Устройство для управления электродвигателем постоянного тока Советский патент 1990 года по МПК H02P5/16 

Илобретение относится к электротехнике f может быть использовано в цифро- . вых системах автоматического управления Электр: оприводом постоянного тока с ши- ротно-импульсными преобразователями. Цель изобретения - повышение надежг за счет исключения режима сквозных

ности токов,

Н схема

фиг. 1 представлена структурная устройства для управления электродвигателем постоянного тока; на фиг, 2 - функциональная схема узла цифровой за- держк1; на фиг. 3 - функциональная схема формирователя импульсов управления; на фиг, 4 - функциональная схема преобразователя кода йо временной интервал; на фиг, 5- функционал ;ная схема мостового, транзисторного широтно-импульсного преобразователя; на фиг. 6 - временные диаграммы работы устройства при NBX О (а) и Nnx О (б). Устройство для управления электродвигателем постоянного тока содержит генератор 1 импульсов, выход которого подключен к первому и третьему входам соответственно узла 2 цифровой задержки и преобразователя 3 кода во временной интервал, второй вход которого объединен с вторым входом узла 2 цифровой задержки, вторым входом формирователя 4 импульсов управления.и подключен к шине Начальная установка. Первый вход преобразователя 3 кода во временной интервал соединен с вторым выходом регистра 5 кода управления, вход записи регистра 5 кода управления яв

4J

ON

ляется шиной Запись, а его информационные входы - соответствующими шинами кода управления, первый выход регистра 5 кода управления подключен к первому входу распределителя 6 импульсов, второй вход которого соединен с первым выходом формирователя 4 импульсов управления, а первый, второй, третий и четвертый выходы распределителя 6 импульсов подключены к соответствующим входам мостового транзисторного широтно-импульсного преобразователя 7. Первый и третий входы формирователя 4 импульсов управления соединены соответственно с выходами преобразователя 3 кода во временной интервал и узла 2 цифровой задержки, к третьему входу которого подключен второй выход формирователя 4 импульсов управления.

Узел 2 цифровой задержки (фиг.2) содержит, например, три логических элемента 2И-НЕ 8-10, логический элемент 2ИЛИ 11, три логических элемента 2И 12-14, триггер 15, вычитающий счетчик 16, инвертор 17, напряжение управления 18 на выходе триггера 15, напряжение 19 на выходе вычитающего счетчика.16, импульсные последовательности 20 и 21 с выходов соответственно элементов 2И-НЕ 9 и 10.

Формирователь 4 импульсов управления (фиг.3) содержит два инвертора 22 и 23, четыре логических элемента 2И-НЕ 24-27, .четыретриггера 28-31, последовательности широтно-модулированных импульсов 32 и 33, поступающих на первый вход формирователя 4 импульсов управления, четыре импульсных последовательности 34-37, сформированных по принципу поочередного управления на прямых выходах соответственно триггеров 28-31.

Преобразователь 3 кода во временной интервал (фиг;4) содержит инверторы 38 и 39, логические элементы 2И 40-42, логический элемент 2И-НЕ 43, логический элемент ЗИ-НЕ 44, триггеры 45 и 46, реверсивный счетчик 47. напряжение управления 48-50 соответственно на суммирующем, вычитающем и входе разрешения записи реверсивного счетчика 47, последовательности 51 и 52 импульсов управления на прямых выходах соответственно триггеров 45 и 46, а также значение кода 53 на выходе реверсивного счетчика 47.

Мостовой реверсивный транзисторный широтно-импульсный преобразователь 7 (фиг.5) содержит четыре транзисторных ключа ТК1-ТК4 54-57, электродвигатель 58 постоянного тока, напряжение управления 59-62 транзисторными ключами соответственно ТК1-ТК4, выходное напряжение 63 мостового реверсивного транзисторно 0

широтно-импульсного преобразователя 7 на входе электродвигателя 58 постоянного тока.

Устройство работает следующим образом.

В регистре 5 кода управления хранится код управляющего сигнала NBX, подаваемого на вход устройства управления электро- о двигателем постоянного тока, который

преобразуется в широтно-модулированные импульсы. Знак кода управления хранится в старшем разряде, а в остальных разрядах хранится модуль числа в прямом коде. Запись кода в регистр 5 кода управления-осуществляется при подаче на его вход записи положительного перепада импульса по шине Запись. Максимально возможнее значение кода управления, преобразуемое устройством, определяется следующим образом: INKI 2 -1-Кз, где Кз - значение кода временной задержки, которое определяется временем t3 рассасывания избыточных носителей в базе отключающегося транзисторного ключа и

частотой freH следования импульсов с генератора 1 импульсов: K3 t3freH; гп - разрядность регистра 5 кода управления. При этом период широтно-модулированного сигнала определяется:

jn - 1

.

шим

fr

Преобразователь 3 кода во временной интервал преобразует модуль кода управления I Nexl Мшим + Кз в две после- довательности широтно-модулированных импульсов, которые поступают на вход формирователя 4 импульсов управления. На второй вход формирователя 4 импульсов

управления поступают две последовательности импульсов длительности 13 узла 2 цифровой задержки. Формирователь 4 импульсов управления формирует четы ре последовательности широтно-модулированных

импульсов, необходимых для реализации поочередного управления транзисторными ключами мостового реверсивного транзисторного широтно-импульсного преобразователя 7. Распределитель 6 импульсов реализует реверсивное управление, осуществляя коммутацию ключей мостового реверсивного транзисторного широтно-импульсного преобразователя 7 в зависимости от поступающего на его первый вход знакового разряда

кода управления с первого выхода регистра 5 кода управления. Узел 2 цифровой задержки формирует две последовательности импульсов временной задержки длительноКтстью 13 7- которые используются при

Тген

peHocja чик

форм(|ровании четырех импульсных после- управляющие импульсы KOtoptix разнесены во времени на величину

Гe epaтop 1 импульсов предназначен оормирования последовательности ьсов стабильной частоты freH, необходимой для тактирования работы устройства.

При поступлении импульса по шине Начальная установка (фиг.б) его передним фрон ом обнуляется реверсивный счетчик 47, записывается логический 0 в триггеры 15,28,30.45 и 46, записывается логическая 1 в -риггеры 29 и 31, а также осуществляется запись кода Кз в вычитающий счетчик 16,узла 2 цифровой задержки. При этом на первый, второй, третий и четвертый входы pacnf еделителя 6 импульсов поступают сигналы J4-37 соответствен но, а с его выходов - ynpai ляющие напряжения 59-62 (фиг.б) пoдa ы на транзисторные ключи ТК1-ТК4 мостового транзисторного широтно-им- пульсного преобразователя 7. Сигнал высокого уровня с инверсного выхода триггера 46 ПС окончании импульса по шине Начальная установка разрешает прохождение т.жтовых импульсов freH с генератора 1 импу; ьсов на вычитающий вход реверсивного ( четчика 47. Так как реверсивный счетчик 47 работает на вычитание и в нем зафи1сирован нулевой код. на его выходе обратного переноса образован импульс пе- . Этим импульсом в реверсивный счет- производится запись кода iNexl, установленного на его информационных входах.

47

ет на

ние

При э

провЬдить

сы с начии

реверсивного

52 вы

42, nf

errpi

разрешающий

вход

цифр

paeoTle

ключе

открь

уровня

2ИЛ1/

гер 15

самым

генератора

вычитающее

Кроме того, импульс переноса поступа- вход установки в единичное состоя- тзиггера 46 и изменяет его состояние, гом элемент 44 закрывается и начинает

элемент 43. В этом случае импуль- астотой freH с генератора 1 импульсов ают поступать на суммирующий вход счетчика 47. Кроме того, сигнал :окого уровня через открытый элемент ойдя через инвертор 23. устанавлива- ггер 31 в нулевое состояние и подается высокий уровень на первый )лемента 26. До этого момента узел 2 5ВОЙ задержки не принимает участия в , так как вентиль 8 закрыт. При пере- НИИ триггера 31 в нулевое состояние вается элемент 14 и сигнал высокого пройдя через логический элемент 11. записывает логическую 1 в триг- и открывает элемент 8, разрешив тем прохождение тактовых импульсов с 1 импульсов на счетный вход 0 счетчика 16. в котором уста- НОВЛ0Н код Кз.

10

15

0

5

0

5

0 5 0 5

При фиксации нулевого кода на вычитающем счетчике 16 на его выходе обратного переноса образован импульс 19 переноса, который поступает через открытый элемент 12 на вход записи вычитающего счетчика 16, а также сбрасывает триггер 15 в нулевое состояние. Тем самым с прямого выхода триггера 15 через открытый элемент 9, про; инвертировавшись, через время гз на второй вход элемента 26 поступает сигнал высокого уровня. При этом на вход установки в единицу триггера 30 поступает сигнал низкого уровня и триггер 30 устанавливается в единичное состояние. Элемент 14 закрывается сигналом низкого уровня с инверсного выхода триггера 30. При этом на входах логического элемента 2ИЛИ 11 имеются сигналы, низкого уровня, а сигнал низкого уровня с его выхода запрещает прохождение тактовых импульсов через элемент 8. Узел 2 цифровой задержки опять выключается из работы.

Суммирование в реверсивном счетчике 47 продолжается до появления импульса переполнения с его выхода переполнения. Этот импульс записывает в реверсивный счетчик 47 значение кода INaxI .переключает триггер 46 в нулевое состояние, переключив тем самым генератор 1 импульсов с суммирующего на вычитающий вход реверсивного счетчика 47, и переключает триггер 45, работающий в счетном режиме, в новое (единичное) состояние. Сигнал низкого уровня с прямого выхода триггера 46 закрывает элементы 41 и 42, при этом сигналом низкого уровня с выхода элемента 42 сбрасывается в О триггер 30, а на первом входе элемента 27 установлен разрешающий сигнал высокого уровня. В этот момент в работу включается узел 2 цифровой задержки.

На выходе элемента 14 появляется сигнал высокого уровня, который аналогично описанному устанавливает триггер 15 в единичное состояние и разрешает прохождение импульсов с генератора 1 импульсов через элемент 8 на счетный вход вычитающего счетчика 16. Тем самым триггер 15 удерживается в единичном состоянии в течение времени t3 K3/freH, а при этом на вторых входах элементов 9 и 10 имеется сигнал высокого уровня. Сигнал высокого уровня на первом входе элемента 9 сохраняется, а следовательно, на выходе элемента 9 имеется сигнал низкого уровня, запрещающий переключение триггера 31 в единичное состояние,

Таким образом, триггеры 30 и 31 находятся в течение времени t3 в нулевом состоянии. При фиксации нулевого ко.да в вычитающем счетчике 16 импульс с его выхода обратного переноса переключает триггер 15 и перезаписывает код Кз в вычитающий счетчик 16. При этом на втором входе элемента 27 установлен сигнал высокого уровня, а триггер 31 Нереключен в единичное состояние. Таким образом, включение триггера 31 после выключения триггера 30 происходит с задержкой на время 1з. Именно с этих триггеров иг пульсы управления через распределитель 6 импульсов поступают на транзисторные ключи одной вертикали мостового реверсивного транзисторного широтно-импульсного преобразователя 7.

. При фиксации.в реверсивном счетчике 47 нулевого кода на его выходе обратного переноса образован импульс переноса. Этим импульсом в реверсивный счетчик 47 производится очередная запись кода I Мвх I. поступающего на его информационные входы с второго выхода регистра 5 кода управления. Кроме того, импульс переноса поступает на вход установки в единичное состояние триггера 46. Сигнал высокого уровня с прямого выхода триггера 46 разрешает прохождение тактовых импульсов с генератора 1 импульсов через элемент 43 на суммирующий вход реверсивного счетчика 47, а сигнал низкого уровня с инверсного выхода триггера 46 запрещает их прохождение через элемент 44 на вычитающий вход реверсивного счетчика 47. Кроме того, сигнал 52 высокого уровня через открытый элемент 41, пройдя через инвертор 22, устанавливает триггер 29 в нулевое состояние и подается разрешающий высокий уровень на первый вход элемента 24. Но включения триггера 28 не происходит, так как на втором входе элемента 24 установлен в этот момент сигнал низкого уровня с выхода узла 2 цифровой задержки.

В момент переключения триггера 29 в

нулевое состояние на оба входа элемента 13 поступают сигналы высокого уровня с инверсных выходов триггеров 28 и 29. Логическая 1 с выхода элемента 13, пройдя через логический элемент 2ИЛИ 11, записывает логическую 1 в триггер 15 и открывает элемент 8, разрешив тем самым прохождение тактовых импульсов на счетный вход вычитающего счетчика 16, в котором к этому моменту зафиксирован код Кз. Процессы

в узле 2 цифровой задержки протекают аналогично описанным. Через время t3 после выключения триггера 29 на второй вход элемента 24 поступает сигнал высокого уровня с узла 2 цифровой задержки и триггер 28 переключается в единичное состояние, а узел 2 цифровой задержки выключается из

работы до момента выключения одного из включенных триггеров (триггеры 28 и 31).

Суммирование в реверсивном счетчике 47 продолжается до появления импульса

переполнения с его выхода переполнения. Этот импульс записывает в реверсивный счетчик 47 значение кода INexl, переключает триггер 46 в нулевое состояние, переключив тем самым генератор 1 импульсов с

0 суммирующего на вычитающий вход реверсивного счетчика 47, и переключает триггер 45 в новое (нулевое) состояние. При этом сигналами с прямого и инверсного выходов триггера 45 закрывается элемент 41 и от5 крывается элемент 42. На выход элементов 41 и 42.проходят сигналы низкого уровня с прямого выхода,триггера 46.

Сигналом низкого уровня с выхода элемента 41 сброшен в О триггер 28 (при этом

0 в работу включается узел 2 цифровой задержки), а на первом входе элемента 25 установлен разрешающий сигнал высокого уробня. На втором его входе сигнал высокого уровня с выхода узла 2 цифровой задер5 жки появится через Время 1з и триггер 29 установлен в единичное состояние сигналом низкого уровня по его входу установки в единичное состояние. В этот момент все элементы описанной части схемы пришли в

0 Состояние, рассмотренное ранее. Реверсивный счетчик 47 теперь работает на вычитание. Дальнейшая работа описанной части схемы повторяется и происходит аналогично..

5 Таким образом, на выходе формирователя 4 импульсов управления формируются четыре последовательности 34-37 широтно- модулированных импульСов, сформированных по принципу поочерёдного управления.

0 При некотором знаке в;5:одного сигнала NBX управляющие импульсы 59 и 62 длител ь,.. .. т- ., NmMM f ностью ti(1+yj Гшим, где у 1ШИМ freH - относительная продолжитель- ность подключения электродвигателя 58 по- стоянного тока к источнику питания, - подаются на диагонально расположенные транзисторные ключи (ТК1, ТК4) со сдвигом на полпериода (фиг.6), а управляющие им- пульсы 60 и 61 длительностью 12(1-)Тшим гакже со сдвигом на палперйода подаются на транзисторные ключи противоположной диагонали (ТК2, ТКЗ), В этом случае на интервале уТшим электродвигатель 58 постоянного тока подключен к источнику питания с помощью диагонально расположенных ключей, а на интервале ( нагрузка (электродвигатель 58 гюстоянного тока) закорочена с помощью верхних или нижних

5

транзисторных ключей. При изменении знака входного сигнала NBX порядок управления диагонально расположенными транзисторными ключами изменяется распределителем 6 импульсов на противоположный. При поочередном управлении на электродвигателе 58 постоянного тока формируются знакопо- С1 оянные импульсы длительностьюуТшим, пропорциональной сигналу на входе NBX.

Таким образом, применение предлагае- м зго устройства в цифровых системах авто- м зтического управления электроприводами П1)зволяет преобразовывать в длительность И1лпульсов коды управления, модуль кото- р ,йс изменяется ot О до 2п-1-Кз. Общее количество возможных значений выходного сигнала определяется разрядностью п ре- В1ФСИВНОГО счетчика и равно 2. При этом п эй любом знаке входного сигнала а состо- я 1ИИ переключения находятся все четыре т )анзисторных ключа мостового транзи- с юрного широтно-импульсного преобразователя, однако частота переключения каждого из них в два раза меньше частоты напряжения на выходе. Управляющие на-(, пряжения транзисторных ключей одной фаза) моста ТКГ, ТКЗ и ТК2. ТК4 постоянно находятся в противофазе. при этом транзи- сгор ные ключи переключаются через период выходного напряжения 2 Тшим. Этим достигаются одинаковые условия работы полупроводниковых приборов в схеме мос- тового реверсивного транзисторного широтно-импульсного преобразователя.

Повышенная надежность работы устройства обеспечивается и за счет того, что f. лительность широтно-модулированного 1/мпульса и период ШЙМ формируются на реверсивном счетчике 47 от одного генератора 1 импульсов, исключая тем самым до- г олнительную схему синхронизации.

Анализ временных диаграмм (фиг.6) показывает, что при практическом использова- t ИИ устройства импульсы управления, г оступающиа на эмиттер-базовые переходы транзисторных ключей мостового реверсивного транзисторного широтно-импульсного преобразователя, не перекрываются в момент переключения, при этом длительность (естоковых пауз может в каждом случае ус- танавливаться оптимальной (с учетом времени рассасывания избыточных носителей в ()азах отключающихся транзисторных ключей, определяемого типом применяемых

транзисторов) путем регулирования времени t3 (значение Кз в узле 2 цифровой задержки задается перемычками). Это позволяет производить эффективное исключение сквозных 5 токов и тем самым обеспечивает повышенную надежность работы устройства для управления электродвигателем постоянного тока.

10 Формула изобретения

Устройство для управления электродвигателем постоянного тока, содержащее регистр кода управления, мос.товой 15 реверсивный транзистор, широтно-импуль- сный преобразователь, выходная диагональ которого предназначена для подключения к якорной обмотке электродвигателя постоянного тока, генератор импульсов, преобра- 20 зователь кода во временной интервал, распределитель импульсов, причем вход записи регистра кода управления является шиной Запись, информационные входы регистра кода управления являются соот- 25 ветствующими шинами кода управления, первый выход регистра кода управления подключен к первому входу распределителя импульсов, выходы которого подключены к соответствующим входам мостового ревер- 30 сивного транзисторного широтно-импульсного преобразователя, второй выход регистра кода управления соединен с первым входом преобразователя кода во временной интервал, третий вход которого 35 соединен с выходом генератора импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности за счет исключения режима сквозных токов, в него введены формирователь импульсов управления, узел 40 цифровой задержки, первый вход которого подключена выходу генератора импульсов, вторые входы формирователя импульсов управления, узел цифровой задержки и преобразователя кода во временной интервал 45 объединены и подключены к шине Начальная установка, а третий вхрд узла цифровой задержки подключен к второму выходу формирователя импульсов управления, первый выход которого соединен с вторым входом 50 распределителя импульсов, выход преобразователя кода во временной интервал и выход узла цифровой задержки подключены соответственно к первому и третьему входам формирователя импульсов управления. Й5

Sign %

dk

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в цифровых системах автоматического управления электроприводом постоянного тока с широтно-импульсными преобразователями. Цель изобретения - повышение надежности за счет исключения режима сквозных токов. Ввдение узла цифровой задержки и формирователя импульсов управления позволяет исключить возможность протекания сквозных токов ввиду того, что импульсы управления, поступающие на эмиттер-базовые переходы транзисторных ключей мостового реверсивного транзисторного широтно-импульсного преобразователя, не перекрываются в момент переключения, а длительность бестоковых пауз может устанавливаться оптимальной. Кроме того, данное устройство позволяет использовать один генератор импульсов как для заполнения реверсивного счетчика, так и для формирования периода широтно-импульсной модуляции, что повышает надежность работы устройства. 6 ил.

4ffl

1 С

/%/ ..

ЛУ

J3

т

fui. 1

,.м

лл

bft

tsitf

I

laglcjc

5

«Г

JTV

«M

:

2t

.

a

1 о

eg ;c 5

Co

5

ч|

и

Jl f

пи.

49

% tf, Kf tg

fi-Щ /ffuiuMMOg

ШШШШШШШШШШШ.,ШШШШШШШШ ШШШ

-innnnii-j

«Д

f

18

to t1

34

t

Ш.

fi-Щ /ffuiuMMOg

шшсгзшшк

t

П П...in П П П П i,

J:

IHL

JL

JIL

П

П