Устройство для регулирования тока Советский патент 1990 года по МПК H02P5/16 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам с полупроводниковыми преобразователями.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности регулирования, расширение функциональных возможностей .

На фиг. 1 и 2 представлены функциональные схемы устройства для регулирования тока; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит преобразователь 1 с ключом 2 и диодом 3, шунтирующим нагрузку 4, последовательно с которой включен датчик 5 тока, выход которого соединен с входом преобразователя 6 ток - частота.Ключ 2 подключен через усилительное звено 7 к выходу первого RS-триггера 8. I .

Задатчик 9 длительности интервала

измерения содержит первый генератор 10 тактовых импульсов, блок 11 задания длительности интервала, первый реверсивный счетчик 12с предустановкой, вход вычитания которого соединен с выходом первого генератора 10 тактовых импульсов, входы предустаноки соединены с. выходами блока 11 задания длительности интервала, входы обнуления и запуска являются соответственно первым и вторым входами задатчика 9 длительности интервал измерения. Выход преобразователя 6 ток - частота через узел 13 гальванической развязки соединен с В7входом первого DC-триггера 14, С-вход которого соединен с выходом задатчика 9 длительности интервала измерения. Выход DC-триггера 14 соединен с входом вычитания второго реверсивного счетчика с предустановкой, на входы предустановки которого подается код

0

5

0

5

0

5

0

5

задания тока, а выход переноса соединен с S-входом SR-триггера 8 и первым входом элемента 2И-НЕ 15, второй вход которого и R-вход SR-триггера 8 соединены с выходом згдатчика 9 длительности интервала измерения, выход элемента 2И-НЕ 15 соединен с входом обнуления реверсивного счетчика 16 с предустановкой и первым входом задатчика 9 длительности интервала измерения и через элемент НЕ 17 с входом запуска реверсивного счетчика 16 и вторым входом задатчика 9 длительности интервала измерения. Преобразователь 6 ток - частота содержит последовательно соединенные интегратор 18 и компаратор 19, опорный вход которого соединен с нулевой шиной, второй генератор 20 тактовых импульсов, элемент НЕ 21, второй DC-триггер 22 и элемент И 23, первый вход которого соединен с выходом второго генератора 20 тактовых импульсов, а второй вход соединен с прямым выходом второго DC-триггера 22, D-вход которого соединен с выходом компаратора 19, а С-вход через элемент НЕ 21 - с выходом второго генератора 20 тактовых импульсов, первый вход интегратора 18 является входом преобразователя 6 ток-частота, а второй вход соединен с выходом элемента И 23.

Кроме того, устройство (фиг.2) может содержать второй компаратор 24, вход сравнения которого является входом преобразователя (э ток - частота, опорный вход соединен с нулевой шиной, а выход соединен с D-входом

третьего DC-триггера 25, С-вход которого соединен с выходом элемента НЕ 21, а прямой и инверсный выходы соответственно соединены с третьими входами первого и второго элементов И 23 и 26, первые входы которых соединены с выходом второго генератора

21Г тактовых импульсов, а вторые входы соответственно соединены с прямым и инверсным выходами второго DC-триггера 22, выход вт.орого элемента И 26 соединен с третьим (неинвертирующим) входом интегратора 18 и через второй узел 27 гальванической развязки с D-входом четвертого DC-триггера 28 и R-входом второго SR-триггера 29, S-вход которого соединен с выходом первого узла 13 гальванической развязки, а прямой и инверсный выходы соответственно соединены с вторыми входами первого и второго элементов 2И 30 и 31 и третьего и четвертого элементов 2И 32 и 33, первые входы элементов 2И 30 и 31 соединены с инверсным выходом первого SR-триггера 8, а выходы - с входами первого и второго усилительных звеньев 7 и 34. Выход четвертого DC-триггера 28 соединен с входом сложения реверсивного счетчика 16 с предустановкой, выходы переноса (Р1 ) и заполнения (Р2) которого соединены с первым и вторым входами третьего элемента 2И 35, выход которого соединен с S-входом SR-триггера 8. Вход блока 36 выделения знака задания тока соединен с выходом источника кода задания тока, а первый и второй выходы соединены с первыми входами элементов 2И 32 и 33 выходы которых соответственно соединены с входами усилительных звеньев 37 и 38. Преобразователь выполнен по мостовой схеме и содержит ключи 2, 39, 40 и 41, шунтированные диодами 3, 42, 43 и 44. Входы управления управляющих ключей 2, 39, 40 и 41 соединены соответственно с выходами усилительных звеньев 7, 34, 37 и 38. На фиг. 3 обозначены: UT - сигнал на выходе датчика 5 тока$ Ит - тактовые импульсы на выходе генератора 20j UM - выходной сигнал интегратора 18; Н - выходной сигнал компаратора 19,- Нс - выходной сигнал компаратора, синхронизированный с тактовыми импульсами, сигнал на прямом выходе DC-триггера 22, И- - импульсы на выходе элемента И 23; зо«4 напряже- ние, пропорциональное ходу задания интеграла (среднего значения) тока на интервале; U - напряжение, пропорциональное коду интеграла (среднего значения) тока на интервале; И „ - импульс на выходе переноса счетчика 16; И3 - импульс на выходе

0

задатчика длительности интервала измерения 9$ Ид- импульсы обнуления счетчиков 16, 12,- HL- импульсы запуска счетчиков 16, 12$ И - импульс управления управляющим ключом 2.

В основе решения лежат следующие основные закономерности и соотношения, обуславливающие достижение в нем положительного эффекта.

В устройстве измерения одновременно реализуют операции интегрирования и формирования импульсного сигнала, вольт-секундная площадка кото5 рого на текущем интервале (внутри интервала дискретности) в каждый момент времени пропорциональна (равна) интегралу измеряемого тока на этом участке, для чего импульсный

0 сигнал формируют непосредственно из тактовых импульсов, если интеграл разности измеряемого и уравновешивающего сигналов больше нуля. Следовательно, интеграл разности измеряемо5 го и уравновешивающего (импульсного) сигналов будет совершать колебания возле нуля, при этом максимальное отклонение (ошибка) не превосходит цены одного уравновешивающего импульса и можно записать

т Uu - J U, d t - К, I.N. с О (1)

0

5

0

5

t I0N N.

(2)

что соответствует выражению

т

IUT dt к.

о

где N - количество уравновешивающих импульсов на интервале дискретности;

I - амплитуда тактовых импуль- сов

К ,10 - амплитуда импульсов импульсного сигнала, которым осуществляется интегрирующее уравновешивание измеряемого сигнала, целесообразно выбирать

К1

UT

макс

Г

где

- скважность тактовых импуль

% - длительность тактовых импульсов.

Из выражения (2) видно, что интеграл тока на интервале дискретности пропорционален количеству уравновешивающих импульсов.

Уравновешивающие импульсы через блок гальванической развязки и первый DC-триггер поступают на вход вычитания реверсивного счетчика, на входы предустановки которого записан код задания интеграла (среднего значения) тока, и начинается операция вычитания. Когда количество импульсов, поступающих на вход вычитания, сравняется с заданным числом, установленным на входах предустановки счетчика до момента появления управляющего импульса на выходе задатчика длительности интервала измерения, что означает, что код интеграла тока на текущем интервале сравнялся с кодом задания, т.е.

N3«4 - N °

на выходе переноса счетчика формируется импульс нулевого уровня, который переключает SR-триггер, размыкая управляющий ключ преобразователя, и срабатывает задатчик длительности интервала измерения, начинается новый интервал дискретности. Если к концу интервала фиксированной длительности, задаваемого задатчиком длительности интервала измерения, интеграл действующего тока не достиг заданного значения, на выходе переноса счетчика задатчика длительности интервала измерения формируется импульс нулевого уровня, переключающий SR-триггер, замыкая управляющий ключ преобразователя и обнуляющий счетчики. Начинается новый интервал дискретности. Таким образом, устройство работает либо с фиксированной длительностью интервала дискретности которая задается с помощью задатчика длительности интервала измерения, если интеграл тока за этот интервал не достигает заданного значения, либо переключение преобразователя осуществляется внутри данного интервала, если интеграл тока достигает заданного значения. Таким образом, запаздывание в работе данного устройства отсутствует, что позволяет обеспечить высокие быстродействие и точность регулирования тока.

Устройство работает следующим образом.

Интегратор 18 непрерывно интегрирует выходной сигнал датчика 5 тока, поступающий на его первый (неинвертирующий) вход, на второй вход кото

0

5

0

5

0

5

0

5

рого в соответствующие моменты времени поступают тактовые импульсы И... Если выходной сигнал U интегратора 18 больше нуля, что соответствует 1 на выходе компаратора 19, поступающей на D-вход DC-триггера 22, на прямом выходе триггера будет 1, которая разрешит прохождение текущего тактового импульса через элемент

И 23 на второй вход интегратора 18, на котором задается необходимое значение амплитуды уравновешивающего импульса и осуществляется вычитание вольт-секундной площадки, соответствующей этому импульсу, из текущего значения интеграла выходного сигнала, т.е. интегрирующее уравновешивание аналогового сигнала импульсным, одновременно с этим текущий тактовый импульс И- через блок гальванической развязки 13 и DC-триггер 14 поступает на вход вычитания реверсивного счетчика 16 с предустановкой, на входах предустановки которого задан код задания интеграла (среднего зна- чечия) тока на интервале дискретности. Если при появлении следующего тактового импульса Иг уровень выходного сигнала Н компаратора 19 остается неизменным, то этот импульс через элемент И 23 поступает на те же входы интегратора 18 и счетчика 16. При изменении полярности выходного сигнл ia Uy интегратора 18 и соответственно уровня выходного сигнала компаратора 19, что означает, что интеграл импульсного уравновешивающего сигнала превысил по модулю значение интеграла измеряемого сигнала, то при отсутствии тактового импульса (а в противном случае при его исчезновении) , что соответствует 1 на С-вхо- де DC-триггера 22, переключается этот триггер и тем самым блокируется прохождение тактовых импульсов через элемент И 23 до тех пор, пока выходной сигнал интегратора не станет больше нуля. Если до момента появления управляющего импульса на выходе задатчика длительности интервала измерения 9, задающего фиксированную длительность интервала дискретности, количество импульсов, поступающих на вход вычитания счетчика 16, сравняется с заданным на входах предустановки счетчика 16 числом, это означает, что интеграл тока на данном интервале достиг заданного значения. На вы9

ходе переноса счетчика формируется импульс нулевого уровня И , который переключает SR-триггер 8, тем самым размыкая управляющий ключ .2 преобразователя 1 до момента окончания интервала фиксированной длительности, обнуляет и запускает импульсами И , HL счетчики 16 и 12 (задержка на появление импульса Иu равна времени задержки элемента НЕ 17). Начинается новый интервал дискретности. Ток спадает через шунтирующий диод 3. Если к концу интервала фиксированной длительности, задаваемой задатчиком длительности интервала измерения 9, интеграл (среднее значение) тока не достиг заданного значения, на выходе переноса счетчика 12 задатчика длительности интервала измерения 9 формируется импульс нулевого уровня И3, который переключает SR-триггер 8, замыкая управляющий ключ 2, и обнуляет счетчики 16 и 12, поступающий с выхода элемента НЕ 17 импульса HL запускает счетчики 16 и 12. Начинается новый интервал дискретности. Ток нарастает. Таким образом, устройство работает в релейном режиме либо с фиксированной (постоянной) длительностью интервала дискретности, величина которой задается с помощью задатчика длительности интервала измерения 9, если интеграл (среднее значение) тока за этот интервал не достиг заданного значения тока, либо переключение преобразователя 1 осуществляется внутри данного интервала в момент достижения интегралом тока заданного значения. Таким образом, запаздывание в работе данного устройства отсутствует, что позволяет обеспечить высокие быстродействие и точность регулирования тока.

Устройство, представленное на фиг. 2, при положительной полярности тока работает аналогичным образом. На первом выходе блока 36 выделения знака задания тока имеется сигнал 1, который поступает на первый вход элемента 2И 32, на втором входе которого при положительной полярности действительного тока имеется сигнал 1, поступающий с прямого выхода SR-триггера 29, сигнал 1 поступает на вход усилительного звена 37, на выходе которого формируется управляющий сигнал и осуществляется замыкание управляющего ключа 40.

582321Ю

На втором входе элемента 2И 30 имеется сигнал 1, который разрешает прохождение сигнала с инверсного выхода SR-триггера 8 на вход усилительного звена 7, с выхода которого управляющие импульсы поступают на вход управления управляющего ключа 2 первой группы

JQ Еспи сигнал тока UT отрицательный, то соответственно на выходе компаратора 24 и на D-входе DC-триггера 25 формируется сигнал О, а на инверсном выходе триггера 25 - сигнал

с 1, который поступает на третий вход элемента И 26, на третий вход элемента И 23 поступает сигнал О, который блокирует прохождение тактовых импульсов Ит через этот элемент

20

25

на второй вход интегратора. Если выходной сигнал U интегратора 18 меньше 0, сигнал 1 с инверсного выхода DC-триггера 22 поступает на

второй вход элемента И 26, разрешая

прохождение текупдех тактовых импульсов Ит на вход сложения счетчика 16, через узел 27 гальванической развязки и DC-триггер 28, на R-вход SR- триггера 29, переключая его и уста30 навливая сигнал 1 на втором входе элемента 2И 31, и на третий (неинвертирующий) вход интегратора 18, осуществляя интегрирующее уравновешивание измеряемого сигнала импульсным

35 И+, до тех пор, пока выходной сигнал U у интегратора 18 не станет больше нуля. Счетчик 16 сравнивает заданное и действительное значения интеграла (среднего значения) тока в дополни40 тельном коде. Если до момента появления управляющего импульса на выходе задатчика длительности интервала измерения 9 количество импульсов, поступающих на вход сложения счетчи45 ка 16, сравняется с заданным на

входах предустановки счетчика 16 числом, записанным в дополнительном коде, что означает, что интеграл тока на данном интервале достиг задан5Q ное значение, на выходе заполнения (Р) счетчика 16 формируется импульс нулевого уровня, который через элемент 2И 35 поступает на S-вход SR- триггера 8, переключая его и устанав- 55 ливая сигнал О на первом выходе элемента 2И 31, тем самым размыкая управляющий ключ 39 преобразователя 2 цр момента окончания интервала фиксированной длительности. Импульс с

ыхода элемента 2И-НЕ 15 обнуляет четчик 16 и задатчик 9 длительности нтервала измерения, импульс с выхоа элемента НЕ 17 запускает счетчик 16 и задатчик 9 длительности интервала измерения. Начинается новый интервал дискретности. Управляющий ключ 41 замкнут, если задание отрицательное, и разомкнут, если положительное. Если к концу интервала фиксированной длительности, задаваемого эадатчиком длительности интервала из- мерется, интеграл (среднее значение)

тока не достиг заданного значения, на выходе задатчика 9 длительности интервала измерения формируется импульс нулевого уровня, который, поступая на R-вход SR-триггера 8, переключает его. Сигнал с инверсного выхода SR-триггера 8 поступает через элемент 2И 31 на вход усилительного звена 34 выходной сигнал которого управляет замыканием управляющего ключа 39. Импульс с выхода элемента 2И-НЕ 15 обнуляет счетчик 16 и задатчик 9 длительности интервала измерения. Начинается новый интервал дискретности. В остальном работа устройства аналогична вышеописанному.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования тока, содержащее преобразователь с ключом и шунтирующим диодом, датчик тока нагрузки, выход преобразователя является выходом устройства, преобразователь ток- частота, вход которого соединен с выходом датчика тока нагрузки, усилительное звено, первый RS-триггер, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности регулирования тока, в него введены задатчик длительности интервала измерения, снабженный генератором тактовых импульсов, блоком задания длительности интервала и первым реверсивным счетчиком с предустановкой, вход вычитания которого соединен с выходом первого генератора тактовых импульсов, входы предустановки соединены с выходами блока задания длительности интервала, входы обнуления и запуска являются соответственно первым и вторым входами задатчика длительности интервала измерения, а выход переноса первого реверсивного счетчика с предустановкой является выходом

0

эадатчика длительности интервала измерения, узел гальванической развязки, первый DC-триггер, D-вход которого через узел гальванической развязки соединен с выходом преобразователя ток-частота, С-вход - с выходом эадатчика длительности интерва ла измерения, элемент 2И-НЕ, второй

реверсивный счетчик с предустановкой, выход переноса которого соединен с S-входом первого SR-триггера и первым входом элемента 2И-НЕ, R-вход SR-триггера и второй вход элемента

. 2И-НЕ соединены с выходом задатчика длительности интервала измерения, инвертирующий выход первого SR-триггера через усилительное звено соединен с входом преобразователя, выход элемента 2И-НЕ соединен с входом обнуления второго реверсивного счетчика с предустановкой и первым входом задатчика длительности интервала измерения и, через элемент НЕ - с

5 вторым входом задатчика длительности интервала измерения и входом запуска второго реверсивного счетчика с предустановкой, вход вычитания которого соединен с выходом первого DC-триггера, входы предустановки соединены с источником кода задания тока, при этом преобразователь ток - частота снабжен последовательно соединенными интегратором и компаратором, опорный вход которого соединен с нулевой

шиной, вторым генератором тактовых импульсов, элементом НЕ, вторым DC- триггером и первым эпементом И, первый вход которого соединен с выходом второго генератора тактовых импульсов, а второй вход соединен с прямым выходом второго DC-триггера, D-вход которого соединен с выходом компаратора, а С-вход через элемент НЕ - с выходом второго генератора тактовых импульсов, первый вход интегратора является входом преобразователя ток-частота, а второй вход, соединен с выходом первого элемента И и является выходом преобразователя ток0

0

5

0

5

частота.

i

2. Устройство по п.1, о т л и - чающеесятем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения режима реверсирования тока, в преобразователь ток-частота введены второй компаратор, третий DC-триггер, первый элемент И снабжен третьим входом, вто

13

рой элемент И, выход второго элемен ЗИ соединен с третьим входом интегратора, первый вход соединен с выходом второго генератора тактовых импульсов, второй вход соединен с инверсным выходом второго DC-триггера а третий вход - с инверсным выходом третьего DC-триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом первого элемента И, С-вход третьего DC-триггера соединен с выходом элемента НЕ, вход второго компаратора с выходом датчика тока нагрузки, а опорный вход вт.орого компаратора подключен к нулевой шине, третий вход первого элемента И соединен с прямым выходом третьего DC-триггера выход второго элемента И является вторым выходом преобразователя ток-частота и через второй узел галванической развязки соединен с входом четвертого DC-триггера, С-вход которого соединен с С-входом первого DC-триггера, а выход - с входом сложения второго реверсивного счетчика с предустановкой, второй SR- триггер S- и R-входами соединен с выходами соответственно первого и второго узлов гальванической развяз

М

0

5

0

5

0

единены соответственно с входами первого и второго элементов 2И, выходы которых через первое и второе усилительные звенья соединены с первым и вторым входами преобразователя, третий элемент 2И соединен с выходами переноса и заполнения второго реверсивного счетчика с предустановкой, а выход третьего элемента 2И подключен к S-входу первого SR-триггера, инверсный выход которого соединен с входами первого и второго элементов 2И, вход блока выделения знака кода задания тока соединен с входами предустановки второго реверсивного счетчика, а первый и второй выходы соединены с входами третьего и четвертого элементов 2И, выходы которых через третье и четвертое усилительные звенья соответственно соединены с третьим и четвертым входами преобразователя, вторые входы третьего и четвертого элементов 2И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами второго SR-триггера, преобразователь снабжен дополнительно тремя ключами и тремя шунтирующими диодами, образующими мостовую схему.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам с полупроводниковыми преобразователями. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности регулирования, расширение функциональных возможностей - достигается тем, что на выходе преобразователя ток-частота формируется последовательность импульсов, вольт-секундная площадка которых пропорциональна среднему значению тока на интервале дискретности, которая вычитается на счетчике 16 из кода задания тока. Если код интеграла действительного значения тока превысил заданное внутри интервала измерения - преобразования, на выходе счетчика 16 формируется импульс, управляющий размыканием соотвествующего управляющего ключа преобразователя 1 и обнуляющий и запускающий задатчик 9 длительности интервала измерения, в противном случае замыкание соответствующего управляющего ключа преобразователя 1 осуществляется импульсом, сформированным на выходе задатчика длительности интервала измерения 9 в конце интервала фиксированной длительности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

29

Фаг. 2

Не И.

U,

Р1 W3

Ир

И4

и

Фиг.З