Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей /его варианты/

 

1. Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей, содержащий датчик наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующий элементы, выходы которых связаны с входом сумматора, генератор, связанный через ключевой элемент со счетчиком, и формирователь импульсов, к первому входу которого, объединенному с вторым входом ключевого элемента, подключен выход датчика наличия тока, а выход формирователя связан со счетчиком , отличающийся тем, что, с целью повышения качества регулирования , дополнительно введены цифроаналоговьй преобразователь, цифровой вычитатель, элемент памяти, RSтриггер режима непрерывных токов и регистр, причем входы регистра объединены с выходами счетчика, а выходы с первыми входами цифрового вычитателя , вторые входы которого, объединенные с информационными входами счетчика , соединены с выходами элемента памяти , выходы цифрового вычитатеяя соединены с информационными входами дифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом сумматора, выход переполнения счетчика соединен с R-входом RS-триггера режима непрерывных токов, S-вход которого объединен с выходом датчика наличия тока, а выход - с третьим входом ключевого элемента и с вторым входом формирователя импульсов, первый выход которого соединен с входом сброса счетчика, второй выход - с входом записи регистра , а третий - с входом записи счетчика . 2.Регулятор по п. 1, отлича-§ ю щ и и с я тем, что дополнительно введены логический инвертор, второй fi ключевой элемент, второй счетчик и дополнительный RS-триггер, выход которого , объединенный с третьим входом ключевого элемента, подключен к третьему входу формирователя импульсов, S-вход, объединенный с входом второго ключевого элемента и входом сброса счетчика, соединен через логический инвертор с выходом датчика наличия тока, R-вход подключен к выходу переполнения второго счетчика, счетный суммирующий вход которого соединен через второй ключевой элемент с генератором . 3.Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей, содержащий датчик наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующие элементы, выходы которого связаны с входом сумматора, генератор, связанный через ключевой элемент со счетчиком, и формирователь импульсов, к первому входу которого, объединен

СО103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,80„„1104629

3(5D H 02 P 5 06

ЯРА:"дт1Д11 q q

13, „.,„.;, . 13) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

БИБЛНОП:КА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3572594/24-07 (22) 06.04.83 (46) 23.07.84. Бюл. В 27 (72) Л.H. Рассудов, В.H. Соколов и С.П. Ковалев (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина) (53) 621.316.718.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

t 483753, кл. Н 02 P 5/12, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

898581, кл. Н 02 P 5/12, 1978. (54) АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР ДЛЯ УПРАВ ЛЯЕМЫХ ВЕНТИЛЬНЫХ ПРГОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1. Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей, содержащий датчик наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующий элементы, выходы которых связаны с входом сумматора, генератор, связанный через ключевой элемент со счетчиком, и формирователь импульсов, к первому входу которого, объединенному с вторым входом ключевого элемента, подключен выход датчика наличия тока, а выход формирователя связан со счетчиком, отличающийся тем, что, с целью повышения качества регулирования, дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь, цифровой вычитатель, элемент памяти, RSтриггер режима непрерывных токов и регистр, причем входы регистра объединены с выходами счетчика, а выходы— с первыми входами цифрового вычитателя, вторые входы которого, объединенные с информационными входами счетчика, соединены с выходами элеменга памяти, выходы цифрового вычитателя соединены с информационными входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом сумматора, выход переполнения счетчика соединен с R-входом RS-триггера режима непре! рывных токов, S-вход которого объединен с выходом датчика наличия тока, а выход — с третьим входом ключевого элемента и с вторым входом формирователя импульсов, первый выход которого соединен с входом сброса счетчика, второй выход — с входом записи регистра, а третий — с входом записи счетчика.

2. Регулятор по п. 1, о т л и ч а- 9

С2 ю шийся тем, что дополнительно введены логический инвертор, второй ключевой элемент, второй счетчик и ( дополнительный RS-триггер, выход которого, объединенный с третьим входом Я ключевого элемента, подключен к треть ему входу формирователя импульсов, 1 Ieaal

S-вход, объединенный с входом второго ключевого элемента и входом сброса счетчика, соединен через логический инвертор с выходом датчика наличия СВ тока, R-вход подключен к выходу переполнения второго счетчика, счетный суммирующий вход которого соединен через второй ключевой элемент с генератором.

3. Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей, фр, содержащий датчик наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующие элементы, выходы которого связаны с входом сумматора, генератор, связанный через ключевой элемент со счетчиком, и формирователь импульсов, к первому входу которого, объединен1104 ному с вторым входом ключевого элемента, подключен выход датчика нзличия тока, а выход формирователя связан со счетчиком, отличающийся тем, что, с целью повышения качества регулирования путем линеаризации внешней характеристики вентильного преобразователя, дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь, элеt мент памяти, RS-триггер режима непрерывных токов и регистр, а счетчик выполнен реверсивным, причем выход ключевого элемента подключен к счетному вычитающему входу счетчика, чьи информационные входы объединены с выходами элемента памяти, а вход записи счетчика — с первым выходом формирователя импульсов, выходы счетчика соединены с входами регистра, выходы которого соединены с информационными входами цифроаналогового преобразователя, чей выход соединен с входом сумматора, выход переполнения счетчика соединен с К-входом триггера режима непрерывных токов, 629

S-вход которого объединен с выходом датчика наличия тока, а выход— с третьим входом ключевого элемента и с вторым входом формирователя импульсов, второй выход которого соединен с входом записи регистра, а третий — с входом сброса счетчика.

4. Регулятор по п. 2, о т л ич а ю шийся тем, что дополнительно введены логический инвертор, второй ключевой элемент, второй счет1 чик и дополнительный RS-триггер, выход которого, объединенный с третьим входом ключевого элемента, подключен к третьему входу формирователя импуль( сов, S-вход, объединенный с входом второго ключевого элемента и входом сброса счетчика, соединен через логический инвертор с выходом датчика наличия тока, R-вход подключен к выходу переполнения второго счетчика, счетный суммирующий вход которого соединен через второй ключевой элемент с генератором.

Изобретение относится к электротехнике и может быть. использовано в системах автоматизированного вентильного электропривода постоянного тока с широким диапазоном регулирова- 5 ния скорости.

Известен адаптивный ПИ-регулятор для управляемых выпрямителей, содержащий операционный усилитель, RS-цепь обратной связи, датчик ЭДС нагрузки выпрямителя, резисторы и нелинейное сопротивление (1 3.

Однако этот регулятор не обеспечивает линеаризацию внешней характеристики преобразователя, так как в ней не обеспечивается изменение величины гранично-непрерывного тока в зависимости от заданного угла открывания вентилей (напряжение пробоя стабилитронов постоянно) и, кроме того, выб- 20 ранная нелинейность не соответствует всему диапазону углов управления.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей, содержащий датчик наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующие элементы, выходы которых связаны с входом сумматора, генератор, связанный через ключевой элемент со счетчиком, и формирователь импульсов, к первому входу которого, объединенному с вторым входом ключевого элемента, подключен выход датчика наличия тока, а выход формирователя связан со счетчиком (2 3.

Однако известный регулятор не обеспечивает равноценных процессов регулирования в обоих режимах, так как коррекция коэффициента передачи по каналу обратной связи производится только на время отсутствия тока нагрузки, когда и так канал обратной связи по току разомкнут (ток равен нулю), а при появлении прерывистого тока настройка регулятора соответствует оптимальной для режима непрерывного тока, так как входы про3 11046 порционального и интегрального регулирующих элементов отключены блоками. коммутации. Регулятор имеет и другой недостаток, заключающийся в наличии переключений, которые неизбежно ведут к повышению уровня помех в канале регулирования. Кроме того, так как при нулевом сигнале задания для выбора настройки регулятора необходим ток нагрузки, вентильный преобра- 10 зователь в этом случае работает в режиме прерь)вистых токов с периодическим переключением комплектов силовых вентилей. При этом в цепи нагрузки протекает переменный прерывистый ток, 15 создавая дополнительные потери.

Целью изобретения является повышение качества регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что в адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей по первому варианту, содержащий датчик наличия тока, интегральный и про- 5 порциональный регулирующие элементы, выходы которых связаны с входом сумматора, генератор, связанный через ключевой элемент со счетчиком, и формирователь импульсов, к первому входу

30 которого, объединенному с вторым входом ключевого элемента, подключен выход датчика наличия тока, а выход формирователя связан со счетчиком, дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь, цифровой вычитатель,З5 элемент памяти, RS — триггер режима непрерывных токов и регистр, причем входы регистра объединены с выходами счетчика,а выход — с первыми входами цифрового вычитателя, вторые входы

40 которого, объединенные с информационными входами счетчика, соединены с выходами элемента памяти, входы цифрового вычитателя соединены с информационными входами цифроаналогового

45 преобразователя, выход которого соединен с входом сумматора, выход переполнения счетчика соединен с К-вхоГ дом RS-триггера режима непрерывных

f токов, S-вход которого объединен с выходом датчика наличия тока, а выход — с третьим входом ключевого элемента и с вторым входом формирователя импульсов, первый выход которого соединен с входом сброса счетчика, второй выход — с входом записи регистра, а третий — с входом записи счетчика.

29 4

Кроме того, в адаптивный регулятор дополнительно введены логический интвертор, второй ключевой элемент, второй счетчик и дополнительный

RS-триггер, выход которого, объединенный с третьим входом ключевого элемента, подключен к третьему входу формирователя импульсов, -вход, объединенный с входом второго ключевого элемента и входом сброса счетчика, соединен через логический инвертор с вьиодом датчика наличия тока, R-вход подключен к выходу переполнения второго счетчика, счетный суммирующий вход которого соединен через второй ключевой элемент с генератором.Поставленная цель достигается тем, что в адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей по второму варианту, содержащий датчик наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующие элементы, выходы которого связаны с входом сумматора, генератор, связанный через ключевой элемент со счетчиком, и формирователь импульсов, к первому входу которого, объединенному с вторым входом ключевого элемента, подключен выход датчика наличия тока, а выход формирователя связан со счетчиком, дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь, I элемент памяти, RS-триггер режима непрерывных токов и регистр, а счетчик выполнен реверсивным, причем выход ключевого элемента подключен к счетному вычитающему входу счетчика, чьи информационные входы объединены с выходами элементов памяти, а вход записи счетчика — с первым выходом формирователя импульсов, выходы счетчика соединены с входами регистра, выходы которого соединены с информа ционными входами цифроаналогового преобразователя, чей выход соединен с входом сумматора, выход переполнения счетчика соединен с R Bõoäoì триггера режима непрерывных токов, S-вход которого объединен с выходом датчика наличия тока, а выход — с третьим входом ключевого элемента и с вторым входом формирователя импульсов, второй выход которого соединен с входом записи регистра, а третий — с входом сброса счетчика.

Кроме того, в адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей дополнительно введены

1104629 логический инвертор, второй ключевой элемент, второй счетчик и дополнитель( ный RS-триггер, выход которого, объединенный с третьим входом ключевого элемента, подключен к третьему входу 5 формирователя импульсов, S-вход, объФ единенный с входом второго ключевого элемента и входом сброса счетчика„ соединен через логический инвертор с выходом датчика наличня тока, R-вход подключен к выходу переполнения второго счетчика, счетный суммирующий вход которого соединен через второй ключевой элемент с генератором.

10

На фиг. 1 изображена структурная схема первого варианта адаптивного регулятора; на фиг. 2 — структурная схема второго варианта адаптивного регулятора; на фиг. 3 — временная диаграмма работы устройства (цифры обозначают элемент, на выходе которого существует данный сигнал).

Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей по первому варианту (фиг. 1) содержит датчик 1 наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующие элементы 2 и 3, выходы которых связаны с входом сумматора 4, генератор 5, связанный через ключевой элемент 6 со счетчиком 7, и формирователь 8 импульсов, к первому входу которого, объединенному с вторым входом ключевого элемента 6, подключен выход датчика 1 наличия тока, а выход фор35, мирователя 8 связан со счетчиком 7, кроме того адаптивный регулятор со1 держит цифроаналоговый преобразователь 9, цифровой вычитатель 10, эле( мент 11 памяти, RS-триггер 12 режима непрерывных токов и регистр 13, причем входы регистра 13 объединены с выходами счетчика 7, а выход — с первыми входами цифрового вычитателя 10, 45 вторые входы которого, объединенные с информационными входами счетчика 7, соединены с выходами элемента 11 памяти, выходы цифрового вычитателя 10 соединены с информационными входами цифроаналогового преобразователя 9, выход которого соединен с входом сумматора 4, выход переполнения счетчика 7 соединен с R-входо(t

RS-триггера 12 режима непрерывных токов, S-вход которого объединен

55 с выходом датчика 1 наличия тока, а выход — с третьим входом ключевого элемента 6. и с вторым входом форми- рователя 8 импульсов, первый выход которого соединен с входом сброса счетчика 7, второй выход — с входом записи регистра 13, а третий— с входом счетчика 7.

13 адаптивном регуляторе по второму варианту (фиг. 2) отсутствует цифровой вычитатель 10, выходы регистра 13 соединены с информационными входами цифроаналогового преобразователя 9, а информационные входы счетчика 7 объединены с выходами элемента 11 памяти. Адаптивный регулятор содержит также логический инвертор 14, второй ключевой элемент 15, второй счетчик l6 и дополнительный RS-триггер 17, выход которого, объединенный с третьим входом ключевого элемента 15, подключен к третьему входу формирователя 8

t импульсов, S-вход, объединенный с входом второго ключевого элемента 15 и входом сброса счетчика 16, соединен через логический инвертор 14 с выходом датчика 1 наличия тока, R-вход подключен к выходу переполнения второго счетчика 16, счетный суммирующий вход которого соединен через второй ключевой элемент 15 с генератором 5.

Устройство работает следующим образом.

Оба варианта адаптивного регулятора для управляемых вентильных преобразователей осуществляют линеаризацию внешней характеристики преобразователя путем коррекции заданного угла открывания вентилей.

При непрерывном токе выражение для ЭДС на выходе преобразователя имеет вид

Н(2+((/(((+а

Е 2Т Е»«

ЭДС преобразователя при угле управления с = 0;

Еф — амплитудное значение фазного напряжения питания; — число фаз преобразователя; и — круговая частота питающего напряжения.

В режиме прерывистого тока угловая длительность ((тока меньше .2((на

m величину,и . ЭДС на выходе преобразователя, выраженная в функции длительности (1, определяется выражением

= Š— 1п — со& — + о - — „ д фм 2 12

1104629 8 ков выбирается равной коду числа пни принятой дискретности управления

I (2 h,1) и И

0 + — (41 20

ln/Ji sin 7/m

2/h sin Л/2 получим

7 й

6= — — — =— в 2 2

Необходимо, чтобы в результате коррекции ЭДС на выходе преобразователя в режиме прерывистых токов сохранила величину, которую она имела при непрерывном токе. Определим, на какую величину Ь необходимо изменить угол о, чтобы ЭДС сохранила значение (1).

2 . cos й+(/.- — +д =Е = gin — сОэ(, и й

Из (3) получаем — Яп 1i/ соэ

Ь=агс сов

У вЂ” эп М/2

Л

Приняв в первом приближении

Причем максимальная погрешность приближения (5) при и -- 0 и m = 3 не превышает 0 173, а при m = 6 равна

0 045. Таким образом, для линеаризации внешней характеристики вентильного преобразователя необходимо заданный угол управления o(, скорректировать на величину й=Цм-—

jl

Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей по первому варианту работает следующим образом.

В режиме прерывистых токов при появлении тока в цепи нагрузки на выходе датчика 1 наличия тока появляется единичный сигнал (фиг. 3), который разрешает заполнение счетчика 7 импульсами генератора 5, и в момент достижения током нулевого состояния в счетчике 7 формируется код, пропорциональный половине длительности протекания тока i1/2, так как частота импульсов генератора 5 выбирается такой, чтобы за период в счетчике 7 сформировался код числа й(2, а емкость обоих счетчигде п - разрядность счетчика.

По перепаду сигнала датчика 1 наличия тока иэ единичного в нулевое состояние формирователь 8 импульсов формирует импульс записи на выходе

А в регистр 13 числа, находящегося в счетчике 7, и импульс сброса на выходе В счетчика 7. На выходе цифрового вычитателя10 формируется код числа — — так как Hà его

1 я я Т

t входы подается код числа — из элеМ

hl мента 11 памяти и код числа — иэ и

2 регистра 13. Полученный код числа

t — " ) преобразуется в цифро2 аналоговом преобразователе 9 в анало25 говый сигнал, пропорциональный Л который суммируется в сумматоре 4 с управляющим напряжением, соответствующим заданному углу открывания вентилей, формируемым на пропорциональном 3 и интегральном 2 регулирующих элементах. На следующем интервале вентильности устройство работает аналогично описанному выше.

При переходе в режим непрерывного тока длительность протекания тока больше —, поэтому на выходе счет2я чика 7, заполняемого импульсами генератора 5 через ключевой элемент 6, появляется импульс переполнения (фиг. 3), который устанавливает на выходе триггера 12 режима непрерывного тока нулевой сигнал, запрещающий прохождение импульсов через ключевой элемент 6 и определяющий появление на выходе с формирователя 8 импульса, поступающего на вход записи в счетчик 7 кода числа -"-, находящегося в элементе 11 памяти, и на втором выходе А импульса записи в регистр 13 кода числа — из счетчика 7.

Т( П

На выходе цифрового вычитателя 10 и соответственно на выходе цифроаналогового преобразователя 9 устанавливается нулевой сигнал, и угол открывания вентилей определяется заданным значением К . При возврате в режим проводимости, чему соответствует изменение сигнала на выходе датчика 1 наличия тока на логический "0", в счетчике 7 формируется число — — — — .По перепаду- сигнала \ го датчика 1 наличия тока из единичного

9 11046 прерывистых токов триггер 12 режима непрерывного тока устанавливается в единичное состояние нулевым сигналом дат ика 1 наличия тока.

Второй счетчик 16 служит для определения момента, когда бестоковая пауза больше что возможно при

2У в нулевом задании. В этом случае на выходе переполнения второго счетчика

16, заполняемого импульсами генера- 1О тора 5 через второй ключевой элемент

15, появляется импульс, устанавливающий на выходе дополнительного триггера 17 нулевой сигнал, запрещающий прохождение импульсов генератора 5 через второй ключевой элемент 15. По перепаду иэ единичного в нулевое состояние сигнала на выходе дополнительного триггера 17 на выходе В формирователя 8 импульсов появляется импульс, поступающий на вход сброса счетчика 7, а на выходе A — импульс записи в регистр 15 числа "0", находящегося в счетчике. На выходе цифро г 25 вого вычитателя 10 формируется код а" д который преобразуется цифроаналоговым преобразователем 9 в аналоговый сигнал, суммируемый в сумматоре 4 с заданным значением oL. При появлении тока дополнительный триггер 17 устанавпивается в единичное состояние сигналом, поступающим с выхода логического инвертора 14. В режиме прерывистых токов по окончании бестоковой паузы счетчик 16 обнуляется сигналом с выхода логического инвертора 14.

Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей по второму варианту работает следующим 40 образом.

В режиме прерывистых токов при появлении тока и цепи нагрузки на выходе датчика 1 наличия тока появляется единичный сигнал (фиг. 3), 45 который разрешает поступление импульсов генератора 5 через ключевой элемент 6 на вычитающий вход счетчика 7, в который предварительно быпо записа50 но число †. По окончании интервала из счетчика 7 считывается записанное

J число —,— и при поступлении следующего импульса генератора 5 на выходе переполнения счетчика 7 появляется импульс, который устанавливает на выходе триггера 12 режима непрерывного тока нулевой сигнал, запрещаюший прохождение импульсов генератора,5 через ключевой элемент 6 и определяющий появление на выходе В фор-. мирователя 8 импульсов, поступающего на вход сброса счетчика 7, и на выходе А формирователя 8 импульсов импульса, поступающего на вход записи регистра 13 из числа "0", находящегося в счетчике. Угол открывания вентилей в этом случае определяется только заданным значением с . При возврате в режим прерывистых токов триггер 12 режима непрерывного тока устанавливается в единичное состояние нулевым сигналом датчика 1 наличия тока.

В режиме с нулевым сигналом задания, когда длительность бестоковой па2Й узы больше — „,, так же, как в первом варИанте адаптивного регулятора, на выходе переполнения второго счетчика

16 появляется импульс, устанавливающий дополнительный триггер l7 в нулевое состояние, по этому перепаду на первом выходе формирователя 8 импульсов появляется импульс, поступающий на вход записи в счетчик 7 кода числа

JJ

tn а на выходе — импульс записи в регистр 13. Код числа Й =

JI — на выходе регистра 13 преобразуется в цифроаналоговом преобразо29 10 в нулевое состояние на выходе А формирователя 8 импульсов появляется импульс записи в регистр 13 кода числа и, находящегося в счетчике 7, а на выходе  — импульс, поступающий на вход записи в счетчик кода числа

)/ — из элемента 1! памяти, подготав-ливая его к следующему интервалу вентильности. Код числа В из регистра

13 поступает на входы цифро-аналогового преобразователя 9, где преобразуется в аналоговый сигнал, который суммируется с напряжением задания.

При переходе в режим непрерывного тока длительность протекания тока

2л П больше —, поэтому за период

11 1104629 12 вателе 9 в аналоговый сигнал, сумми- лей, что повышает качество регулироруемый в сумматоре 4 с заданным углом вания, причем независимо от параметоткрывания вентилей aL. ров нагрузки преобразователей и их изменения во времени от уровня ЭДС, Таким образом, предлагаемое уст- .токового режима в цепи нагрузки, ройство обеспечивает линеаризацию и ликвидирует потери при нулевом сигвнешних характеристик преобразовате- нале управления.

1104679

1104629

ВНИКПИ Заказ 5318/41 Тираж бб7 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Уиц"ород, уп.Проектная, 4