Импульсный регулятор Советский патент 1993 года по МПК G05D23/00 G05B11/16 

Ё

Изобретение относится к автоматике и предназначено для автоматического регулирования тока электродвигателя измельчителя кормов. Цель изобретения - повышение точности и упрощение регулятора. Регулятор содержит делитель напряжения 3-5, первый 6, второй 7, третий 40 пороговые элементы, генератор импульсов на ОПТ 8, первый 9, 10, второй 11, 12, третий 13, 14 RC-контуры, первый 15, второй 16, третий 17 ключевые элементы, разделительные диоды 21-28, нагрузочные элементы 18-20, токоог- раничительные регистра 29-34, датчик переменного тока 35, четвертый 48 и пятый 49 транзисторные ключевые элементы, а также элементы, составляющие перечисленные функциональные узлы. 1з.п.ф-лы, 1ил.

Изобретение относится к автоматике и предназначенодля автоматического регулирования различных параметров, преимущественно тока электродвигателя измельчения кормов.

Цель изобретения - повышение точности и надежности работы и расширение функциональных возможностей регулятора.

На чертеже приведена схема регулятора.

Регулятор содержит подключенный к шинам 1-2 питания постоянного тока делитель напряжения, выполненный в виде последовательно соединенных балластного регистра 3 и стабилитронов 4, 5, первый и второй пороговые элементы 6 и 7, генератор импульсов на ОПТ8, первый 9, 10 второй 11, 12 и третий 13, 14 RC-контура, первый и третий транзисторные ключевые элементы 15-17, последовательно с которыми к шинам питания постоянного тока 1-2 включены нагрузочные элементы 18-20, восемь разделительных диодов 21-28, шесть токоограничи- телыных регистров 29-34, датчик переменного тока 35, содержащий обмотку, связанную индуктивно с сетью переменного тока, к выводам которой подключен диодный выпрямительный мост 36, к выходной диагонали которого подключены параллельно конденсатор 37 и первый делитель напряжения 38, 39, один из выводов выходной диагонали диодного моста соединен с одной из шин питания постоянного тока 2, другой вывод выходной диагонали диодного выпрямительного моста и выход первого ре- зистивного делителя напряжения являются выходами датчика переменного тока, третий пороговый элемент 40 в виде операци- онного усилителя с положительной обратной связью, состоящей из последовательно соединенных диода 41 и регистра 42 с четвертым RC-контуром на входе 43, 44,

00

го

Ю О

ю о

четвертый нагрузочный элемент 45, второй резистивный делитель напряжения 46, 47, выполненный идентично первому, четвертый 48 и пятый 49 транзисторные ключевые элементы, девятый разделительный диод 50 и седьмой 51, восьмой 52 и девятый 53 токо- ограничительные резисторы, а пороговые элементы выполнены на операционных усилителях с целью положительной обратной связи 25, 54, 55, 56, состоящей из последовательно соединенных диода и резистора, соединяющей инвертирующий вход соответствующего операционного усилителя 6 или 7 и выходной электрод транзисторного ключевого элемента 15 или 16, входной электрод которого соединен с выходом соответствующего операционного усилителя через первый 29 и второй 30 резисторы, неинвертирующие входы операционных усилителей 6, 7, 40 подключены к выходам соответствующих времязадающих RC-кон- туровЭ, 10, 11, 12, и 43, 44, вход первого RC- контура 9, 10 подключен к общему выводу стабилитронов 4, 5 делителя напряжения, а вход второго RC- контура 11,12 соединен с одним из выходов датчика переменного тока 35, другой выход которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 6 через третий токоограничивающий резистор 31, а инвертирующий вход второго операционного усилителя 7 связан через резистор 57 с входом RC контура 9, 10, выходы операционных усилителей 6, 7 через диоды 21, 22 связанные одноименными электродами, соединены с входом RC-контура 13, 14, выход которого связан с эмиттером ОПТ 8 генератора импульсов, четвертый и пятый разделительный диоды 23 и 24, связанные одноименными электродами, подключены другими электродами к выходам первого 9 10 и второго 11,12 RC-контуров соответственно, другие выводы конденсаторов 10, 12, 14 соединены с одной шиной питания 2, к которой подключена одна из баз ОПТ через пятый резистор 33, другая база которого подключена к общему выводу балластного регистра 3 и стабилитрона 4 делителя напряжения и через шестой резистор 34 - к одноименным электродам шестого 26, седьмого 27 и восьмого 28 разделительных диодов, другие электроды которых подключены соответственно к выходным электродам первого 15 и второго 16 ключевых транзисторов и входному электроду третьего ключевого транзисторного элемента 17, через седьмой резистор 51 к общему выводу стабилитронов 4 и 5 подключен инвертирующий вход третьего операционного усилителя 40, выход которого соединен через восьмой резистор 52 с входным элект-

родом четвертого транзисторного ключа 48, через который к шинам питания 1, 2 подключен четвертый нагрузочный элемент 45, од- ноименные электроды третьего и четвертого диодов 23 и 24 соединены через девятый резистор 53 с другой базой ОПТ 8, а через пятый транзисторный ключ 49 с одной шиной питания 2, одна из баз ОПТ 8 соединена с входным электродом пятого

транзисторного ключа 49, неинвертирующий вход третьего операционного усилителя через девятый диод 50 подключен к выходному электроду первого транзисторного ключа 15, а через резистор 43 четвер5 того RC-контура соединен с вторым делителем напряжения 46, 47. Регулятор также содержит десятый 58 и одиннадцатый 59 разделительные диоды и переключатель 60, контакты которого через десятый диод

0 58 соединяют средние выводы резистивных делителей напряжения, а диод 59 соединяет выходной электрод четвертого транзисторного ключа 48 с эмиттером ОПТ 8. Стабилитрон 5 соединен с инвертирую5 щим входом операционного усилителя 40 через резистор 51, а нижняя база ОПТ 8 и выход 40 соединены с входами транзисторных ключей 48 и 49 через резисторы 52 и 32. Работает регулятор следующим обра0 зом. При помощи датчика тока, образованного трансформатором тока 35, диодным мостом 38 и конденсатором фильтра 37 регулируемый ток преобразуется в выпрямленное напряжение, выделяемое на

5 резисторах 38-39, 46-47 двух делителей напряжения, С резистора 38 через резистор 31 напряжение с датчика тока поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 6, а с резистора 39 на второй RC-контур

0 ц, 12, подключенный к неинвертирующему входу операционного усилителя 7. Напряжение на выходе датчика тока сравнивается операционными усилителями 6 и 7 с напряжением на стабилитроне 5, который через

5 первый RC-контур 9, 10 подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя 6, а через резисторы 57 и 51 соединен с инвертирующими входами операционных усилителей 7 и 40. напряжение на верхнем

0 выводе резистора 38 несколько выше напряжения на верхнем выводе резистора 30. Если стабилизируемый ток ниже заданного значения, напряжение на стабилитроне 5 выше напряжения на выходе датчика тока,

5 верхнем выводе резистора 38. Поэтому когда конденсатор 10 через резистор 9 зарядится до потенциала на стабилитроне, операционный усилитель 6 переключится, и на его выходе напряжение приблизится к напряжению на катоде стабилитрона 4. Под

действием этого напряжения откроется транзистор 15, и через нагрузочный элемент 18, например, обмотку реле, протекает ток. Реле, в свою очередь, включает исполнительный электродвигатель (на фиг. не показан), уменьшающий значение регулируемого тока. Отпирающийся транзистор 15 через диод 26 шунтирует цепь питания перехода база-эмиттер транзистора 17, поэтому транзистор 17 запирается, а его нагрузка 20 отключается. Одновременно через диод 21 и резистор 13 начинает заряжаться конденсатор 14, и когда он зарядится до напряжения отпирания ОПТ 8, последний отпирается, а через него на резистор 33 разряжается конденсатор 14. Одновременно отпирается транзистор 49, на который через диод 23 разряжается конденсатор 10. После этого операционный усилитель 6 снова занимает исходное состояние, транзистор 15 запирается и нагрузка 18 отключается. Поскольку цепь управления транзистора 17 дешунтируется, то он отпирается и включается нагрузка 20, осуществ- ляющая, например, динамическое торможение исполнительного электродвигателя. Таким образом, длительность импульсов определяется постоянной времени НС-контура 13, 14 и порогом отпирания ОПТ 8. После импульса снова начинается пауза, длительность которой определяется временем заряда конденсатора 8 через резистор 7, а также значением рассогласования текущего тока и заданного. Чем меньше ток нагрузки и больше разница между напряжением на стабилитроне 5 и на выходе датчика тока, тем быстрее осуществляется заряд конденсатора 10 и, следовательно, короче пауза. Процесс работы регулятора повторяется до тех пор, пока значение напряжения на стабилитроне 5 и выходе датчика тока не уравновесится.

Когда значение регулируемого тока превышает заданное, напряжение на стабилитроне 5 меньше напряжения на верхнем выводе резистора 39, и конденсатор 12 зарядится через резистор 11, то операционный усилитель 7 переключится, откроется транзистор 16, и включится нагрузка 19. Через диод 22 под действием напряжения на выходе операционного усилителя 7 через резистор 13 заряжается конденсатор 14 генератора импульсов. Когда конденсатор 14 зарядится до порога отпирания ОПТ 8, последний открывается, разряжая конденсатор 14. На транзистор 49 через диод 24 разряжается конденсатор 12. а через диод 27 транзистором 16 дешунтируется цепь управления транзистора 17, и он отпирается. Компаратор 7 возвращается в исходное состояние, и процесс заряда конденсатора 12 повторяется, Как и при переключении компаратора 6, время паузы при переключении нагрузки 19 зависит от рассогласования заданного и регулируемого значения тока, логарифмически уменьшаясь с ростом последнего.

Периодическое включение нагрузки 19 происходит до тех пор, пока регулируемый

ток не снизится до заданного значения. Зона нечувствительности регулятора, т.е. разница между токами, при которых включаются операционные усилители 6 и 7, определяется соотношением сопротивлений резисторов 38 и 39, уменьшаясь с увеличением сопротивления резистора 38.

Параллельно первому резистивному делителю напряжения 38, 39 подключен второй делитель напряжения 46, 47.

Соотношение резисторов 46 и 47 таково, что при значении тока электродвигателя, превышающего аварийный ток, напряжение на резисторе 47 превысит напряжение на стабилитроне 5, поступающее через резистор

51 на инвертирующий вход операционного усилителя 40. Поэтому когда ток электродвигателя превысит аварийное значение при разомкнутом переключателе 60, под действием потенциала на резисторе 47 через диод 58 и резистор 43 зарядится конденсатор 44, и операционный усилитель 40 переключится. Под действием потенциала на его выходе откроется транзистор 48 и включится нагрузка 45, останавливающая,

например, электропривод питателя измельчителя кормов. Через диод 59 транзистор 48 шунтирует конденсатор 14 генератора, поэтому генератор заторможен и операционный усилитель 7 и транзистор 16

периодически не отключаются.

Когда стабилизируемый ток снизится до заданного значения, операционный усилитель 8 переключается, отключается транзистор 15, шунтирующий через диод 50 инвертирующий вход операционного усилителя 40. Операционный усилитель 40 переключается, транзистор 48 и нагрузка 45 отключаются. При замыкании контактов переключателя 60 уставка тока срабатывания операционного усилителя 40 равна току срабатывания операционного усилителя 7. В этом случае дифференциал между включением и отключением нагрузки 45 определяется лишьсоотношением резисторов38и 39 и равен зоне нечувствительности регулятора. Такой режим работы регулятора требуется для релейного переключения электропривода загрузочного транспорте- ра. подающего грубый корм в измельчитель,

когда непрерывное регулирование интенсивности подачи продукта в измельчитель, как в случае подачи в него зерна, не возможно.

Переключение инвертирующих входов операционных усилителей 6, 7, 40 через диоды 25, 55, 41 и резисторы 29, 56, 42 к коллекторам транзисторов 15, 16 и 48 обеспечивает положительную обратную связь при переключении операционных усилителей и их четкое срабатывание. Диоды 25, 55, 41 исключают влияние напряжения питания на коллекторах транзисторов 15, 16,48, когда они заперты, на измерительную часть схемы, и следовательно, на точность работы регулятора.

Регулятор имеет бесконтактную и простую схему, надежен в работе, обеспечивает высокие стабильность и точность работы при достаточном быстродействии, характеризуется широкими функциональными возможностями.

Формула изобретения

0 резистора, соединяющий инвертирующий вход соответствующего операционного усилителя и выходной электрод соответствующего транзисторного ключевого элемента, входной электрод которого соединен с вы5 ходом соответствующего операционного усилителя через первый и второй токоогра- ничивающие резисторы соответственно, неинвертирующие входы операционных усилителей подключены к выходам соответ0 ствующих времязадающих НС-контуров, вход первого времязадающего RC-контура подключен к общему выводу стабилитронов делителя напряжения, а вход второго времязадающего RC-контура соединены с од5 ним из выходов датчика переменного тока, другой выход которого подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя через третий токоограничивзю- щий резистор, а инвертирующий вход вто0 рого операционного усилителя связан через четвертый токоограничивающий резистор с входом первого времязэдающего RC-контура, выходы операционных усилителей через первый и второй разделительные диоды.

5 связанные одноименными электродами, соединены с входом третьего воемлзадаю- щего RC-контура, выход которого связан с эмиттером однопереходного транзистора генератора импульсов, четвертый vi пятый

0 разделительные диоды, связаннее одно- имен ными электродами, подключённые другими электродами к выходам первого и второго RC-контуров соответственно, другие выводы конденсаторов первого, второго

5 и третьего времязадающих RC-контуров соединены с одной шиной питания постоянного тока, к которой подключена одна из баз однопереходного транзистора генератора импульсов через пятый токоограничитель0 ный резистор, другая база которого подклю- чена к общему выводу балластного резистора и стабилитрона делителя напряжения и через шестойтокоограничительный резистор - к одноименным электродам ше5 стого, седьмого и восьмого разделительных диодов, другие электроды которых подключены соответственно к выходным электродам первого и второго ключевых транзисторных элементов и входному электроду третьего ключевого транзисторного

элемента, причем через седьмой токоогра- ничительный резистор к общему выводу ста- билитронов делителя напряжения подключен инвертирующий вход третьего операционного усилителя, выход которого соединен через восьмой токоограничитель- ный резистор с входным электродом четвертого транзисторного ключа, через который к шинам питания постоянного тока подключен четвертый нагрузочный элемент, одноименные электроды третьего и четвертого диодов соединены через девятый токоогра- ничительный резистор с другой базой одно- переходного транзистора, а через пятый транзисторный ключ - с одной шиной питания постоянного тока, одна из баз однопе- реходного транзистора генератора импульсов соединена с входным электродом пятого транзисторного ключа, неинвертирующий вход третьего операционного усилителя через девятый разделительный диод подключен к выходному электроду первого транзисторного ключа, а через ре- зистор четвертого RC-контура соединен с вторым резистивным делителем напряжения, подключенным к выходной диагонали диодного выпрямительного моста.

средние выводы резистивных делителей напряжения, а одиннадцатый разделительный диод соединяет выходной электрод четвертого транзисторного ключа с эмиттером од- нопереходного транзистора.