Электропривод постоянного тока Советский патент 1987 года по МПК H02P5/16 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автоматизированным электроприводам постоянного тока транспортных средств.

Цель изобретения - улучи1ение качества регулирования.

На фиг. 1 представлена функциональная схема электропривода постоянного тока; на фиг. 2 - функциональная схема блока изменения структуры; на фиг. 3 - временные диаграммы работы электропривода.

Электропривод постоянного тока содержит электродвигатель 1, подключенный к источнику питания, последовательно с якорной цепью электродвигателя 1, шунтирован10

последнего соединен с первым входом второго элемента И 24, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя 20 импульсов, вход которого подключен к второму выходу блока 10 изменения структуры, третий вход которого подключен к выходу формирователя 7 импульсов постоянной частоты. Четвертый и пятый входы блока 10 изменения структуры соединены соответственно с прямым и инверсным выходами второго триггера 17, прямой S-вход которого соединен с выходом блока 9 инверсий, / -вход второго триггера 17 образует вход «Сброс электропривода, выход первого элемента И 23 подключен к 5-входу

ной диодом 2, включены тиристорный преоб- г первого триггера 14, к / -входу которого подразователь 3 и датчик 4 тока,, задающий генератор 5, выход которого соединен с входом формирователя 5 блокировочных импульсов и входом формирователя 7 импульсов постоянной частоты. Выход формирователя

ключен выход второго элемента И 24. Прямой выход первого триггера 14 соединен с входом третьего формирователя 21, выход которого подключен к первому входу элемента И-НЕ 25, к второму входу которого

6 блокировочных импульсов соединен с бло- 20 подключен третий выход блока 8 переклю- ком 8 переключений, второй вход которогочений. Третий вход элемента И-НЕ 25 образует вход «Пуск электропривода, выход элемента И-НЕ 25 подключен к входу перподключен . к выходу формирователя 7 импульсов постоянной частоты, третий вход блока 8 переключений соединен с выходом блока 9 инверсий. Четвертый и пятый вхо- Д.Ы блока 8 перек.лючений соединены соответственно с первым и вторым выходами блока 10 изменения структуры, шестой вход блока 8 переключений соединен с выходом блока 11 сравнения и первым входом блока 9 инверсий. Выход датчика 4 тока соединен с вторым входом блока 9 инверсии и через формирователь 12 пилообразного напряжения связан с первым входом блока 11 сравнения и первым входом блока 9 инверсий. Второй вход блока 11 подключен к

25

30

вого импульсного усилителя 15, вход второго импульсного усилителя 16 соединен с выходом четвертого формирователя 22 импульсов, вход которого подключен к инверсному выходу первого триггера 14.

Блок изменения структуры составлен из интеграторов 28 и 29, двух компараторов 30 и 31, двух триггеров 32 и 33, элемент И 34, двух элементов И-НЕ 35 и 36, трех ключевых элементов 37-39 и формирователя 40 импульсов. Входы интеграторов 28 и 29 образуют первый и второй

40

45

блоку 13 задания тока. Первый вход бло- входы блока, выход интегратора 28 через ком- паратор 30 подключен к / -входу триггера

32. Выход интегратора 29 через носледова- тельно включенные компаратор 31 и элемент И 34 подключен к S-входу триггера 32, прямой выход которого через первый элемент И-НВ 35 соединен с -входом триггера 33. Инверсный выход триггера 33 через второй элемент И-НЕ 36 соединен с S-входом триггера 33. Вторые входы первого и второго элементов И-НЕ 35 и 36 объединены с входом формирователя 14 импульсов, вход которого образует третий вход блока.

Прямой выход триггера 33 соединен с входом первого ключевого элемента 37 и образует первый вход блока, инверсный вы- cQ ход триггера 33 соединен с входом второго ключевого элемента 38 и образует второй выход блока. Выходы первого 37 и второго 38 ключевых элемептов подключены к выходу интеграторов 28 и 29 соответственно, вход третьего ключевого элемента 39 образует 55 четвертый вход блока. Выход третьего ключевого элемента 39 с выходом интегратора 38, вторые входы компараторов 30 и 31 предназначены для подключения сигка 10 изменения структуры подключен к прямому выходу триггера 14, к инверсному выходу которого подключен второй вход блока 10 изменения структуры.

Кроме того, электропривод содержит два импульсных усилителя 15 и 16, выходы которых подключены к цепям управления ти- ристорного преобразователя 3, второй триггер 17, ключевой элемент 18, четыре формирователя 19-22 импульсов, два элемента И 23 и 24, элемент И-НЕ 25. Блок 10 изменения структуры снабжен четвертым и нятым входами. Блок 13 задания тока выполнен управляемым и составлен из последовательно соединенных резистора 26 и потенциометра 27, юдвижмый контакт которого образует выход блока 13 задания тока. К общей точке соединения резистора 26 и потенциометра 27 подключен выход ключевого элемента 18, вход которого соединен с первым выходом блока 10 изменения структуры и входом первого формирователя 19 импульсов, выход которого подключен к первому входу первого элемента И 23, второй вход которого подключен к первому выходу блока 8 переключений. Второй выход

последнего соединен с первым входом второго элемента И 24, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя 20 импульсов, вход которого подключен к второму выходу блока 10 изменения структуры, третий вход которого подключен к выходу формирователя 7 импульсов постоянной частоты. Четвертый и пятый входы блока 10 изменения структуры соединены соответственно с прямым и инверсным выходами второго триггера 17, прямой S-вход которого соединен с выходом блока 9 инверсий, / -вход второго триггера 17 образует вход «Сброс электропривода, выход первого элемента И 23 подключен к 5-входу

первого триггера 14, к / -входу которого подпервого триггера 14, к / -входу которого подключен выход второго элемента И 24. Прямой выход первого триггера 14 соединен с входом третьего формирователя 21, выход которого подключен к первому входу элемента И-НЕ 25, к второму входу которого

подключен третий выход блока 8 переклю- чений. Третий вход элемента И-НЕ 25 образует вход «Пуск электропривода, выход элемента И-НЕ 25 подключен к входу пер

вого импульсного усилителя 15, вход второго импульсного усилителя 16 соединен с выходом четвертого формирователя 22 импульсов, вход которого подключен к инверсному выходу первого триггера 14.

Блок изменения структуры составлен из интеграторов 28 и 29, двух компараторов 30 и 31, двух триггеров 32 и 33, элемент И 34, двух элементов И-НЕ 35 и 36, трех ключевых элементов 37-39 и формирователя 40 импульсов. Входы интеграторов 28 и 29 образуют первый и второй

входы блока, выход интегратора 28 через ком- паратор 30 подключен к / -входу триггера

налов задания, второй вход элемента И 34 образует пятый вход блока.

Электропривод работает следующим образом.

Задающий генератор 5 формирует импульсы 41 напряжения (фиг. 3) с периодом следоватения Т, по положительным перепадам которого формируются импульсы 42 напряжения формирователем 6 блокировочных импульсов, в центре которых формируются импульсы 43 напряжения постоянной частоты, поступающие вместе с импульсами 42 напряжения на входы блока 8 переключений.

В исходном состоянии напряжение на входе «Сброс электропривода равно «О, напряжение на входе «Пуск также равно «О. Напряжение, равное «О, с инверсного выхода триггера 17 через элемент И 34 блока 10 устанавливает в исходное состояние триггер 32, на инверсном выходе которого устанавливается напряжение, равное логической «I. Этот сигнал-пропускает через элемент И-НЕ 36 импульсы напряжения, формируемые формирователем 40 импульсов по фронтам импульсов 43 напряжения постоянной частоты на S-входе триггера 33, причем импульсы напряжения на выходе формирователя 40 инверсны по отношению к импульсам 43 напряжения.

Блок 11 сравнения формирует релейным способом импульсы 44 напряжения, которые поступают на вход блока 8 переключений. Импульсы на выходе блока 9 инверсий отсутствуют, так как они формируются в соответствии с релейным способом регулирования тока только при токе якоря выще уровня тока уставки.

Импульсы 45 постоянной частоты напряжения проходят через блок 8 переключений, элемент И 24 на -вход триггера 14 и устанавливают его в состояние с напряжением 46 на инверсном выходе, равным «О, и напряжением 47 на прямом выходе, равным «1. Инверсные импульсы постоянной частоты с третьего выхода блока 8 переключений поступают на один из входов элемента И-НЕ 25, но не проходят через него, так как напряжение на входе элемента И-НЕ 25, образующего вход «Пуск электропривода, равно «О. Импульсы 48 и 49 напряжений на выходах усилителей 15 и 16 отсутствуют.

На первом и втором выходах блока 10 изменения структуры, соответственно прямом и инверсном выходах триггера 33, сигналы напряжений 50 и 51 равны «О и «1 соответственно. Эти напряжения в исходном состоянии и при коэффициенте заполнения тиристорного преобразователя 3 ,5 определяют алгоритм работы блока 8 переключений и, соответственно, подачи импульсов управления на тиристорный преобразователь 3, а именно: на открывание идут импульсы 43 постоянной частоты напряже5

ния, на закрывание импульсы, формируемые релейным способом блоком 9 инверсш при достижениях регулируемым током уровня тока уставки. Кроме того, инверсные импульсы постоянной частоты с третьего выхода блока 8 нереключений поступают на один из входов схемы И-НЕ 25, обеспечивая пуск э, 1ектропривода. Эти имиу. сы совпадают по переднему фронту с импульсами открывания тиристорного иреоб0 разователя 3, генерируемые формирователем 21.

Так как напряжение 50 на первом выходе блока 10 изменения структуры равно «О, ключ 18 закрыт и на второй вход блока 11 сравнения подается напряжение заданной уставки регулируемого тока с подвижного контакта переменного резистора 27, соединенного нос.ледовательно с резистором 26.

Напряжение 51, равное логической «1,

0 блокирует через ключ 38 выход интегратора 29. Напряжение на входе ключа 39 равно «i, соответственно открытым ключом 39 шунтирован в исходном состоянии выход интегратора 28, исключая тем самым ложное срабатывание компаратора 30, так как напряжение 46, подаваемое с инверсного выхода тригге)а 14 на вход интегратора 28 блока 10, равно «О и обеспечивает на выходе интегратора 28 напряжение, болыиее но уровню напряжения {,

Q на другом входе комнаратора 30.

При нуске электродвигателя I предвари- тельпо подается напряжение, равное «1, на вход «Сброс электронривода, затем подается напряжение, равное «, на вход «Пуск электропривода, импу. пэсы 43 посто5 янной частоты с выхода блока 8 переключений проходя через элемент И-НЕ 25 и усилитель на открывание тиристорного преобразователя 3 (напряжение 48, фиг. 3). Ток 52 нарастает и в момент достижения уровня тока уставки блоком 9 инвер0 сии формируется iiMiiy;ibc 45 напряжепия. который проходит через б.чок 8 псрек. но- чений, элемент И 23 на S-вход триггера 14 и перебрасывает его в нротивоио.юж- ное состояние. Но положительному перепаду напряжения 46 (фиг. 3) на инверсном выходе триггера 14 формирователь 22 генерирует импульс напряжения на закрывание тиристорного преобразователя 3.

Одновременно импульсом 45 напряжения перебрасывается в противоположное состояQ ние триггер 17, снимая блокировку с ратора 28 через ключ 39 и с 5-входа триггера 32 через элемент И блока 10.

Тиристорный преобразователь 3 закрывается, ток 52 спадает до появления очередного импульса 43 постоянной частоты на5 пряжения, который проходит через б.:1ок 8 переключений, элемент И 24 на / -вход триггера 14, перебрасывая его в исходное состояние. По положительному перепаду иа5

пряжения 47 на прямом в з1ходе триггера 14 формирователь 21 генерирует импульс напряжения, который проходит схему И-НЕ 25, усилитель 15 и открывает тиристорный преобразователь 3. Ток 52 нарастает до момента достижения им уровня тока уставки iy формирования релейным способом импульса 45 напряжения на закрывание тиристор но го преобразователя 3.

Частота вращения электродвигателя 1 увеличивается, уве;1ичивается коэффициент заполнения тиристорного преобразователя 3. Достижение регулируемым током уровня тока уставки осуществляется по более крутым участкам его нарастания.

При .5 напряжение па выходе интегратора 28 достигает уровня эталонного напряжения Уэ па другом входе компаратора 30, который срабатывает и выходным напряжением перебрасывает в противоположное состояние триггер 32. Импульс 43 постоянной частоты напряжения после .момента перебрасывания триггера 32 очередной раз устанавливает триггер 14 в момент времени t в исходное состояние, обеспечивая тем самым формирование импульса 48 па открывание тиристорного преобразовате- ля 3. Установка в противоположное состояние триггера 33 осуществляется импульсом напряжения, инверсным по отн01непию к импульсам 43 постоянной частоты напряжения и генерируемым но заднему фронту этнх имнульсов формирователем 4() в момент времени /2 через элемент И-НЕ 35, что исключает срыв ко.ммутацнонных нронессов в тиристорном нреобразователе 3 при смене алгоритма подачи импульсов унравле1п-1Я. Иа прямом и инверсном выходах триггера 33, а следовательно, и блока 10 изменения структуры устанав.;1иваются нанряжение 50, равное «1. и напряженне 51, равное «О. Эти напряжения 1ереключают блок 8 переключений таким образом, что обеспечивается следуюншй алгоритм подачи импу;1Ь- сов управ;1ения: на / -вход триггера 14 по- стунают импульсы, формируемые релейным способом блоком 11 сравнения, на S-вход - импульсь 43 постоянной частоты напряжения, па третьем выходе блока 8 переключений инверсные импульсы постоянной частоты блокированы напряжением 51, равным «О, в блоке 8 переключений. Одновременно сигнал нанряжения 50 юступает на ключ 18, который щунтирует резистор 26, умень- 1пая тем самым заданное 11апряжение уставки fVy на величину, эквивалентную размаху нмпульсаций регулируемого тока при ,5.

Одновременно формирователем 19 начинается формирование импульса задержки по по- ложительпому перепаду сигнала напряжения 50 с первого выхода блока 10, длительность которого равна 0,25 периода следования импульсов постоянной частоты Т,

по окончании которого формируется импульс закрывания тиристорного преобразователя 3, который поступает через элемент И 23 на S-вход триггера 14, устанавливая его в противоположное состояние. По положительному перепаду напряжения 46 с инверсного выхода триггера 14 формирователь 22 генерирует импульс закрывания тиристорного преобразователя 3, одновременно напряжение 50, равное «1, с прямого выхода триггера 33 блокирует через ключ 37 выход ин- . тегратора 28, а напряжение 51, равное «О, с инверсного выхода триггера 33 снимает блокировку через ключ 38 с выхода интегратора 29, который при коэффициенте заполнения ,5 осунхествляет интегрирование напряжения 47 с прямого выхода триггера 14.

Так как при ,5 скорости нарастания и снадания регулируемого тока равны, момент /.I достижения спадающим током 52

пониженного уровня тока уставки отстоит от момента времени /i па 0,5Т. В момент времени /,i формируется релейным способом блоком 11 сравнепия импульс 44 напряжения на открывание тиристорного преобразователя 3, который через блок 8 переключений и элемент И 24 поступает на R-вхол триггера 4, устанав.пивая его в исходное состояние. По положительпому перепаду напряжения 47 на прямом выходе триггера 14 формирователь 21 генерирует импульс 47 напряжения на открывание тиристорного преобразователя 3.

Таким образом, после изменения алгоритма подачи импульсов управления на тиристорный преобразователь при ,5 первое колебание регулируемого тока имеет частоту в два раза вьппе частоты следо

вапия импульсов постоянной частоты, далее колебание регулируемого тока идет с периодом Т, тфичем спадание регулируемого тока при увеличении коэффициента заполнения идет по более круты.м его участкам и колебание регулируемого тока 52 осуществляются выше пониженного уровня тока уставки.

Наброс напряжения в контактной сети при ,5 пр||водит к у.меньп1епию 7 ДО зпачепий, соответствукниих величине бросков напряжения, причем при уменьп1ении до значений, меньших или равных 0,5, напряжение на выходе интегратора 29 достигает уровня напряжения С/ч а другом входе компаратора 31 и, поступая па / -вход триггера 32, устанавливает его в исходное состояние. Напряжение с HHEsepCHoro выхода триггера 32, равное «1, нропускает через элемент И-НЕ 36 импульс папряжения, формируемый по заднему фронту импульса постоянной частоты, на S-вход триггера 33

и устанавливает его в исходное состояние с напряжениями на прямом выходе 50, равным «О, на инверсном выходе 51, равным «1.

Одновременно напряжение 41, равное «О, снимает шунтирование ключом 18 резистора 26, восстанавливая тем самым заданный уровень тока уставки, а положительным перепадом напряжения 51 с второго выхода блока 10 запускается формирователь 20, который формирует импульс задержки длительностью 0,25Т, а по окончании его через элемент И 24 устанавливает триггер 14 в исходное состояние. Формирователь 21 генерирует импульс управления на открывание тиристорного преобразователя 3. Блок 10 изменения структуры начинает работать в режиме, соответствующем .S. Первое колебание регулируемого тока после возвращения к исходному алгоритму подачи импульсов управления имеет частоту в два раза больще частоты следования импульсов 43 постоянной частоты напряжения, далее колебания регулируемого тока 52 идут с периодом Т.

Таким образом, электропривод обеспечивает процесс регулирования тока тягового электродвигателя постоянного тока без бросков средней величины регулируемого тока на величину размаха его колебаний, соответствующего ,5, так как одновременно с изменением алгоритйа подачи импульсов управления при 0,5 осуществляется коррекция заданного уровня тока уставки на величину, эквивалентную величине размаха колебаний регулируемого тока при .5.

Формула изобретения

1. Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к источнику питания, последовательно с якорной цепью электродвигателя, щунтированной диодом, включены тиристорный преобразователь и датчик тока, задающий генератор, выход которого соединен с входом формирователя блокировочных импульсов и входом формирователя импульсов постоянной частоты, выход формирователя блокировочных импульсов соединен с первым входом блока переключений., второй вход которого подключен к выходу формирователя импульсов постоянной частоты, третий вход блока переключений соединен с выходом блока инверсии, четвертый и пятый входы блока переключений соединены соответственно с первым и втором выходами блока изменения структуры, щестой вход блока переключений соединен с выходом блока сравнения и первым входом блока инверсий, выход датчика тока соединен с вторым входом блока инверсий и через формирователь пилообразного напряжения связан с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к блоку задания тока, первый вход блока изменения структуры подключен к прямому выходу триггера, к инверсному выходу которого

5

подключен второй вход блока изменения структуры, два импульсных усилителя, выходы которых подключены к цепям управления тиристорного преобразователя, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества регулирования, блок изменения структуры снабжен четвертым н пятым входами, введены второй триггер, ключевой э.че- мент, четыре формирователя импульсов два элемента И, элемент И-НЕ, блок задания тока выполнен управляемым и состаЕ - лен из последовательно соединенных резистора и потенциометра, подвижный контакт которого образует выход блока задания тока, а к общей точке соединения резистора и потенциометра подключен выход ключевого элемента, вход которого соединен с первым выходом блока изменения структуры и входом первого формировате.чя импульсов, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, вто1К)Г| вход

0 которого нодключеп к первому выходу блока переключений, второй выход которого соединен с первым входом второго элемента И. второй вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, вход которого подключен к второму выходу блока изменения структуры, третий вход которого подключен к выходу формировате.т импу. 1ь- сов постоянной частоты, четвертый и ня- тый входы блока изменения структуры соединены соответственно с прямым и инверсным выходами второго триггера, 5-вход которого соединен с выходом блока инверсий, / -вход второго триггера образует вход «Сброс электропривода, выход первого элемента И подключен к S-входу первого триггера, к / -входу которого подключен выход второго элемента И, прямой выход первого триггера соединен с входом третьего формирователя импульсов, выход которого подключен к первому входу элемента И-Шг, к второму входу которого подключен тий выход блока переключений, третий вход

0 элемента И-НЕ образует вход «Пуск электропривода, выход элемента П-ПЕ подключен к входу первого импульсно1Ч) усилителя, вход второго импульсного уси. 1ите- ля соединен с выходом четвертого рователя импульсов, вход которого подключен к инверсному выходу первого триггера. 2. Электрогфивод по п. 1, отличающийся тем, что блок изменения структуры составлен из двух интеграторов, двух компараторов, двух триггеров, элемента И, двух эле.ментов И-ПЕ, трех ключевых э. 1емептов и формирователя импульсов, входь интеграторов образуют первый и второй входы блока, выход первого интегратора через первый компаратор подключен к / -входу первого триггера, выход второго и1ггег П1тора

5 через последовательно включенные второй компаратор и первый элемент И подк.чючен к 5-входу первого триггера, прямой выход которого через первый элемент И-ПЕ соеди0

5

0

9

нен с / -входом второго триггера, инверсный выход первого триггера через второй элемент И-НЕ соединен с S-входом второго триггера, вторые входы первого и второго элементов И-НЕ объединены с входом формирователя имнульсов, вход которого образует третий вход блока, нрямой выход второго триггера соединен с входом нервого ключевого элемента и образует первый выход блока, инверсный выход второго триггера соединен с входом второго ключевого эле10

мента и образует второй выход блока, выходы первого и второго ключевых элементов подключены к выходу первого и второго интеграторов соответственно, вход третьего ключевого элемента образует четвертый вход блока, выход третьего ключевого элемента соединен с выходом первого интегратора, вторые входы компараторов предназначены для подключения сигналов задания, второй вход элемента И образует пятый вход блока.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматизации управления транспортны.ми средствами. Целью изoбpeтeн tя является улучи1ение качества регулирования. Электропривод обеспечивает процесс регулирования тока тягового электродвигателя постоянного тока без бросков средней величины регулируемого тока на величину размаха его колебаний при значении коэфф. заполнения тиристор- ного преобразователя 0,5. Для этого одновременно с изменением алгоритма подачи импульсов управления осуществляется коррекция заданного уровня тока уставки на величину, эквивалентную величине размаха колебаний регулируемого тока. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (О (Л оо о со со 00

Фиг. 2

- t- «--

ч

to

CO

3

ч

°-l

bи

h

CM 2 to

- 3- h sh

,0.0 50. о

C

fc-fif ar

/ H