Устройство для релейно-импульсного регулирования тока тягового электродвигателя транспортного средства Советский патент 1990 года по МПК B60L15/04 

Изобретение относится к транспорту и может быть использовано для регулирования тягового и тормозного усилий электроподвижного состава.

Цель изобретения - повышение надежности.

На.чертеже представлена функциональная схема устройства для релейно- импульсного регулирования тока ТЯГОВО го электродвигателя транспортного средства.

Устройство содержит электродвигатель 1, шунтированный диодом 2 и подключенный к тиристорному преобразова- телго 3, датчик 4 тока, к выходу которого подключены одним из входов счетчик 5 и блок 6 инверсий и вход формирователя 7 пилообразного напряжения, выход последнего из которых соединен с одним из входов компаратора 8, к выходу которого подключен другой вход блока 6 инверсий, задающий генератор 9 соединенный выходом с входами формирователей 10 и 11 импульсов, к выходу последнего из которых подключен первый вход, регистра 12, вторые входы которого соединены с выходами блока 13 задания уставки в цифровом виде,, а выходы объединены с выходами регист- ра 14 и соединены с одними из входов сумматоров 15 и 16, к выходам последнего из которых подключены входы циф- роаналогового преобразователя 17, а выходы сумматора 15 соединены с пер- выми входами регистра 14 ь К одному из выходов триггера 18 подключены одни из входов счетчика 19 и элемента ИЛИ 20, выход которого соединен с другим входом счетчика 5, а другой вход объединён с одним из входов элемента ИЛИ 21 иг подключен к выходу элемента- 22 задержки, вход которого объединен с.одним из входов регистра 23, Выход элемента ИЛИ 21 соединен с вторым входом регистра 14.

К одному из выходов триггера 24 подключен один яз входов элемента И 25, другой вход которого является входом Пуск устройства, а выход подключен к входу формирователя 26 импульсов, К другому выходу триггера 24 подключен выход формирователя 2 импульсов. Выходы формирователей 26 и 27 соединены г управляющими входами тиристорного преобразователя 3, Сумматор 2ft подключен входами к выходам счетчика 5 и блока 13 задания уставки, я выходом - к одному из входов

регистра 23. Блок 29 задания разности токов уставок соединен выходами с другими входами сумматора 16, К выходу задающего генератора 9 подключены входы формирователей 30 и 31 импульсов, выходы которых соединены соответственно с первым входом элемента И-НЕ 32 и одним из входов элемента И-НЕ 33, другой вход которого объединен с одним из входов триггера 34 и подключен к выходу блока 6 инверсий, а выход - к второму входу элемента И-НЕ 32, третий вход которого соединен с другим входом элемента ИЛИ 21 и подключен к одному из выходов триггера 34.

Выход цифроаналогового преобразователя 17 соединен с одним из входов компаратора,35, другой вход которого соединен с выходом формирователя 7 пилообразного напряжения, а выход подключен к одному из входов элемента И-НЕ 36, другой вход которого соединен с одним из входов элемента ИЛИ 37, другим входом счетчика 19 и подключен к выходу формирователя 11 импульсов, а выход соединен с одним из входов элемента И-НЕ 38, другой вход которого подключен к выходу формирователя 10 импульсов, выход - к другому входу триггера 24. Другой выход триггера 34 соединен с другим входом элемента ИЛИ 37, к выходу которого подключен один из входов триггера 18, другой вход которого объединен с другим входом триггера 34 и является входом Пуск устройства, один из выходов соединен с третьим входом регистра 14 другой выход - с третьим входом регистра 12, Выход счетчика 19-подключен к входу формирователя 39 импульсов, выход которого соединен с входом элемента 22 задержки и одним из входов регистра 23, к выходам которого подключены другие входы сумматора 15. Входы цифроаналогового преобразователя 40 подключены к выхрдам регистра 12, ас выходом соединен другой вход компаратора 8.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии задающий генератор 9 формирует последовательность импульсов постоянной частоты. По положительному и отрицатепьному перепадам напряжения соответственно срабатывают формирователи 11 и 31, формирующие первые и вторые синхронизирующие импхмыы МП I и ИПЧ2 уирлнлоння чос точн в. ш ччгготы, г.HHHHY гые друг пгячси- тельчо друга нл 1 ЯО , по отридатель- ному и положительному перепадам которых соответственно срабатывают формирователи 10 и 30 импульсов, формирующие блокировочные импульсы напряжений, сдвинутые относительно друг друга на 180° и соответствующие по длительности удвоенному времени перезаряда коммутирующего конденсатора ти- ристорного преобразователя 3. Импульсы И17Ч1 и ИПЧ2 совпадают . по фазе соответственно с центрами блокировочных импульсов.

Напряжением с другого вькода триггера 18 сигналом, равным f, регистр 14 устанавливается в третье устойчивое состояние. Елок 13 задания уставки хранит цифровой код задающего среднего значения регулируемого тока 10, который по положительному перепаду импульса ИГТЧ1 записывается в регистр 12 и через цифроаналоговын преобразователь 40 подается на вход компаратора 8. На сумматоре 16 вычисляется значение нижнего уровня тока уставки Iyer которое через цифроаналоговый преобразователь 17 подается на вход компаратора 35. Датчик 4 тока генерирует импульсы начальной частотой,которым соответствует пилообразное напряжение на выходе формирователя 7 пилообразного напряжения максимальной амплитуды, которое поступает на входы компараторов 8 и 35, и больше эталонных напряжений U1 и U, эквивалентных верхнему и нижнему уровням токов уставок (1усТ1и 1уст1) . Компаратор 8 формирует импульсы напряжения поступающие на входы блока 6 инверсий на выходе которого напряжение равно 1, и соответственно, Первые релейные импульсы в исходном состоянии не формируются. Напряжение с выхода блока 6 инверсий совместно с импульсами ИПЧ2 подаются на входы элемента И-НЕ 33.

Напряжение с одного -из выходов триггера 34, равное 0, поступает на элемент И-НЕ 32 и запрещает прохождение импульсов напряжения через элемент 32 И-НЕ на триггер 24„

Компаратор 35 формирует импульсы напряжения - вторые релейные импульсы, которые совместно с импульсами ИПЧ1 подаются на входы элемента И-НЕ 36. Импульсы с выхода элемента И-НЕ 36 поступают на элемент Я-НЕ38,

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

импумыммн о выход-) которого триггер 2 устлнан шрастся н состояние с напряжением на одном из выходов, рапным 1 . Кпокнропочные импульсы члггрр- щают прохождение через элементы И-lll 38 и 32 на РХОДЫ триггера 24 ИМПУТЬ- сов соответственно с выходов тов И-НК 36 и 33, исключая тем слмым срыв работы тиристорного преобразователя 3 преждевременным прохождением импульсов соответственно на открывание и закрывание тиристорного преобразователя 3. Нл другой вход элемента -Л 25 подано напряжение с командная- парата, равное 0, которое блокирует прохождение импульсов с одного из выходов триггера 24 ня формирователь 26 импульсов. С выхода формирователя 26 импульсы на открывание тирпсторного преобразователя 3 не поступают. Ток якоря электродвигателя 1 равен О,

При пуске электродвигателя 1 на входе Пуск комакдоаппаратом устанавливается напряжение, равное 1, которое разрешает прохождение напряжр- ния, равного 1, на вход формирователя 26, который по положительному перепаду напряжения на выходе элемента И 25 формирует импульс напряжения, открывающий тиристорный преобразователь 3. Ток якоря нарастает.

При достижении током якоря уровня 1уст,компаратор 8 прекращает формирование импульсов напряжения. Блок 6 инверсий формирует импульсы напряжения, устанавливающие триггер 34 в состояние с напряжением на одном из выходов, равным 1, которое разрешает прохождение импульсов напряжений через элемент И-НЕ 32 на триггер 24. Триггер 24 перебрасывается в противоположное состояние с напряжением на одном из выходов, равным 1. По положительному перепаду напряжения запускается формирователь 27 импульсов, с выхода которого поступает импульс напряжения на закрывание тиристорного преобразователя 3. Ток якоря спадает. По положительному перепаду напряжение 60 одного из выходов триггера 34 происходит запись кода заданного среднего значения регулируемого тока 10 с регистра 12 через CVMMHTOP 15 в регистр 14.

Напряжение нл другом выходе триггера 34, равное 0, разрешает прохождение импульсов ИПЧ1 через элемент ИЛИ 37 на один из входов триггера 18.

По низкому уровню импульс ИПЧ2 триггер 18 перебрасывается в состояние с напряжением на другом выходе, рав- ным 1, которое устанавливает регистр 12 в третье устойчивое состояний, а напряжение с одного из выходов триггера 18, равное 0, разрешает работу регистра 14 и счетчиков 19 и j. Счетчик 5 осуществляет инверс- Hbrji счет импульсов напряжения, поступафщих с датчика 4 тока, и его содержимое, представляющее собой код сред- неро значения тока якоря за текущий n-й период счета ItfhTHa сумматоре 28 вычитается из кода заданного среднего значения регулируемого тока по фор му|те

Лт I0 -

где А т - величина отклонения среднего тока якоря за текущий n-й период счета 1ср пот заданного среднего значения . регулируемого тока 10 . Период счета задает счетчик 19, отсчитывающий четыре импульса ИПЧ1 задающего генератора 9. По окончании счета по орицательному перепаду напря же|ния с выхода счетчика 19 формирова- тестем 39 формируется импульс напряжений , по положительному перепаду кото- pdro происходит запись содержимого сумматора 28 в регистр 23, а через элемент 22 задержки и элемент ИЛИ 20 по высокому уровню напряжения - сброс сЧетчика 5.

Полученная разность дт, хранящийся в регистре 23, складывается ни сумматоре 15 в n-й период счета с кодом верхнего, уровня тока уставки . VCT 1Л записанным в регистре 14, по формуле

1уст 1 () YCT t + flm где 1„ст){ t,r значения кода верхнего

тока уставки для (п+1)-г периода счета.

Далее полученный код верхнего тока уставки 1уст 1((м1поступает через цифро-аналоговый преобразователь 40 на вход компаратора 8. На сумматоре 16 происходит вычитание кода разности токов уставок дg,хранящегося в задатчике 29 разности токов уставок, по формуле

1устггп 1) I уст (г, Л8 где I т., г -значение кода нижнего

уровня тока уставки для (п-М)-го периода счета.

Q 5

0

5 о

0

5

0

5

Полученное значение нижнего уровня тока уставки через цифроаналоговый преобразователь 17 поступает на вход компаратора 35. Средняя скорость нарастания регулируемого тока якоря больше средней скорости спадания в предег лах периодов регулирования тока в диапазоне изменения коэффициента заполнения тиристорного преобразователя Зуе(0; 0,5). По мере увеличения частоты вращения двигателя 1 увеличивается коэффициент заполнения и амплитуда пульсаций регулируемого тока.

При достижении коэффициентом заполнения значения т. 0,5 и дальнейшем увеличении частоты вращения электродвигателя 1 средняя скорость спадания регулируемого тока начинает превышать среднюю скорость нарастания тока якоря в пределах периодов его регулирования. Очередной раз нарастающий ток не достигает верхнего, уровня тока уставки 1уст поскольку первыми на тиристорный преобразователь оказывают воздействие импульсы ИПЧ2 до момента формирования первого релейного импульса напряжения. Среднее значение регулируемого тока уменьшается. При этом уровни токов уставки продолжают корректироваться и тем самым происходит формирование достижения периодически спадающим с v- 0,5 регулируемым-током значения нижнего тока уставки I ,)Сг з . Ток колеблется со стабилизированным, коэффициентом значения

J 0,5 до момента достижения в очередной раз спадающим током нижнего уровня тока уставки уст В этот момент компаратор 35 формирует импульс напряжения, который первым п о отношению к очередному импульсу напряжения через элементы И-НЕ 36 и 38 устанавливает триггер 24 в состояние с напряжением, равным 1, на другом выходе. Тиристорный преобразователь 3 открывается.Ток якоря нарастает до поступления очередного импульса ИПЧ2. Процесс релейно-импульсного регулирования тока в диапазоне изменения коэффициента заполнения уе (0,5,1) повторяется, при этом коррекция токов уставок осуществляется аналогично, как и в диапазоне изменения коэффициента заполнения ге(0, 0,5).

Таким образом, устройство обеспечивает повышение качества регулируемого тока, обусловленное возможностью .изменять коэффициент заполнения тирису15

торного преобразователя, одновременно осуществляя переход к устойчивому процессу регулирования тока электродвигателя с релейным способом ограничения нарастающего тока электродвигателя на первом уровне Туст1при средней скорости нарастания тока электродвигателя, большей средней скорости его спадания в пределах периода регулирования тока, или с релейным способом ограничения спадающего тока электродвигателя на втором уровне 1уСт2при средней скорости нарастания тока электродвигателя, меньшей средней скорости его спадания в пределах периода регулирования тока, а также стабилизацией коэсЪфициента заполнения тиристорного преобразователя в диапазоне изменения коэффициента заполнения, близким к 0,5, воздействием первых и вторых синхрони- зирукндах импульсов управления постоянной частоты (1П7Ч1 и ИПЧ2) на процесс регулирования тока электродвигателя. При этом среднее значение регулируемого тока поддерживается практически постоянным- на заданном уровне за счет устранения достаточно точно определяемой статической ошибки регулирования тока посредством текущей цифровой коррекции тока уставки, что особенно важно при программном автоведении скоростного подвижного состава и прицельном его торможении.

Формула изобретения

Устройство для релейно-импульсного регулирования тока тягового электродвигателя транспортного средства, содержащее тиристорный преобразователь, к выходу которого подключен шунтированный диодом тяговый электродвигатель, в цепь обмоток которого включен датчик тока, к выходу которого подключены один из входов блока инверсий и первого счетчика и вход формирователя пилообразного напряжения, выход последнего из которых соединен с одним из входов одного из компараторов, к выходу которого подключен другой вход блока инверсий, задающий генератор, соединенный выходом с входами первого и второго формирователей импульсов, к выходу последнего из которых подключен первый вход первого регистра, вторые входы которого соединены с выходами блока задания -уставки

0

5

2849 0

а его выходы и выходы второго регистра соединены с одними из входов пернр- го и второго сумматоров, к выходам которых подключены соответственно 5 первые входы второго регистра и входы одного из цифроаналоговых преобразователей, первый триггер, соединенный

ОДНИМ ИЗ ВЫХОДОВ С ОДНИМИ ИЗ ВХОДОВ

второго счетчика и первого элемента

0 ИЛИ, к выходу которого подключен другой вход первого счетчика, элемент за. держки, соединенный выходом с другим входом первого элемента ИЛИ и одним из входов второго элемента ИЛИ, к вы5 ходу которого подключен второй вход второго регистра, второй триггер,соединенный одним выходом с одним из входов элемента И, другой вход которого предназначен для подключения к выходу командоаппарата, третий регистр- и третий сумматор, причем выход элемента И и другой выход второго триггера связаны с входами тиристорного преобразователя, отличающее- с я тем, что, с целью повышения на- дежности, оно снабжено блоком задания разности токов уставок и элементами И-НЕ, а также дополнительными триггерами, цифроаналоговым преобразовате0 лем, элементом ИЛИ, компаратором и формирователями импульсов, входы третьего и четвертого из которых подключены к выходу задающего генератора, а выходы соответственно к одним

5 из входов первого и второго элементов И-НЕ, выход последнего из которых соединен с одним из входов второго триггера, а другие входы - с одним из выходов третьего триггера и вьгхо-

0 дом первого элемента И-НЕ, другой

вход которого подключен к выходу блока инверсии, с которым соединен один из входов третьего триггера, к одному из выходов которого подключен другой

5 вход второго элемента ИЛИ, а к другому - один из входов третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с одним из входов первого триггера, другой вход которого и другой вход тре0 тьего триггера предназначены для подключения к выходу командоаппарата, а один и другой выходы первого триггера соединены соответственно с третьими входами первого и второго регистров, к выходам последнего из, которых подключены входы другого цифро- аналогового преобразователя, соединенного выходом с другим входом первого компаратора, причем к выходам бяо11157284912

ка задания разности токов, уставокля импульсов соединены с входами четподключены другие входы второго сум-вертого элемента И-НЕ, подключенного

матора, а выход одного из цифроанало-1выходом с другим входом второго тригговых преобразователей соединен с од- гера, при этом с выходом второго счетним из входов другого компаратора,под- 5чика соединен вход пятого формировакяюченного другим входом к выходу фор-теля импульсов, к выходу которого

м|ирователя пилообразного напряженияподключены вход элемента задержки и

И соединенного выходом с одним из вхо-один из входов третьего регистра, к

дЪв третьего элемента И-НЕ, другой «выходам которого подключены другие

йход которого и другие входы второговходы первого сумматора, а к другим

цчетчика и третьего элемента ИЛИ под-входам- выходы третьего сумматора,вхок пючены к выходу второго формировате-ды которого соединены с выходами блоля импульсов, а выход третьего элемен-ка задания уставок и первого счетчита И-НЕ и выход первого формировате-ка.

Изобретение относится к транспорту, а именно к автоматическому регулированию тока электродвигателей постоянного тока транспортных средств. Целью изобретения является повышение надежности. Устройство содержит тяговый электродвигатель 1, подключенный к тиристорному преобразователю 3, датчик 4 тока, к выходу которого подключены одни из входов счетчика 5 и блока 6 инверсий и вход формирователя 7 пилообразного напряжения, выход последнего из которых через компаратор 8 соединен с другим входом блока 6 инверсий, задающий генератор 9, к выходу которого подключены входы формирователей 10, 11, 30 и 31 импульсов, к выходам которых подключены соответственно другие входы, первый вход и один из входов элементов 38, 36, 32 и 33 И-НЕ, регистры 12, 14 и 23, к выходам первого из которых подключены одни из выходов сумматоров 15 и 16 и вход цифроаналогового преобразователя 40, соединенного выходом с другим входом компаратора 8, и триггеры 18 и 24, к другому выходу последнего из которых подключен вход формирователя 27 импульсов, и блок 13 задания уставки, соединенный выходом с одними из входов сумматора 28 и вторыми входами регистра 12. 1 ил.