Устройство для релейного регулирования тока электродвигателя Советский патент 1975 года по МПК B60L15/04 H02P5/16 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЛЕЙНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к области релейного импульсного регулирования тока электродвигателей постоянного тока и предназначено преимущественно для регулирования тягового и тормозного усилий электроподвижного состава.j Известно устройство для регулирования гока тягового электродвигателя, обеспечивающее, как и широтно-импульсные регул siторы, постоянную частоту переключений ти- ристорного ключа, что достигается определенной взаимосвязью элементов электронной части канала регулирования: соединением выхода генератора задающих импульсов, определяющего частоту переключений, со входом формирователя задержанных импульсов и через дифференцирующую цепь с одним из входов триггера, соединением этого же входа триггера с выходом блока сра нения текущего и гзаданногозначений тока якоря, соединением выхода формирователя задержанных импульсов со вторым входом триггера и со входом усилителя импульсов гащения тиристорного регулятора, а также соединением выхода триггера с усилителем импульсов открывания тиристорного регулятора. Известное устройство характеризуется ограниченным верхним пределом частоты переключений, зависящим от параметров сис- темы регулирования, в частности от величины электромагнитной постоянной времени цепи якоря. При выборе посто$шной частоты переключений, превыщающей предельно допустимую, в начале процесса регулирования, когда продолжительность включения ти- ристорного ключа л 0,5, во время паузы ток спадает сравнительно медленно, принцип постоянства частоты переключения нарушается, так как в течение паузы регулируемый ток не успеет снизиться до уровня уставки, Цель изобретения - увеличение частоты переключений тиристорного ключа без нарушения ее постоянства Это достигается введением в устройство новых элементов: блока инверсии, блока изменения структуры и блока переключения, причем последний подключен к выходам формирователей блокировочных и задержанных импульсов, блока сравнения.

блока инверсии, блока изменения структуры и через триггер - ко входу блока изменения структуры, к которому подсоединен выход генератора задающих импульсов.

Взаимодействие новых элементов обеспечивает автоматическое изменение струкуры регулятора при помощи бесконтактного блока переключения таким образом, что при ,5, на тиристорный ключ поступают открывающие переодические импульсы с частотой задающего генератора и запи- раюише импульсы от блока инверсии, а при ,5 на тиристорный ключ поступают открывающие импульсы от блока сравнения текущего и заданного значений регулируемого тока двигателя и запирающие периодические импульсы с частотой задающего генераторш. Изменение структуры регулятора в указанном порядке обеспечивает достижение регулируемым током .уставки .более крутым участкам его нарастания,

(,5) или спада (при f 0,5), чем и объясняется принципиальная возможность ущественного увеличения частоты регули- рвания , при ее постоянстве.

На фиг, 1 изображена блок-схема уст- . ройства для релейного регулирования тока электродвигателя; на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая принцип работы устройства; на фиг. 3 - функциональная cxeNfa блока инверсии; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы блока инверсии; на фиг. 5 - функциональная схема блока изменения структуры; на фиг. 6 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы блока изменения структуры.

В начальный момент пуска тягового электродвигателя ,5) транзисторы 1,2 и 3 блока переключения 4 (см. фиг. 1,2) находятся в закрытом состоянии и пропус- : кают импульсы напряжения, поступающие на их коллекторы. Ик/тульсы напряжения Uj ; от формирователя 5 задержанных импульсов, сдвинутые относительно импульсов напряжения Ц генератора 6 задающих импульсов на время t , поступают на верхнее плечо триггера 7, который переводится в цругое устойчивое состояние . По заднему ту напрях :ения 1)„ триггера 7 запускается усшлитель 8, который формирует напряжение и , под действием которого открывается тиристорный ключ 9. Если триггер 7 в начальный момент пуска находится в состоянии, противоположном указанному, импульсы напряжения Са от формирователя 5 задержанных импульсов поступают, минуя триггер 7, Н1:посредственно на усилитель 8. При открывании тирмсторного ключа 9 ток 1„ якоря быстро (по крутому участку)

J уставки. В момент

сравнения текущего значения тока якоря ,с током уставки срабатывает блок 10

инверсии. Импульс напряжения U . от

ка Ю инверсии поступает на нижнее плечо триггера 7, который изменяет свое устойчивое состояние. По заднему фронту напряжения и триггера 7 запускается усилитель 11, формирующий импульс напряжения и р., под действием которого закрывает

ся тиристорный ключ 9. Ток якоря начинает уменьшаться (по пологому участку) и уменьщаться до поступления очередного периодического импульса напряжения U форо

мнрователя 5 задержанных импульсов. В дальнейшем работа схемы повторяется.

Таким образом, в описанном режиме (| 0,5) регулируемый ток I ни при каких условиях не может превысить ток устаки и пульсирует относительно некоторого среднего значения.

По мере разгона тягового электродвигателя относительная продолжительность включения V увеличивается при|;йО,5, блок 12 изменения структуры своими выходными напряжениями U и U переключит траоу

зисторы блока переключения 4 таким образ что транзисторы 1,2,3 будут находиться в открытом состоя1 и, а транзисторы 13 и 14 закроются. Следовательно, блок переключения 4 переключит импульсы напряжения и верхнего плеча триггера 7 на его о

нижнее плечо, а на верхнее плечо будут поступать импульсы напряжения с блока сравнения 15.

При поступлении на нижнее плечо триггера 7 периодического импульса напряжени

и формирователя 5 задержанных импуль3

, сов триггер изменит свое состояние. По заднему фронту напряжения U „ триггера 7

запускается .усилитель 11, формирующий импульс напряжения н р. под действием

которого закрывается тиристорный ключ 9.

Регулируемый ток Т уменьшается (по круя

тому участку). При достиже1ши током 1

я

тока J уставки срабатывает блок 15 сравнения. Импульс напряжения U , минуя трано

зистор 14, поступает на верхнее плечо триггера 8,7, который формирует импульсы напряжения и 1 под действием которых открывается тиристорный ключ 9. Регулируемый ток увеличивается до поступления очередного импульса гашения. В дальнейшем работа схемы повторяется. Регулируемый ток I пульсируется от носительно некоторого среднего значения, не снижаясь 1шже тока уставки. Формирователь 16 блокировочных импул сов формирует импульсы напряжения U алительностью t , поц цействием которых открываются тратаисторы 3 и 14, которые шунтируют прохожцение импульсов напряже ния и и и на время действия импуль.са и . Импульсы напряжения U сдвинуты 2о относительно импульсов напряжения U на время t , причем /: 2 Таким образом, в системе исключается возможнос . недопустимо близкого расположения открывающах U -, и закрывающих U . импульсов напряжения,- благодаря чему повышается коммутационная устойчивость тиристорного ключа 9. Время t. равно максималь ному времени заряда илч перезаряда ком-мутирующего конденсатора тиристорного ключа 9. Для исключения срывов тиристорного ,ключа 9 в моменты изменения структуры импульсы от генератора 6 поступают на блок 12 изменения структуры в момент действия блокировочного импульса. Большинство элементов регулятора пред- ставляет собой широко известные импульс- ные устройства. Генератор 6 задающих импульсов представляет собой блокинг-генератор. Формирователь 5 задержанных импульсов и формирователь 16 блокировочных импульсов выполнены на ждуащх мультивибраторах. Блок 15 сравнения представляет собой диодно-регенецативный компаратор. Функциональная схема блока 10 инвер-, сии и временные диаграммы, поясняющие его работу, представлены соответственно на фиг. 3 и 4. Разнополярное напряжение U с частотЕюго датчика 17 тока якоря (см. фиг, 1), частота которого зависит от величины регулируемого тока J поступает одновременно на блок 10 и&ерсии и блок 15 сравнения. Блок 15 сравнения состоит из формирователя пилообразного напряжеНИИ и компаратора. Блок сравнения генерирует импульсы напряжения, когда регулируемый ток J становиться ниже тока К я} установки, блок сравнения прекращает генерацию выходных импульсов, и начинает раотать блок инверсии, который генерирует импульсы напряжения (J . Работа блока 10 инверсии по функциональой схеме (см, фиг. 3) и временным диаграммам (см. фиг, 4) осуществляется следующим образом. Напряжение U датчика 17 тока якоря поступает на инвертор 18 и дифференцирующую цепь 19. Напряжение U „ с дифференцирующей цепи 19 поступает на верхнее плечо триггера 20, а на нижнее плечо этого триггера поступает напряжение Uj- с блока сравнения. Триггер при наличии импульсов напряжения U- меняет свое устойчнвое состояние с част отой датчика тока якоря, Импульсь напр51жения U, л с тригге- ра 2 О и импульсы напряжения U , и инвертора 18 поступают на схему совпадения 21, выполненную на транзисторе 22, диоде 23 и резисторе 24. При наличии импульсов напряжения U „ с триггера 2О, т. е. при р 1о боте блока 15 сравнения, транзистор 22 находится в открытом состоянии, конденсатор 25 разряжен, блокинг-формирователь 26 не генерирует импульсы напряжения U. При исчезновении импульсов напряжения U С блока 15 сравнения триггер 20 устанавливается в одно из устойчивых положений, транзистор 22 закрывается на время полу- периодов напряжения U . -i конденсатор 25 заряжается от источника через резистор 27. Когда ншряжение I) на конденсаторе 25 1 о станет равным напряжению U пробоя стабилитрона 28, транзистор 29 открывается, и начинается блокинг-процесс. На выходе блока инверсии появляется импульс напряжения и .. Максимальная задержка между последним импульсом напряжения U блока сравнения с первым импульсом напряжения и. блока инверсии равна периоду импульсов напряжения U датчика тока якоря и д является незначительной ввиду высокой частоты выходного напряжения этого датчика. Функциональная схема блока 12 изменения структуры и временные диаграммы, поясняющие его работу, приведены соответт-. ственно на фиг. 5 и 6. Импульсы напряжения U и U с выЬ7ходов триггера 7 (см. фиг. 1), длительность которых равна соответственно времени включенного и выключенного состояний тиристорного ключа 9, поступают на базы транзисторов 30 и 31 интеграторов 32 и 33. Уровень напряжений U и U 1 /1о на выходах интеграторов 32 и 33 будет зависеть от длительности подаваемых импульсов напряжения U и U-,. При относительной продолжительности включения |j 0,5 (см. фиг. 6а) транзистор 30 интегратора 32 большее время периода находится в закрытом состоянии, поэтому конденсатор 34 заряжается до напряжения U. которое выше эталонного напряжения у о- Комп ратор 35 генерирует импульсы напряжения и ,-.. которые переводят командный триг- 1У гер 36 в одно из устойчивых состоянийI Под действием напряжения U командный триггер 36 Закрывает транзистор 37, I а под действием напряжения U „ откры веет транзистор 38. Импульсы напряжения I U-I от задающего генератора 6 (см. фиг. г. ; поступают на верхнее плечо исполнительног триггера 39, с выхода которого снимаются напряжения U и U . Напряжения U ,-. и иУо и„ поступают на базы транзисторов 1,2, 3,13,14 блока переключения 4 и переводят их в состояния, которые соответствуют работе схемы приХ 0,5. По мере увеличения относительной продолжительности включения У напряжение и .. 2 с выхода интегратора 32 уменьшается, а напряжение U с выхода интег ратора 33 возрастает. При ,5 на1фяжение J становится i ниже эталонного напряже- д. V ия 3, а напряжение / выше напряжения, Utii Компаратор 35 прекращает гене- рацию импульсов напряжения компаратор 40 начинает генерировать импульсы напряжения и„г, результате исполнительный триггер 39 изменяет свое устойчивое состояние, блок переключения изменяет структуру регулятора. Эталонные напряжения U -, и выбираются так, чтобы не было одновременного генерирования компараторов 35 и 40 tf следовательно, неопределенного состояния триггера 36. Предмет изобретения Устройство для релейного регулирования тока электродвигателя с постоянной частотой пере слючений, содержащее генератор задающих импульсов, подключенный к формирователйм задержанных и блокировочных импульсов, блок сравнения текущего и аацанного значений тока якоря, триггер, рыхоцы которого через усилители соединены с тиристорным ключом, отличающееся тем, что, с целью увеличения частоты переключений тиристорного ключа без нарушения ее постоянства, оно снабжено блоком инверсии, блоком изменения структуры и блоком переключения, причем блок переключения подключен к выходам формирователей блокировочных и задержанных импульсов, блока сравнения, блока инверсии, блока изменения структуры и через триггер - ко входу блока изменения структуры, к которому подсоединен вьпсоц генератора задающих импульсов.

,

Фив.г

.

L

ч

н

4i

Mb Ci

л

ч.

tT

t

QO

fcS

SO

40

to

IC с:Г

V

ч

i

« j

«

iCi

fcS

«o

41

«I