора (D3) и на выходе второ д триггера 15, включен второй индика- ходе дешифратора (3) и на выходе шес- того триггера 19, включен шестой инди- катор 25.

триггера 15, включен второй индика- ходе дешифратора (3) и на выходе шес- того триггера 19, включен шестой инди- катор 25.

тор 21; неисправен ключ 4, сквозной ток возникает при включении пары ключей 1 и 2 при X 1, а2 1, единичный сигнал появляется на седьмом выТаким образом, каждому неисправному ключу соответствует включение одного индикатора.

Для повторного включения преобразователя необходимо подать на схему единичный сигнал сброса Z.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить надежность преобразователя благодаря эффективной системе защиты и облегчить поиск причин возникновения аварийных режимов.

Кроме того, использование предлагаемого транзисторного импульсного преобразователя в электроприводе постоянного тока, например в электроприводе подачи токарного станка с числовым программным управлением, позволяет увеличить уставку токоограни- чения системы управления электроприводом без снижения надежности преобразователя. В результате сокращается время перемещения инструмента или какого-либо другого

механизма и повышается производитель-вход которого подсоединен к выходу треность станка.тьего порогового элемента, а второй информационный вход - к выходу двухпозиционно- го регулятора тока, входы установки едиФормула изобретения -ницы RS-триггеров подключены к первому,

третьему, четвертому, пятому, щестому и седь- Транзисторный импульсный преобразова- 25 мому выходам дешифратора, а входы устатель, содержащий импульсный усилитель мощности на четырех силовых транзисторных ключах, соединенных по мостовой схеме, в два плеча которой включены датчики тока, выполненные в виде шунтов, сглажиновки нуля RS-триггеров соединены с выводом для подключения источника сигнала сброса, выходы RS-триггеров соединены с элементами индикации и с соответствующими входами семивходового элемента ИЛИ-

вающий фильтр, включенный последователь-30 НЕ, седьмой вход которого подключен к

но с нагрузкой в диагональ моста, двухпози-выходу блока электронной блокировки, а выционный регулятор тока, управляющие вхо-ход соединен с управляющим входом

ды которого подсоединены к датчикам то-блока управления импульсным усилителем

ка, сигнальный вход - к выходу длямощности.

Примечание, Х- произвольное состояние.

подключения источника сигнала задания тока, а выход соединен с информационным входом блока управления импульсным усилителем мощности, выходы которого соединены с управляющими входами транзисторных

ключей, н блок электронной блокировки, отличающийся тем, что, с -целью повыщения надежности преобразователя и облегчения поиска причин возникновения аварийных режимов, в него введены три пороговых элемента, сдвоенный дешифратор, щесть RS- триггеров, элементы индикации и семивходо- вый элемент ИЛИ-НЕ, причем входы первого и второго пороговых элементов подсоединены к выходам датчиков тока, вход третьего порогового Элемента соединен с выводом для подключения источника питания импульсного усилителя мощности, выходы первого и второго пороговых элементов соединены с управляющими входами сдвоенного дешифратора,, первый информационный

третьему, четвертому, пятому, щестому и седь- мому выходам дешифратора, а входы установки нуля RS-триггеров соединены с выводом для подключения источника сигнала сброса, выходы RS-триггеров соединены с элементами индикации и с соответствующими входами семивходового элемента ИЛИ-

Редактор М. Бланар Заказ 2234/57

ВНИИГТИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

ФЬлиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фш.

Составитель С. Л у за но в

Техред И. ВересКорректор А. Зимокосов

Тираж 631Подписное

Изобретение относится к преобразовательной технике и используется в быстродействующих электроприводах. Цель изобретения - повышение надежности и облегчеf/3. ние поиска причины возникновения аварийного режима. Преобразователь содержит мостовой усилитель мощности на транзисторных ключах (ТК) 1-4, дроссель 5, датчики тока 6 и 7, двухпозиционный регулятор 8 тока, блок управления (БУ)9, блок 26 электронной блокировки. Введение трех пороговых элементов (ПЭ) 10-12, сдвоенного дешифратора (СД) 13, шести RS-триггеров (Т) 14- 19, семивходового элемента ИЛИ-НЕ 27 обеспечивает эффективную защиту. При этом каждому виду неисправности ТК соответствует сигнал определенного элемента индикации 20-25. При возникновении аварийного режима ограничивается нарастание тока через ТК за счет появления сигнала на одном из выходов СД 13, опрокидывается один из Т 14-19 и сигнал поступает на БУ 9 через элемент ИЛИ-НЕ 27. В БУ 9 формируется сигнал, запирающий открытые в данный момент ТК. Неисправности какого-либо ТК соответствуют также включение определенного элемента индикации и отключение преобразователя в результате срабатывания ПЭ 12. Для повторного включения необходимо подать на схему единичный сигнал сброса Z. 4 ил. (Л to ю со со со со