Цифровой электропривод постоянного тока Советский патент 1987 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к управлению эл:ектроприводами постоянного тока от цифровых вычислительных устройств

Целью изобретения является повышение надежности.

На фиг.1 представлена структурная схема цифрового электропривода постоянного тока; на фиг.2а приведены соот ношения между сигналами: а старшего разряда четвертой фазы делителя- счетчика, С, С - выходными сигналами первого делителя двухфазного кода d, d - выходными сигналами второго делителя двухфазного кода, К, К - скважности сигналов управления силовыми элементами мостового усилителя в координатах входных сигналов В, на фиг.26, в, г - промежуточные зна- чения сигналов К, К и соответствующие им напряжения питания двигателя Un соответственно для значений входного сигнала , , , где А - емкость делителя-счетчика; на фиг.З - зависимость напряжения питания двигателя U- от входного цифрового сигнала В при отсутствии ограничения тока якоря двигателя.

Цифровой злектропрйвод постоянно- го тока (фиг.1). содержит электродвигатель 1 постоянного тока с датчиками 2 и 3 тока и температуры якоря, мостовой усилитель 4 мощности, выход которого соединен с электродвигателем 1, а вход - с предусилителем 5 мощности, делитель-счетчик 6, два делителя 7 и 8, два сумматора 9 и 10, две логические схемы 11 и 12, два пороговых усилителя 13 и 14 и блок 15 сравнения.

Шина внешней стабильной частоты соединена с входом делителя-счетчика 6, выход которого в прямом и обратном цифровых кодах соединен с первы- ми входами соответственно первого 9 и второго 10 сумматоров, каждый из которых содержит вькодную шину сигнала переноса результата суммирования. Вторые входы сумматоров 9 и 10 млад- шими разрядами соединены с младшими разрядами В шин цифрового входного сигнала В, а старший разряд вторых входов этих сумматоров соединен с выходом блока 15 сравнения. Первый вход логического блока 15 соединен с шинами старшего разряда В входного сигнала В. Выход старшего к-го разряда а делителя-счетчика 6 соеди

5 0 5

0 5 0

5 Q

5

иен с входом первого делителя 7 двухфазного кода, имеющего два выхода соответственно для инверсного и прямого сигналов второй фазы. Первый выход соединен с входом второго делителя 8 двухфазного кода, выход фаз которого соединен с первым входом предусилителя 5 мощности. Выходы сумматоров 9 и 10 и второй выход первого делителя 7 соединены с первой 11 и второй 12 логическими схемами, в каждой из которых два двухвходовых логических элемента И объединены на выходе двухвходовым элементом ИЛИ. Выход первого сумматора 9 соединен с первыми входами первых элементов И каждой логической схемы 11, 12, а выход второго сумматора 10 соединен с первыми входами вторых элементов И каждой логической схемы 11, 12, первый выход первого делителя 7 соединен с вторыми входами второго элемента И первой логической схемы 11 и первым элементом И второй логической схемы, причем второй выход первого делителя 7 соединен с вторыми входами первого элемента И первой логической схемы 11 и второго элемента И второй логической схемы 12.

Выходы элементов ИЛИ соединены с вторым входом предусилителя 5 мощности, выход которого соединен с управляющими входами силовых элементов, например транзисторов мостового усилителя 4.

Выход мостового усилителя 4 нагружен на электродвигатель 1 постоянного тока.

Выходы датчиков 2 и 3 через пороговые усилители 13 и 14 соединены соответственно с вторым и третьим : входами блока 15 сравнения. Схема порогового усилителя 13 содержит четыре элементарных компаратора: первый из них выдает сигнал при токе двигателя положительного знака i, О, второй при токе двигателя i любой полярности, третий - i, четвертый - i (i ). Схема порогового усилителя 14 содержит три элементарных компаратора, срабатывающих соответственно при температурах якоря t°, t°., tl (t t.tp.

Принципиальная схема блока 15 сравнения зависит от основания системы счисления входного цифрового сигнала и принципа его кодирования. При этом

основание системы счисления делителя- счетчика 6 должно совпадать с основанием входного сигнала, но принципы их кодирования могут как совпадать, так и отличаться.

Рассмотрим вариант основания системы счисления при одинаковом принципе кодирования этого основания во входном сигнале и выходных сигналах счетчика-делителя 6.

Для определения принципиальной схемы блока 15 сравнения строятся две группы таОлиЦу соответственно для случая, когда знаки тока и напряжения двигателя совпадают , и когда эти знаки различны . В каждой из таблиц записываются значения эквивалентных четырехфазному коду

При увеличении значения входного сигнала,например В 000001 на еди ницу, сигнал Р, - 1 появляется на вы

нии выходного сигнала делителя-счетцифр обычного цифрового кода на входе 20 ходе первого сумматора 9 при значе- старшего разряда сумматоров 9 и 10 (сигнал различных уровнях срабатывания пороговых усилителей 13 и 14. Таблицы представляют собой разчика А 77777, а сигнал переноса Р, 1 появляется на выходе второго сумматора 9 при А 00000. При это

чика А 77777, а сигнал переноса Р, 1 появляется на выходе второго сумматора 9 при А 00000. При этом

вертки трехмерного цифрового множест- 25 прямой С, и инверсный С сигналы вто- ва в цифрах обычного цифрового кода, представленного в координатах В (В| рой фазы первого делителя 7 двухфазного кода, которьш переключается от сигнала четвертой фазы а -старшего разряда делителя-счетчика 6, осущест- 30 вляют формирование сигналов управле- ния переключением силовых ключей мостового усилителя 4 по следующим логическим зависимостям : , C.V ,

;. ,

iJ, Т (t;

tp.

j 1 2

Таблицы определяют варианты эквивалентных принципиальных схем блока 15 для принятого способа кодирования.

Устройство работает следующим образом.

Внешний сигнал высокой частоты f, поступая на вход делителя-счетчика 6, заставляет его работать в режиме непрерывного суммирования входных импульсов. При этом, если делитель- счетчик 6, например, пятиразрядный, то его цифровые сигналы на выходных шинах для прямого кода изменяются в каждом цикле переключения от значения 00000 до 77777, а на шинах обратного кода от значения 77777 до 00000.

Входной цифровой сигнал может принимать значения от 000000 до 100000. Нулевому значению выходног напряжения мостового усилителя соответствует значение входного сигнала 040000, а максимальному значению одного,например, положительного знака - 000000, другого отрицательного знака - 100000.

При работе электропривода при отсутствии ограничений по току двигателя и температуре его обмотки, якоря ( 0; t t°2 it -OTcTap

3435314

ший разряд входного сигнала В передается с входа блока 15 на его выход без изменений.

При значении входного сигнала Б 000000 на выходе сумматоров 9 и 10 при любых значениях сигналов на вы- ходньк шинах делителя-счетчика 6 нет сигналов переноса (Р 0, ). Поэ- 1Q тому , K,j О и, следовательно, всегда открыты силовые ключи, управляемые сигналами К, 1, К 1; на двигатель подается напряжение Ua и , например, положительной псутярнос- ти.

15

При увеличении значения входного сигнала,например В 000001 на единицу, сигнал Р, - 1 появляется на выходе первого сумматора 9 при значе-

нии выходного сигнала делителя-счетходе первого сумматора 9 при значе-

ходе первого сумматора 9 при значе-

чика А 77777, а сигнал переноса Р, 1 появляется на выходе второго сумматора 9 при А 00000. При этом

прямой С, и инверсный С сигналы вто-

прямой С, и инверсный С сигналы вто-

рой фазы первого делителя 7 двухфазного кода, которьш переключается от сигнала четвертой фазы а -старшего разряда делителя-счетчика 6, осущест- вляют формирование сигналов управле- ния переключением силовых ключей мостового усилителя 4 по следующим логическим зависимостям : , C.V ,

К,, V ,

Следовательно, сигнал К равен единице при значениях А 00001 в каждом нечетном цикле переключения делителя-счетчика и при значении А 77777 в каждом четном ц;икле его переключения, а сигнал К равен единице при сигнале А 00001 в каждом четном цикле переключения делителя- счетчика б и при А 77777 в каж- дом нечетном цикле его переключения. Таким образом, длительность сигналов К, и К равна двум периодам частоты, и сами эти сигналы при этом жестко привязаны к времени окончания одного цикла переключения делителя-счетчика

6и началу другого цикла. Поэтому сигналы фаз d, d второго делителя

7двухфазного кода, которые формируют напряжения питания фозочувстви- тельных выпрямителей в предусилите- ле 5 и переключаются в моменты окончания циклов делителя-счетчика 6, совпадают по времени переключения со срединой импульсов К , К,., : сигнал фа

зы d - импульсами К,, а сигнал

фазы dj - импульсами К ..vf--- . .

При сигналах К,- 1, К,.,- О и К,0, Kj 1 производится открытие силовых ключей одноименной группы (эмиттер- ной либо коллекторной), что обеспечивает в эти моменты времени нулевое значение напряжения мостового усилителя 4, Таким образом, максимальное значение выходного напряжения мостового усилителя 4 уменьшено.

При дальнейшем увеличении входного сигнала,например, до величины лЪ длительность сигналов и К пропор ционально увеличивается и равна 24В периодам входной частоты, а все соотношения между расположением сигналов

К, , К,.

d 2 остаютх , iv и сигналами фаз d , ся без изменения (фиг.36). При этом пропорционально входному сигналу увеличиваются времена открытия силовых ключей одноименной группы (эмиттер- ной либо коллекторной)., что приводит к дальнейшему уменьшению напряжения положительной полярности, подаваемого на двигатель.

При В 040000 длительность сигналов К и К равна длительности цикла переключения делителя-счетчика бив любой момент времени будут только соотношения сигналов К, 1, Kj О либо К О, Kj 1 (фиг.Зв), что соответствует нулевому значению напряжения питания двигателя.

При дальнейшем увеличении входного сигнала пропорционально увеличивается длительность сигналов К, и К , а также происходит изменение полярности выходного напряжения мостового усилителя, когда в моменты К - 1, 1 на его выходе появляются импульсы напряжения отрицательной полярности (фиг.Зг). Пропорциональное увеличение напряжения происходит вплоть до значения входного сигнала В 100000, при котором всегда Р 1, Р 1 и, следовательно, К 1, 1, а выходное напряжение имеет максимальное значение отрицательной полярности и UH.

Рассмотрим работу привода при наличии ограничений по току двигателя и температуре его обмотки якоря.

В момент переходных процессов и когда нагрузка на валу двигателя превосходит допустимую осуществляется ограничение тока мостового усилителя 4. Это ограничение осуществляется

G

jg

5

0

возденствием на входные сигналы старшего разряда в . RCUIH при этом ток двигателя сов17ада.ет по знаку с при-по- женным к двигателю напряжения (), то при срабатывании порогового усилителя 13 происходит изменение вход- лого сигнала В в эквивалентньк цифрах обычного кода по следующему закону (фиг.4):, 3 и . Это изменение приводит к уменьшению напряжения питания электродвигателя 1 и ограничению его Toka.

Если ток электродвигателя 1 и напряжение его питания имеют разные знаки (), что происходит когда проти- во-ЭДС , то для уменьшения тока необходимо увеличить напряже

1. Поэтому при срабатывании порогового усилителя 13 происходит изменение входного сигнала В в эквивалентных цифрах обычного кода по следующему

закону (фиг.4): ...

7 и .

Ограничение тока электродвигателя при достижении температуры якоря уровней срабатывания t

г о

7

порогового усилителя 14 осуществляется изменением входного сигнала в в эквивалентных цифрах обычного кода по сл едующему закону: 0,

о 11

Таким образом, цифровой электропривод постоянного тока обеспечивает определение соотношения между расположением сигналов управления переключением силовых ключей мостового усилителя и прямоугольных напряжений питания фазочувствительньпс вьшрямите- лей предусилителя, что исключает сквозные токи в стойках мостового усилителя, равномерно распределяет динамические потери между силовыми ключами, исключает подмагничивание трансформаторов фазочувствительных выпрямителей и повышает надежность электропривода.

Формула изобретения

Цифровой электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель постоянного тока с датчиками тока и температуры якоря, мостовой усилитель мощности, выход которого соединен с электродвигателем, а вход спредусилителем мощности, отличающийся тем, чтр, с целью повышения надежности, в него введены делитель-счетчик, два делителя, два сумматора, две логические схемы 2 И-ИЛИ, два.пороговых усилителя, блок сравнения, при этом выход делителя- счетчика соединен с входами сумматоров и первого делителя, один выход которого соединен с входами логических схем 2 И-ИЛИ и второго делителя, выходы которого соединены с входами и

0 А Ki

д

предусилителя мощности, другие входы которого соединены с выходами логических схем 2 И-ИЛИ, вторые входы которых объединены и соединены с вторым выходом первого делителя, третьи и четвертые входы логических схем 2 И-ИЛИ соединены соответственно с выходами первого и второго сумматоров, вторые входы которых соединены через блок сравнения и пороговые усилители с датчиками тока и температуры.

tUj

Изобретение относится к электротехнике и м.б. использовано в электроприводах постоянного тока при управлении от цифровых вычислительных машин. Цель изобретения - повьшгенне надежности. Устройство содержит электродвигатель 1 пост, тока с датчиками тока 2 и температуры 3, мостовой усилитель 4 мощности, делитель-счетчик 6 и блок сравнения 15. Внешний сигнал высокой частоты заставляет делитель-счетчик 6 работать в режиме непрерывного суммирования входных импульсов. Далее происходит формирование сигналов управления переключением силойых ключей в зависимости от величины входного сигнала и наличия ограничений по току и температуре якоря. Определенные соотношения между расположением сигналов управления силовыми ключами исюхючают сквозные токи в стойках мостового усилителя,, равномерно распределяют динамические потери и исключают подмагничивание трансформаторов фазочувствительных выпрямителей предусилителя 5. 3 ил. S (Л

KI

Кг

г о

. fput.Z

Редактор О.Головач

Составитель Ю.Воробьев

Техред Л.Сердюкова Корректор М.Демчик

Заказ 4835/55 , Тираж 659 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Про ектная, 4

-Ув

Puj.Z