МНОГОПОЗИЦИОННОЕ ПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО Советский патент 1971 года по МПК H03K17/567 H03K17/296 

Данное устройство для К01ммутации обмоток двигателей приводных механизмов относится к области автоматики, а именно к системам автоматизированного электропривода для управления аппаратурой технологических линий цехов и заводов химической Промышленности.

Известны устройства для коммутации обмоток двигателей, содерлсащие генератор импульсов, блок дешифрации, схему коммутации, выходную матри-цу и нагрузку. Однако эти устройства сложны и недостаточно надежны.

В предлагаемом устройстве схема коммутации выполнена в виде трех фазных матриц по т - строк и п - столбцов электронных в виде трех фазных матриц по т - строк и п - столбцов электронных ключей в каждой, причем катод (эмиттер) каждого ключа через параллельно включенные т-п - п цепочки, каждая из которых состоит из двух последовательно соединенных диодов, нодключеп к анодам (коллекторам) ключей, пе принадлежащих строке данного ключа данной матрицы, а к точке соединения катода одного и анода другого диода каждой цепочки с одинаковыми порядковыми номерами каждой матрицы подключена нагрузка.

матрицы; на фиг. 3 - схема элемента матрицы; на фиг. 4 - схема матрицы А - фазы; на фиг. 5 - схема соединения выходов коммутирующих ключей с входами и анодными и катодными выводами jViaTpH4Hbix ключей.

Устройство состоит из матричной части и схемы дешифрации, которые содержат генератор импульсов /, дешифраторы 2-5, выходные матрицы со схемой коммутации 6.

Рассмотрим матричную часть схемы. Простейшие схемы, которые иллюстрируют принцип построения трехфазной матрицы для коммутации выходных цепей с обозначением ZK), ZKZ, ZKS (К, 2, 3...), представлены на

фиг. 2,3 и 4.

Прежде чем перейти к анализу этих схем, условимся называть:

1. Матрицей А-фазы (аналогично В-фазы, С-фазы) - матрицу, состоящую из электронных ключей (тиристоров, транзисторов, тиратронов и т. д.), вида

аи ai2 ai3 ... Й21 QZZ Ozs . . Qan fi-ji Й32 ЙЗЗ -. . . ЙЗП

Й7П1 йт2 тЗ umn

где m 2 число строк и п 2 --число столб30 цов (/, S -целые числа), соединенных между собой так, что катодный (эмиттерный) вывод каждого ключа aij(i l, 2, 3 ... т; , 2, 3, ... п) разветвляется на тп-п число лиНИИ, каждая из которых через два последовательно соединенных диода присоединяется К 5 анодным (коллекторным) выводом одного из оставшихся ключей, не принадлежащих к t-ой строке матрицы. Число MA - размерность матрицы А-фазы. 2. Выходной трехфазной матрицей - схему из трех фазных матриц А, В, С соответственноСцС12 . . . Cir, . C2n С31С32 . - . Сз„ f mlCm2 . . m-ii соединенных между собой так, что к точке соединения катода одного и анода другого диодов каждой линии с одинаковыми порядковыми номерами из каждой фазной матрицы присоединяются одноименные фазовые на- 30 грузки (обмотки асинхронного двигателя), подлежащие программному электропитанию. 3. Сеткой - каждую часть трехфазной матрицы, образованную соединением в различных сочетаниях катодных выводов элементов 35 (ключей) одной строки с анодными выводами элементов другой ее строки. На схемах коммутирующие ключи обозначены /Си, /Clb , K.z, KiZ, KiZ, KzZ, Kz2, Ki3, и HZI, Hzi, Нц, Hii, HZZ, Hzz, Hiz, Hlz, 40 -/-/23, HIZПервый набор тиристорных ключей условимся называть коммутирующими ключами К координаты, а второй набор - коммутирующими ключами Н координаты. Коммутирующие ключи Кц, KI и Н,, Н; (, 2) служат для изменения фазы питающего напряжения при реверсировании выбранного электродвигателя исполнительного механизма.50 Рассмотрим работу и структурные особенности трехфазной матрицы (см. фиг. 2). Предположим, что необходимо подключить к источнику электропитания трехфазную нагрузку Zi (Zii, Zi2, Zis - об.мотки асинхронного 55 двигателя). Для этого на входы коммутирующих Kzi, Kzz, Kz3, Ни, HIZ, HIS и матричных fl22, ai2, 22, &12, Czz. Ciz ключей подаются отпирающие импульсы тока с частотой следования 6/с (fc - частота сети), сдвинутые друг 60 относительно друга на 60°. Ток начинает нротекать через те тиристоры, которые в момент поступления отпирающих импульсов имеют положительный потенциал относительно своих катодов,65 10 15 20 25 45 Так, если в рассматриваемый момент поенциал фазы А положителен относительно В и С, то ток этой фазы будет протекать по цени К2ь «22, 2ц. и далее параллельно по цепям Z, biz, HK и Z, , 13. В последующую часть периода наибольший цоложительный потенциал будет иметь фаза В и ее ток потечет по цепи KZZ, bzz, и далее параллельно по цепям: Zn, «12, Яц и Zis, , В третьей части периода наибольший положительный потенциал будет иметь фаза С и ток будет замыкаться по цепи /(23, С22, 23 И дзлве параллельно по цепям Zi2, 612, Я12 и Zu, а.г. Ни. Из схемы видно, что протекание тока через другие нагрузки невозможно. Если необходимо включить в сеть другую нагрузку, например Zi (Zu, Zia., 43), то с указанными выше коммутирующими ключами включаются ключи аг, ац, bzi, bn, Czi, Сц. Путем отпирания в различных сочетаниях оставшихся матричных ключей обеспечивается электропитание других трехфазных нагрузок Zz(Zzb Zzz, Zzs) и ZsCZsi, Z32 Z33). Для изменения чередования фаз .питающего напряжения при реверсировании выбранного двигателя необходимо выключить ключи , Kz2, Hiz, Ни и включить ключи /Cgp Kzz /Vjj, //Jg. Для программного электропитания обмоток двигателей ZsfZsi, Z52, Z53J, ZefZei, Z62, ), Z(Z, , Z,) и ZsCsb -282, N&s) необходимо сначала включить ключи К,и, Kiz, KIB и HZI, Я22, Я2з, посылая на их входы отпирающие импульсы, а затем в различных сочетаниях произвести включение ключей фазных матриц Л, В и С. Так, для электроцитания нагрузки ZsCZsb Zs2, Zga) необходимо посылать на входы ключей flib uzz, biz, bzz, Ciz, Czz отпирающие сигналы, обеспечивающие последовательное включение указанных ключей в соответствии с изменением напряжения сети. Иллюстрация принципа .построения выходной трехфазной матрицы в виде электрической схемы уже при размерности МА МВ Ж„ т« 8 фазных матриц перестает быть наглядной. Поэтому в дальнейшем простейшие схемы (см. фиг. 2) будут использованы в качестве рабочей модели. Рассмотренная схема содержит две сетки. выходными нагрузками одной сетки являются нагрузки Zi, Z2, Z3, Z/,, а выходными нагрузками второй - нагрузки Z, Ze, Z, Zg. Для удобства анализа в дальнейшем каждую сетку следует записывать в виде элементов матрицы двух строк, заключив справа элементы каждой фазы в круглую скобку, Так, первую сетку схемы (см. фиг. 2) условимся записывать в виде ; Ь,, Ь,, 21 22/з 22 а вторую - в виде

причем, при таком изображении сетки во второй строке условимся записывать те элементы (ключи) трехфазной матрицы, катодные (эмиттерные) выводы которых использованы для ее образования.

Рассмотрим в общем виде следующую последовательность сеток трехфазной матрицы

auai2.. а,п . .. Ьщ . a2ia22.. . asn / . -bzn Г

С In Счп

&310з2 . . . Ьзге

&21&22 . - bzn

Сзп

С2п

m-l.

. .,... .. - b-in

с in Cin

. brnn

bmibm2

mn b2n J й-2п

CmlCm2 Cmn C2lC22 . C2n

Каждая из них образована соединением катодных выводов элементов второй строки с анодными выводами одной из других строк трехфазной матрицы. Причем количество выходных полюсов каждой сетки, к которым могут быть присоединены трехфазные нагрузки, равно числу

С П2(I)

В справедливости выражения (1) легко убедиться непосредственной проверкой. Так, при п 2 каждая сетка в схеме содержит четыре трехфазные нагрузки. Рассмотрим другую последовательность сеток трехфазной матрицы . . Ctn CiiCi2 . . . Cin - .. . auai2.. . ) bnbi2.. . QlC42 Сцп CiiCi2 . Cin CLnin . . .. Cm / .CmlCm2 Cmn CnCi2 Cin

из m-I оставшихся строк трехфазной матрицы. Отсюда следует, что любая последовательность из сеток с трехфазными полюсами образуется путем соедпиения в различных сочетаниях катодных выводов элементов 1-ой строки с анодными выводами элементов т оставщихся строк матрицы каждой фазы.

Так последнее т-I число сеток, которые образованы соединениями катодных выводов элементов га-ой строки с анодными выводами эле.чентов т-1 оставшихся строк, является

blibi2.. . bin

Qiiai2.. . GI,, bmlbmZ b-mn

Й 7 |йгн2 . . . й-тп

. . . Clri

CmlCin2 Cnin 021(222 . . . (22n A . &21Й22 . . . Ь-2п O. Omn j bmibmZ Ьтп

Сзп .

CmlCm2 Cntn /

m-l.

. - О„,-1п ( ищи

- lii (nilbm2 b,nn

CnilCm2 Cjtm

Учитывая, что число строк элементов трехфазной матрицы равно т 2, можно заключить, что число N сеток в трехфазной матрице равно размещению из числа строк но два, т. е.

N-Air m{ i 1).

(2)

Подставив выражение (1) во (2), получим 45 окончательную формулу, которая устанавливает зависимость между числом трехфазных полюсов и размерностью матрицы в виде где m сето метр сов же (,n)Р„ т(т-1)п 3 М, fMj 3 v 3 Яо . 3 и . Легко установить, что число к N для схемы матрицы Л-фазы с параом равно N m(m-1)6, а число нолю п (-- - - 24. Точно так «Э оJ / . могут быть построены матрицы В и С-фаз.

координатами. Две координаты (см. фиг. 1) - два дешифратора 2 (ДШН) и 5 (ДШК) - определяют положение данной сетки, а две другие-дешифраторы #(ДШг|з) и 5(ДШф) - положение трехфазной нагрузки в ней.

Выходные нагрузки на общей схеме устройства, где каждая фаза содержит

;- -- электронных ключей (элементов) не

показаны, поскольку, как отмечалось, уже при и электрическая схема устройства оказывается весьма громоздкой.

Выходные шины дешифраторов Дшг|з, Дшф, ДшН, ДшК обозначены через -фо, -фь

фО, фь , //2 -, Ко, Ki, . , Km

соответственно. Каждая выходная шина i каждого из дешифраторов ДшН и ДшК подведена к в.ходам трех коммутирующих ключей//,-,, Я,2, //(3 и /1. /С;2 /(гз соответственно. Схема соедийения выходов коммутирующих ключей с входами и анодным и катодным выводами матричных ключей показана отдельно па фиг. 5. Применение транзисторов Hi и Ki является обязательным для развязки силовых п управляющих цепей. Генератор импульсов / обеспечивает .синхронное возбуждение выходов дегиифраторов. Сам генератор синхронизируется частотой питающей сети и вырабатывает 6 имнульсов за каждый нериод, сдвинутых друг относительно друга на 60°.

Рассмотрим работу схемы, приведенную на фиг. 1. Пусть возбуждены выходные шины /Со, -/ь о фо соответствующих координатных дещифраторов. Легко установить, что в этом случае будет выбрана сетка, построенная на элементах

фиг. 1 не показана) и Яь то выбранной оказывается сетка на ключах

. . .

O21U22 . . . а2п bj,ibi2 . . bin U41U42 Cl4n

C2lC22 - Csre in

Возбуждением в различных сочетаниях выходных шин дешифраторов Дш и Дш ф можно выбрать все с

-П нагрузки, принадлежащие этой сетке.

При последовательпом изменении кодовых наборов, поступающих на входы дешифраторов Дш Н и Дш К, будут возбуждены и шины с одинаковыми номерами Яо с Ко, Hi с Ki, HZ с Ку, ., Ят с Km- Кодовые наборы, которые приводят к одновременному возбул дению одинаковых по померу выходпых шин координатных дешифраторов ДшЯ и Дш/С, являются запрещенными для трехфазной матрицы и должны быть исключены.

Для последовательного исключения таких наборов предусматривается сумматор по модулю два (mod 2), с помощью которого перед обращением к фазной матрице производится поразрядное суммирование кодов двух чисел и при их равенстве к содержимому младшего из входных регистров координатных дешифраторов Дш/f и Дш/( добавляется единица.

Если в общем виде работу каждого из дешифраторов Дшг), Дш ф, ДшЯ и Дш/С можно описать своей системой нулевых функций, соответственно

трехфазной матрицы. Возбужденные шины a)o и фо дешифраторов Дш1|) и Дшф выбирают мостовую схему типа, нриведенной на фиг. 3, на тиристорных ключах 021, bzi, Czi и аи, Ьц, Си с полюсами кото- 50 рой соединена трехфазная нагрузка. При непрерывном изменении кодовых наборов, поступающих на входы дешифраторов Дш-ф и Дщф, последовательно будут выбраны все трехфазнью нагрузки, принадлежащие 55 к выбранной дешифраторами ДшЯ и ЦшК сетке. Если же на входы дешифраторов ДшЯ и Дщ К поступают новые кодовые наборы, то возбуждаются другие щины, которые через свои коммутирующие ключи производят ле- 60 реключение ключей трехфазной матрицы, выбирая новую сетку с выходными нагрузками. Так, если на входы дешифраторов Дщ К и Дщ Я поступают кодовые наборы, обеспечивающие возбуждение выходных щин Кз (на 65

с „ дЛХЛ5- Л 5

,X,,,... „ X,,,,... .Л..-Л . Y,Y,,... .. ,,,. H,h,,h,,..., H, h,,,... ,,,..., о.... K, K,,K,...

то работа трехфазной матрицы может быть описана системой матрицы вида

(Л)Л(М) без компонентов вида (Ka Л f,, /Са Л //2 и т. д.). Каждому компоненту первой матрицы ставится в однозначное соответствие сетка из трехфазной матрицы, а каждому компоненту второй матрицы - трехфазная нагрузка из выбранной сетки.

Из рассмотрения этой системы следует, что из числа

22S . 22 22(s+)

всевозможных двоичных наборов аргументов, трехфазной матрицей реализуются только

P, (У-)

(f))f

/А1о 3

/Л 3

что совпадает с выражением (3). Предмет изобретения Многопозиционное программное устройство для коммутации обмоток двигателей приводных механизмов, содержащее генератор импульсов, подключенный к дешифраторам, схему коммутации и выходную матрицу, выполненную, например, на электронных ключах и диодах, выход которой подключен к нагрузке, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, схема коммутации выполнена в виде трех фазных матриц по /л-строк и л-столбцов электронных ключей в каждой, причем катод (эмиттер) каждого ключа через параллельно включенные т-п-п цепочки, каждая из которых состоит из двух последовательно соединенных диодов, подключен к анодам (коллекторам) ключей, не принадлежаших строке данного ключа данной матрицы, а к точке соединения катода одного и анода другого диода каждой цепочки с одинаковыми порядковыми номерами каждой матрицы подключена нагрузка.

ait

an

-r±

ajt

Л// Яг/

Ш1

.

ai2

i i V V

M

I p

б oiW

П.

XT

A

flj J L A J

/r/f

Фиг 4