Устройство для управления двумя комплектами вентилей мостовых тиристорных преобразователей тока,включенных по встречно-параллельной схеме

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВУМЯ КОМПЛЕКТАМИ ВЕНТИЛЕЯ МОСТОВЫХ ТИРИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТОКА/ ВКЛЮЧЕННЫХ ПО ВСТРЕЧНО-ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СХЕМ работгиощих без уравнительного тока и находящихся в контуре регулирования скорости вращения .двигателя постоянного тока с подконтуром регулирования тока, который .имеет переключатель полярности для определения знака управляющего напряжения , отличающееся тем, что ключевой дискриминатор, входы которого предназначены для подключения двух опорных напряжений (+U,--U) и заданного значения тока () подключен к бистальному триггерному каскаду, выходы которого предназначены для подключения обоих вентильных комплектов, соединены с переключателем полярности и распределительным блоноц для запирания управлякшшх импульсов, выходы которого предназначены для соединения с вентильньми комплектами и подключены к формирователю синхроимпульсов, причем его выход соединен с бистабильньш триггерным каскадом, а его вход - с входным блоком, который по выходу связан со входом распределительного блока для запирания управляющих импульсов, другие входы которого подключены к выходам ключевого дискриминатора. 00 00 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН за Н 02 Р 5/16

I

f

ОПИСАНИЕ ИЭО6РЕТЕНИЯ

Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1(89) 138127 (21) 7770701/24-07 (2$) 25.07.79 (31) N P Н 02 М/206992 (32) 28.07.78 (33) ГДР (46) 15,05.83. Бюл. 9 18 (72) Франк Эммерлинг, Хеййц Грэф и Гунтер Виганд (ГДР) (71) ФЕБ Нумерик Карл Маркс (ГДР) (53) 621.316 ° 727(088.8) (54};(57) 1 ° УС1РОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВУМЯ KONIIJIEKTAMH ВЕКТИЛЕЯ МОСТОВЫХ THPMCTOPHHX ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕИ

TOKAY ВКВОЧЕННЫХ ПО BCTPE O-IIAPAJIЛЕЛЬКОЙ СХЕМЕ; работающих беэ уравнительного тока и находящихся в контуре регулирования скорости вращения ,двигателя постоянного тока с подконтуром регулирования тока, который .имеет переключатель полярности для

„„SU„„1 18 88 А определения знака управляющего напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что ключевой дискриминатор, входы которого предназначены для подключения двух опорных напряжений (+U -0) и заданного значения тока (Ээод), подключен к бистальному триггерному каскаду, выходы которого предназначены для подключения обоих вентильных комплектов, соединены с переключателем полярности и распределительным блоком для запирания управляющих импульсов, выходы которого предназначены для соединения с вентильными комплектами и подключены к формирователю синхроимпульсов, причем его выход соединен с бистабильным триг- Q герным каскадом, à его вход — с входным блоком, который по выходу связан со входом распределительного блока для эапирания управляющих импульсов, другие входы которого подключены к выходам ключевого дискриминатора.

Ъю

1018188

2. Устройство по и. 1, о т л и.- ч а ю щ е е с я тем, что ключевой дискриминатор выполнен в виде первого операционного усилителя, второго операционного усилителя и элемента

НЕ-И, причем выход элемента НЕ-И через первый генератор формирователя синхронмпульсов, первыц вход элемента НЕ-ИЛИ, второй вход которого подключен ко входному блоку, и через первый вход элемента ИЛИ, со вторым входом. которого через второй генератор соединен выход входного элемента, подключен на хронирующий вход 1, сое»» диненного по входу 7 с выходом первого операционного усилителя и нб входу К с выходом второго операционного усилителя бистабильного триггерного каскада, прямой и инверсный выходы (0 9)которого подключены к обоим вентильным комплектам, а.через вто рой и третий элементы НЕ ИЛИ, К другим входам которых подключены соот.— ветственно 3 -. и К -входы бистабильного триггерного каскада, через четвертый элемент ИЕ-ИЛИ, вход которо го через пятый:элемент НЕ- ИЛИ, входы которого .подключены к входному блоку и к элементу НН-И, и черЕэ элемент задержки - к распределительному

-1

Изобретение относится к. электротехнике и может применяться э устройствах регэлирования скорости вращения высокооборотных малоиидуктиэных двигателей постоянного тока в обоих направлениях.

B усуройствах регулирования скорости вращения двигателей постоянного тока. в обоих направлениях, построенных по схеме беэ уравнительного тока, питание двигателя осущест. вляется от сети переменного напряжения через два комплекта вентилей. (THpHcTopQB) преобразователя, включенных по встречно-параллельной или перекрестной схеме. При этом для реализации процесса регулирования необходимо подавать управляющие импульсы на адин из вентильных.комплектов, а вентильные комплекты должны переключаться в. течение как можно более короткого времени э зависимости от направления моментов. Эти процессы переключения вентильных комплектов управляются специальной схемой в устройстве регулирования. Ðeшение этой задачи э форме логического устройства известно из РТ-РБ20, 42107, Н 02 in 7/20 для реверсивнык преобразователей без уравнительного тока, в частности построенных по встречно-параллельной cxeW. Логиблоку для запирания управляющих импульсов, а на прямой выход бистабильного триггерного каскада подключен переключатель полярности.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и-ч а ю щ е е с я тем, что отрицательный вход первого операционного усилителя предназначен для подключения положительного опорного напряжения (+0), положительный вход вто.: рого операционного усилителя пред:назначен для подключения отрицательного опорного напряжения (-О), а остальные входы - здданного значения тока (Эзра ) .

4. Устройство по нп. 1-3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что операционнйе усилители работают в режиме пе. реключения с гистерезисом.

5. Устройство по цп. 1-4, о т л ич а ю щ е е с я .тем, что входной блок выполнен в виде элемента ИЛИ, входы которого предназначены для подачи сигналов длительности прохождения тока и управляющих импульсов.

6. Устройство по пп . 1-5, о тл и ч а ю щ е.е с я тем, что бистабильный триггерный каскад выполнен э виде 3< -триггера.

3 ческое переключазощее устройство сос.тоит э основном из .пяти эзаимодей1

; ствующих операционных усилителей.

На вход nepsaro операционного усили5 теля подается заданное значение тока, и в зависимости от величины фактического тока, который действует через второй операционный усилитель на ключевой транзистор, первый опе>0 рациониый .усилитель переключается .либо в режим накопителя, либо э режим компаратора. Полярность сигнала на выходе первого операционного усилителя определяет,. на-какой:из вен15 тильных комплектов, подключенных к первому иэ операционных усилителей через третий и четвертый операционные усилители, подаются управляющие импульсы. Из двух сигналов на выходе..

20 третьего и четвертого операционных усилителей формируется, -кроме того, сигнал для запирания и бтпирания ре-. гулятора тока. К тому же сигнал заданного тока и выходной сигнал пер2> ного операционного усилителя через ключевые транзисторы поступают на входы пятого оиерационного усилителя, который вырабатывает сигнал с неизменным знаком, подаваемый на ре

39 гулятор тока э качестве заданного значения

1018188

Недостатком такого логического переключающего устройства является нечувствительность к малым .заданным значениям торка,так как для исключения сбоев за счет высших гармоник первый операционный усилитель должен работать с одределенным гистереэисом.

Таким образом для такого логического переключающего устройства возникает эона нечувствительности, в которой переключения регулятора тока не происходят. Кроме того, переключение осуществляется тЬлько в функции знака заданного значения тока, т.е. величина зоны нечувствительности не определяется. При фактическом .значе- 15 нии тока, равном О, и llpH одновременном запирании обоих вентильных комплектов неббхОдимо блокировать также с помощью дополнительного сигнапа регулятор тока, чтобы исключить И пики тока вследствие интерполяции регулятора тока.

Цель изобретения - повышение надежности работы обоих вентильных комплектов мостового преобразователя с одновременным повышением эффективности устройства управления, снижением апнаратурных затрат и обеспечением; применения преобразователей для более широкого класса приводов с двигателями постоянного тока. .Эадачей изобретения является соз- . дание устройства для управления, обеспечивающего работу двух комплектов .вентилей. мостовых тиристорных преобразователей тока с исключением З5 уравнительного тока без добавочных интервалов нечувствительности при восприятии заданного значения тока и обладающей хорошей динамической характеристикой при малых скоростях 40 ( вращения, а также высокой предельной

1частотой в этой области.

Поставленная цель достигается тем, что кточевой дискриминатор, входы которого предназначены для подключения двух опорных напряжений и заданного значения тока, подключен к бистабнльному триггерному каскаду и формирователю сннхроимпульсов. Выходы бистабильного триггерного каскада непосредственно н через распределительное устройство:. для запирания управляющих импульсов соединены с обоими вентильными комплектами и с переключателем полярности, в то время как выход формирователя синхроимпульссв подключен к бистабильному триггерному каскаду. Вход формирователя синхроимпульсов связан с входным .блоком, выход которого подключен на вход распределительного 60 блока для запирания управляющих импульсов. Другие входы распределительного блока для эапирания управляющих импульсов соединены с выходами ключевого дискриминатора, состоящего 65 (предпочтительно из двух операционных усилителей. При этом на один вход первого и на один вход второго операционных усилителей включен регу « лятор числа оборотов, а остальные входы соединены с блоком, вырабатывающим положительное и отрицательно опорные напряжения. Выходы обоих операционных усилителей, работающих в режиме переключения с гистерезисом, включены на вход элемента НЕ-И.

Предпочтительно строить формировагель синхроимпульсов на двух генераторах, вырабатывающих синхроимпульсы, причем первый генератор соединен по входу с элементом НЕ-И ключевого дискриминатора и через первый элемент

НЕ-ИЛИ, второй вход которого связан с входным блоком, состоящим -из логических элементов, и через первый вход элемента ИЛИ второй вход которого через второй генератор связан с выходом входного блока, включен на хронирующий вход бистабильного триггерного каскада.

Кроме того, выходы первого и второго операционных усилителей соединены с J-входом и соответственно

К-входом бистабильиого триггерного каскада.

На прямой и инверсный выходы бистабильного триггерного каскада подключены оба вентнльных комплекта, а также второй и третий элементы НЕ-ИЛИ для сравнения сигналов на 3-входе и прямом выходе и соответственно íà k -входе и инверсном выходе.

Для логической связй выходных сигналов второго и третьего элементов

НЕ-ИЛИ и сигнала, поступающего с выхода элемента gE И через связанное с входным блоком элемент HE-ИЛИ,служит четвертый элемент НЕ-ИЛИ, на выход которого через элемент задержки подключен распределительный блок для эапирания импульсов. Управление переключателем полярности осуществляется по выходу бистабильного триггерного каскада.

На фнг.1 показана функциональная схема устройства управления для двух вентнльных комплектов преобразователя тока; на фиг.2 — блок-схема от-. дельных узлов устройства управления и связи между ними; на фиг. 3 и 4 временные диаграммы сигналов в устройстве управления.

Для пояснения работы системы на фиг.1 представлены ее основные узлы.

Ключевой дискриминатор 1, на входы которого подаются положительное и отрицательное опорные напряжения +О; и заданное значение тока Э«о,у, соединен с бистабильным триггерным каскадом 2, связанным в, свою очередь с переключателем полярности 3, двуMR Bt HTé úH комплектами 4 и 5 и

1018188 распределительным блоком б для запи- рання импульсов, на выход которого включены оба вентнльных комплекта.

Кроме того,бключевой дискриминатор 1 подключен к формирователю синхроимпульсон 7 и непосредственно к распре" делительному блоку для запирания импульсов. Выход формирователя синхроимпульсов 7, к которому подключен входной блок 8, связанный с распределительным блоком б для ванирания импульсов, соединен с бистабильным триггерным каскадом 2.

Ключевой дискриминатср 1 (фиг.2) состоит из двух операционных усилителей 9 и 10 и элемента НЕ- И 11, причем отрицательный вход первого операционного усилителя 9 образует первый вход, положительный вход второго операцйонного усилителя 10 второй вход, а связанный с отрицательным входом вторсй о операционного усилителя 9 - третий вход ключевого дискриминатора 1.

Выход элемента НЕ-И 11 через пер-. вый генератор 12, формирователь синхроимпульсов 7 и первый элемент

НЕ-ИЛИ 13 соединен с первым элементом ИЛИ 14, на второй вход которого подключен второй генератор 15. На вход этого генератора 15 и на другой вход IIetаого элемента HE-ИЛИ 13 включен мторойээлемент ИЛИ 16 входного блока 8.

Выход первого элемента ИЛИ 14 связан с хронирующим Т-входом триггера .

17, играющего роль бистабильного триггерного каскада 2, прямой выход которого 9 подключен к переключателю полярности 3 и к первому комплекту вентилей, а его инверсный выход

-к второму комплекту вентилей 5. Х выходам Q, 3 триггера 17 подключены входы второго и третьего элементов

HE-ИЛИ 18 и 19, остальные входы которых соединены с выходами операционных усилителей 9 и 10 ° Кроме того, выход первого операционного усилителя 9 включен на Э- Вход триггера 17, а выход второго операционного усилителя 10 — на К-вход.

На четвертый элемент НЕ-ИЛИ 20 подключены выходы второго и третьего элементов НЕ-ИЛИ 18. и 19., а через пятый элемент НЕ-ИЛИ 21, который по входу связан со вторым элементом

ИЛИ 16, выход элемента НЕ-И 11. Выход четвертого элемента НЕ-ИЛИ 20 через элемент задержки 22 соединен с распределительным блоком б для эа пнрання импульсов.

На фиг.3 представлены временные диаграммы основных сигналов на входах и выходах отдельных устройств системы управления для выбранного интервала времени, где приняты следующие обозначения: д . - временная диаграмма заданМО ного тока на входе ключевого дискриминатора 1I

А,A - выходные сигналы операцион ных усилителей 9 и 10;

5 A - выходной сигнал элемента и

НЕ-И 1 1;

A - диаграмма управляющих им° 2 пульсов на первом входе входного блока 8

10 А - сигнал длительности протекания тока на втором входе входного блока 8;

A „ - выходной сигнал входного

Вьп 8 блока 8, 15 A - выходной сигнал второго генератора;

A — выходной сигнал первого а элемента НЕ-ИЛИ 13;

A 4 - выходной сигнал первого элемента ИЛИ 14;

A, A — выходные с и гн алы A -, A— триггера 17; р ч

А,A„, А<«А 2 — выходные сигна l8 лы второго, третьего, пя25 того и четвертого элементов НЕ-ИЛИ 18-20;

A - выходной сигнал элемента задержки времени 22;

3 — ток в двигателе постоянного тока.

Устройство управления работает следующим образом.

В результате сравнения фактического и заданного числа оборотов в регуляторе числа оборотов формируется

Ç5 заданное значение тока 39<щ для регулятора тока в подконтуре регулирования тока.

Это заданное значение тока является величиной, пропорциональной

40 по величине и направлению требуемому моменту, и тем самым определяет выбор вентильного комплекта 4 и 5. При малом значении 39пд вследствие незначительной постоянной времени якоря двигателя постоянного тока ток в

Ф вигателе ЭдЭ всегда прерывистый, утем сравнения заданного ао у и фактического 3ф значений тока в регуляторе тока формируется рассогласование, а на выходе регулятора тока появляется управляющее напряжение для устройства управления обоими вентильными комплектами 4 и 5. Для определения полярности заданного значения тока Л пд предназначены операционные усилители 9 и 10, обраэующие вместе .с элементом НЕ-И 11 ключевой дискри.минатор 1.

Предпочтительным является перек60 лючение операционных усилителей 9 и

10 с небольшим гистерезисом, чтобы . исключить непрерывное опрокидывание при незначительных изменениях заданного значения тока в процессе регу65 лирован"я

1018188

Если величин а зада но го ток à 3gpg меньше опорных напряжений +0, -Ю, то выходным сигналом обоих операционных усилителей 9 и 10 является сигнал Ь . Если положительное заданное значение тока Л3рд больше опорного напряжения (по величине) U то на выходе первого операционного усилителя 9 появляется сигнал 4 а на выходе второго операционного усилителя 0 - потенциал. Если отрицательное значение -1 больше по величине опорного напряжения U, то соотношение потенциалов на выходах операционных усилителей обратное.

Выходные сигналы А> и A обоих операционных усилителей 9 и 10 по« даются на 3 и К-входы триггера 17 и пропускаются на прямой и инверсный входы 9, g при появлении синхроимпульса на Т-входе. Если íà J- и . 20

К-входы подается одинаковый потен- . циал L то триггер 17 работает как делитель частоты, т.е. при каждом сиМхроимпульсе на входе Т переключаются выходы 6,Ц. Синхроимпульсы А,.< 25 и А для триггера 17 вырабатываются двумя генераторами 12 и 15 в формирователе синхроимпульсов 7. Первый генератор 12 выдает синхроимпульс

А <, если один иэ операционных усили-.3р телей 9, 10 меняет выходной сигнал

А,- А,,р . Эти.синхроимпульсы А„ по» даются на первый элемент НЕ-ИЛИ 13 и пропускаются только в том случае, если со второго элемента ИЛИ 16 не поступает сигнал длительности протекания тока A >> gg или управляющий импульс A qg . Второй генератор 15 выдает -синхроимпульсы A только в том случае, если с элемента ИЛИ 16 сигнализируется нулевое значение то- 4О ка или конец управляющего импульса.

В первом элементе ИЛИ 14 выходные сигналы А<3 и А<< первого элемента .НЕ-ИЛИ 13 и второго генератора 15 суммируются и подаются на хронирую- 45 щий Т-вход триггера 17. Второй н .третий элементы НЕ-ИЛИ 18 и 19 служат для сравнения сигналов А, Ац на

3-входе и на прямом выходе Q а также на К входе и на инверсном выходе .5р

Q триггера 17. Если на 3 и К-входы подается потенциал Ь при )33рд с IO либо потенциалы на 3-входе и выходе

Q или на К-входе и на выходе ц различны, то с выхода второго и третьего элементов HE-ИЛИ 18 и 19 выдается потенциал Н.

На выходе четвертого элемента ,НЕ-ИЛИ 20 появляется потенциал 4 при 1 3ор 1. j тогда когда существуют сйгнал длительности протекания тока или управляющий импульс, либо при изменении полярности 03од при условии (73oð J 0 1 при наличии сигнала длительности протекания тока Аз В во входном блоке 8. Подача управ- 65 ляющих импульсов прекращается. Элемент задержки 22 учитывает время восстановления тнрМсторов в . ентильных комплексах 4 и 5 после прохождения тока.

Если теперь величина 33ОД оказывается ниже величины опорного напряжения U то на 3- и К-входы триггера 17 всегда подается потенциал 1, .

Через выходы 8,. 6 триггера 17 отпирается один из комплектов вентилей 4 и 5,- и переключатель полярности 3 для управляющего напряжения устанавливается так, что управляющий импульс вызывает прохождение тока.

Затем через элемент задержки 22 вводится запирание импульсов для абоих вентильных комплектов 4 и 5 и ток падает до нуля. Теперь второй генератор 15 на хронирующий T-вход триггера 17 падает импульс А<2 и триггер 17 опрокидывается. За счет этого выбирается другой вентильный комплект 4, 5, а переключатель полярности также переключается..По истечении времени задержки элемента 22 импульсы отпираются, и управляющий импульс вызывает прохождение тока в другом вентильном комплекте. Таким образом, в области малых значений 33вд достигается заданное значение тока подобно тому, как это происходит в схеме с уравнительным током, и обеспечивается .непрерывное управление двигателем постоянного тока.

Если заданное значение тока 23о<у по величине превышает опорное "напряжение, то на 3- и, К-входы триггера 17 с операционных усилителей 9 и 10 подаются различные потенциалы в соответствИи с пблЯРНостью33о У °

Если операщюнные усилители 9 и.

10 переключаются согласно полярности

33од, то в первом генераторе 12 вырабатывается импульс A, . При нулевом значении тока этот импульс A поступает на хронирующий Т-вход триггера н переключает его в зависимости от сигналов на 3- н K-входах, а также от выбранного вентильного комплекта 4,5 °

При протекании тока после переключения операционного усилителя 9 или

10 через второй, третий и четвертый элементы НЕ-ИЛИ 18-20 немедленно обеспечивается запирание импульсов для обоих комплектов вентилей 4 и 5, а сФормированный в результате переключення импульс АА генератора 12 за" пирается первым элементом НЕ-ИЛИ 13.

После спадания тока до .нуля второй генератор поступает на хроннрующий вход триггера 17 и переключает его в соответствии с сигналом на предварительно выбранном 3-, К-входе.

После истечения .времени задержки элемента 22 импульсы отпираются, и ток может протекать через вентиль1018188

"6 ные комплекты 4 и 5, В области, где заданный ток Эзра по величине больше опорного напряжения О, работает один из вентильных комплектов. В области прерывистого тока, хотя во втором генераторе 15 всегда вырабатывается импульс нулевого тока, который подается на хронирующий Т-вход триггера 17, однако это не приводит к пе. реключению без изменения полярности на входах 3 К-триггера, что обт,ясняется принципом работы 3, К-триггеров.

Таким образом, устройство управле ния в сочетании с регулятором не приводит к возникновению добавочных интервалов нечувствительности при реверсировании двигателя и при использовании малоиндуктивных двигателей постоянного тока обеспечивает быстродействующие варианты приводов.

Признано и эобретением по ре зультатам экспертизы, осуществленной Ведомством по изобретательству Германской Демократической Республики.

-1О18188

Составитель

"Гехред ИТепер!

Редактор Т. Веселова корректор Е. Рошко яакая 3557/51 Тираи б87 . Подписláoo.ВНИИПИ Государственного комитета СССР: по делам изобретений и открытий .

113035, Москва, й-35, Раушская-наб., д. 4/5

Ф ЮВ

Филиал ППН Патент ., г. Ултород, уа. 13юектная, 4