Двухпозиционная система регулирования тока электродвигателя

 

1.ДВУХПОЗИЦИОННАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащая последовательно соединенные устройство управления ключами преобразователя, импульсный преобразователь , датчик тока, и нагрузку, отличающая с я тем, что, с целью повышения энергетических показателей и качества регулирования, в нее введены блок цифрового задания, блок контроля входного задания, блок сравнения кодов, реле знака тока, аналого-цифровой преобразователь и блок логического управления с пятью входами и двумя выходами, первый вход которого подключен к первому выходу блока цифрового задания, второй вход через блок контроля входного заданияк второму выходу блока цифрового задания , третий вход - к первому выходу блока сравнения кодов, четвертый входк второму выходу блока сравнения кодов, первые входы которого подключены к вторым выходам блока цифрового задания, а вторые входы - к выходам аналого-цифрового преобразователя , вход которого подключен к выходу датчика тока, подключенному через реле знака тока к пятому входу блока логического управления, оба выхода которого подключены к входам устройства управления ключами импульсного преобразователя. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок логического управления содержит два элемента И-НЕ, два элемента И, элемент ИЛИ-НЕ, три инвертора, элемент 2И-ИЛИ-НЕ и сумма (Л тор, причем первый вход блока логического управления подключен к первос му входу сумматора и к первому входу второго И, а также через третий инвертор - к первому входу первого И элемента 2И-ИЛИ-НЕ, второй вход - непосредственно к второму входу первого элемента Ник первому входу второго ,элемента И, третий вход - непосредственно к второму входу второго И :л элемента 2И-ИЛИ-НЕ и через второй N9 инвертор к второму входу первого И э х элемента 2И-ИЛИ-НЕ, четвертый вход блока логического управлений подключен к первому входу второго элемента И-НЕ, пятый вход этого блока к второму входу второго элемента И и к второму входу сумматора, выход -которого подключен к второму -входу первого элемента И-НЕ, первый выход блока логического управления подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к выходу второго элемента И, а второй вход к выходу первого, элемента И, второй

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (! 1) 4(sl) H 02 P 5/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ъ

- 1

1и

«

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3675054/24-07 (22) 22. 12. 83 (46) 23.04.85. Бюл. № 15 (72) Т.А.Глазенко, А.Н.Пискарев, X.Т.Фахридцинов, Э.Л.Тихомиров, В.В.Васильев и И.Д.Решетилов (71) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени институт точной механики и оптики и Экспериментальный йаучно-исследовательский институт металлорежущих станков . (53) 62 1.316.7 18.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР, ¹ 773882, кл. Н 02 P 5/16 1980

2. Авторское свидетельство СССР № 917178, кл. С 05 F 1/10, 1982 г э (54)(57) 1. ДВУХПОЗИЦИОННАЯ CHCTEMA

РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащая последовательно соединенные устройство управления ключами преобразователя, импульсный преобразователь, датчик тока, и нагрузку, отличающая с я тем, что, с целью повышения энергетических по- . казателей и качества регулирования, в нее введены блок цифрового задания, блок контроля входного задания, блок сравнения кодов, реле знака тока, аналого-цифровой преобразователь и блок логического управления с пятью входами и. двумя выходами, первый вход которого подключен к первому выходу блока цифрового задания, второй вход через блок контроля входного задания— к второму выходу блока цифрового задания, третий вход — к первому выходу блока сравнения кодов, четвертый вход — к второму выходу блока сравнения кодов, первые входы которого подключеиы к вторым выходам блока цифрового задания, а вторые входы — к выходам аналого-цифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу датчика тока, подключенному через реле знака тока к пятому входу блока логического управления, оба выхода которого подключены к входам устройства управления ключами импульсного преобразователя.

2. Система по п. i, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок логического управления содержит два элемента И-НЕ, два элемента И, элемент ИЛИ-НЕ, три инвертора, элемент 2И-ИЛИ-НЕ и сумматор, причем первый вход блока логического управления подключен к первому входу сумматора и к первому входу второго И, а также через третий инвер тор — к первому входу первого И элемента 2И-ИЛИ-НЕ, второй вход — непо- . средственно к второму входу первого элемента И и к первому входу второго: элемента И, третий вход — непосредственно к второму входу второго И элемента 2И-HJIH-HE и через второй инвертор к второму входу первого И элемента 2И-ИЛИ-НЕ, четвертый вход блока логического управлений подключен к первому входу второго элемента И-НЕ, пятый вход этого блока к второму входу второго элемента И и к второму входу сумматора, выход

- которого подключен к второму входу первого элемента И-НЕ, первый выход блока логического управления подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к выходу второго элемента И, а второй вход " к выходу первого элемента, И, второй

i 152076 ь выход блока логического управления подключен к выходу второго элемента

Изобретение относится к электротехнике, а именно к цифровым системам автоматического регулирования, в частности к автоматизированному электроприводу постоянного тока с 5 полупроводниковыми импульсными преобразователями, и может найти применение в системах автоматического управления электроприводами.

Известно устройство, содержащее 10 импульсный преобразователь, датчик тока, преобразователь ток — частота, формирователь пилообразного напряжения, коипаратор, триггер, схему совпадения, дифференцирующее и усили- 15 тельное звенья и два аналоговых зве- на (1J .

Недостатками этого устройства являются низкие энергетические пока— затели и низкое быстродействие из-за 20 повышенных пульсаций тока якоря электродвигателя, обусловленных низкой частотой коммутации. Такое устройство не обладает высокой точностью из-за низкой точности преобразо- 25 вания тока в частоту и не обеспечивает реверс электродвигателя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является двухпозиционная система регулирова- З0 ния тока, содержащая последова— тельно соединенные устройство управления ключами импульсного преобразователя, импульсный преобразователь, датчик тока и нагрузку (2) .

Недостатками известной системы ,являются низкие энергетические показатели из-за протекания через нагрузку тока с определенной амплитудой

° и частотой при нулевом значении вход- 40 ного сигнала, а также относительно невысокое качество регулирования изза нелинейности регулировочной характеристики в области нуля.

Цель изобретения — повышение энергетических показателей и качества регулирования.

И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И-НЕ.

Указанная цель достигается тем, что в двухпозиционную систему регулирования тока электродвигателя, содержащую последовательно соединенные устройство управления ключами импульсного преобразователя, импульсный преобразователь, датчик тока, и нагрузку, введены блок цифрового задания, блок контроля входного задания, блок сравнения кодов, реле знака тока, аналого-цифровой преобразователь и блок логического управления с пятью входами и двумя выходами, первый вход которого подключен к первому выходу блока цифрового задания, второй вход через блок контроля входного задания — к второму выходу блока цифрового задания, третий вход— к первому выходу блока сравнения кодов, четвертый вход — к второму выходу блока сравнения кодов, первые входы которого подключены к вторым выходам блока цифрового задания, а вторые входы — к выходам аналогоцифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу датчика тока, подключенному через реле знака тока к пятому входу блока логического управления, оба выхода которого подключены к входам устройства управления ключами импульсного преобразования.

Блок логического управления(БЛУ) содержит два элемента И-НЕ, два элемента И, элемент ИЛИ-НЕ, три инвертора, элемент 2И-ИЛИ-НЕ и сумматор, причем первый вход ЗЛУ подключен к первому входу сумматора и к первому входу второго И, а также через третий инвертор — к первому входу первого И элемента 2И-ИЛИ-НЕ, второй вход— непосредственно к второму входу первого элемента И и к первому входу второго элемента И, третий вход— чепосредственно к второму входу втоюго И элемента 2И-ИЛИ-НЕ и через инвертор к второму входу первого И элемента 2И-ИЛИ-НЕ, четвертый вход

1152076

БЛУ подключен к первому входу второго элемента И-НЕ, пятый вход БЛУ— к второму входу второго элемента И и к второму входу сумматора, выход которого подключен- к второму входу первого элемента И-НЕ, первый выход

БЛУ подключен к выходу элемента ИЛИНЕ, первый вход которого подключен к рыходу второго элемента И, а второй вход — к выходу первого элемента

И, второй выход БЛУ подключен к выходу второго элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И-НЕ.

На фиг. 1 дЯНЯ функционЯльнЯЯ схе- 15 ма двухпозиционной системы регулирования тока; на фиг. 2 — диаграмма, поясняющая работу двухпозиционной системы регулирования тока; на фиг.3— схема блока логического управления.

Двухпозиционная система регулирования тока содержит (фиг. 1) последовательно соединенные устройство 1 управления ключами 2 — 5 импульсного преобразователя 6, датчик 7 тока, нагрузку 8, блок 9 цифрового задания, блок 10 контроля входного задания, блок 11 сравнения кодов, реле 12 знака токов, аналого †цифров преобразователь (АЦП) 13 и БЛУ 14.

БЛУ 14 содержит два выхода и пять входов, первый вход которого подключен к первому выходу блока 9 цифрово— го задания, второй вход через блок

10 контроля входного задания — к второму выходу блока 9 цифрового задания, третий вход — к первому выходу блока 11 сравнения кодов, четвертый выход — к второму выходу блока 11 сравнения кодов, первые входы которого подключены к вторым выходам блока 40

9 цифрового задания, а вторые входы— к выходам АЦП 13. Выход реле 12 знака тока подключен к пятому входу бло- ка 14 логического управления, выходы которого подключены к входам устрой- 45 ства 1 управления ключами 2 — 5 импульсного преобразователя 6.

БЛУ 14 содержит (фиг. 3) два логических элемента И-НЕ 15 и 16 и два 50 элемента И 17 и 18, элемент ИЛИ-НЕ 19, три инвертора 20 — 22, один элемент

2И-ИЛИ-НЕ 23 и сумматор 24. БЛУ 14 имеет пять входов и два выхода, причем.первый вход подключен к первому входу сумматора 24 и к первому входу второго И, а также через инвертор 22 к первому входу первого И элемента

2И-ИЛИ-НЕ 23, второй вход подключен непосредственно к второму входу элемента И 17, и к первому входу элемента И-НЕ 15, а через инвертор 20 к первому входу элемента И 18, третий вход подключен непосредственно к второму входу второго И элемента 2И-ИЛИНЕ 23, инвертор 21 — к второму входу первого И элемента 2И-ИЛИ-НЕ 23, четвертый вход — к первому входу элемента И-НЕ 16, пятый вход — к второму входу элемента И 18 и к второму входу сумматора 24, выход которого подключен к второму входу элемента

И-НЕ 15, первый выход — к выходу элемента ИЛИ=НЕ 19, первый вход которого подключен к выходу элемента И 18, а второй вход — к выходу элемента

И 17, второй выход — к выходу элемента И-НЕ 16, второй вход которого подключен к выходу элемента И-НЕ 15.

Двухпозиционная цифровая система регулирования тока работает следующим образом.

Логика работы импульсного преобразователя 6 выбрана такой, которая обеспечивает несимметричный закон переключения ключей 2 — 5 и заданную величину пульсаций тока при частоте коммутаций в два раза ниже, чем при симметричном законе переключения.

Блок 11 сравнения кодов, выполняя операцию вычисления ошибки, выдает на выходе сигналы Uк и U . При выполнении условия

Вк Ос состояние сигнала U4 соответствует логической единице: U<=1. При выполнении условия

1 вх "ocсигнал U4 переключается в состояние логического нуля: U4 -О. Переключение сигнала U происходит:: при М вх >oo > 2 (3) в логическую единицу U =1,. а при "вк Кос- -2 . (4) в логический ноль U =0.

Логический уровень выходного сигнала блока 10 контроля входного задания соответствует:

0q =1, при Мв„ 0; (5)

Uz =О, при N ei . 0

Логический уровень сигнала U блока 9 цифрового задания и U < реле 12 знака токов соответствует:

1152076

Ц =1, npe N»»„ 0 (s»g»» М е» =1); (7)

0» =О, при !» „ О (»<п»! s„=-1) (8)

0 =1, при Мо,> О; (9)

05 =О, при "»» < О. (10)

Блок 14 логического управления 5 функционирует согласно следующим логическим уравнениям:

О =(О,gz0 1чИ" "г1" )v (U>Uz); (11) 1о

Ц -U4(Ц(06 "." 1 "г. (12)

Устройство 1 управления ключами

2 — 5 импульсного преобразователя Ь 15 функционирует согласно следующим логическим уравнениям:

Ч(- 0 0г; (13) (»з - (!6Ч6,; (15)

Чг Оь(!г ° (14) Ч4 = Чьч(1, (1Ь) где V1, Vz, Ч, Ч вЂ” сигналы. управления силовыми ключами 2 — 5, причем

Ч=1 соответствует замкнутому состоянию ключа, а V=O — разомкнутому.

При нулевом входном сигнале N „ =О на выходе блока 10 контроля входного задания согласно условию (Ь) формируется сигнал логического нуля U =0, 3»7

При этом согласно уравнениям (11) и (12), организация команды управления ключами 2 — 5 не зависит от сигнала знака входного задания.

Предположим, что входное задание до момента t» (фиг. 2) быпо N»»<>0. В момент времени пТ= N»»x=0 Non>0 выполняются условия (2), (4), (Ь) и (9), которым соответствуют логические уровни сигналов U<--0, 0 =0, П,»=0, 40

05 1

При такой комбинации сигналов в соответствии с уравнениями (11), (12), (13) и (15) включаются ключи 2 и 4 и ток нагрузки спадает. Спадая до ну- ля, ток далее .меняет направление.

В момент времени t выполняется условие (1), ключи 4 и 5 включаются. Напряжение с нагрузки 8 снимается, но ток нагрузки продолжает нарастать в обратном направлении под воздействием ЭДС вращения якоря двигателя.

В момент времени nTt выполняется условие (3),соответственно чему включаются ключи 3 и 5 четной группы.

Нагрузка включается к источнику в другой полярности, ток нагрузки спадает до нуля и далее нарастает в обратном направлении. Эти циклы повторяются до полного расхода избь1тка электромеханической энергии. В момент времени nT=t4 ток нагрузки, отключенной от источника, спадает до нуля.

Далее система остается в отключенном состоянии до появления входного задания МЗ„!»О.

При ненулевом входном сигнале

N»»x/0 в зависимости от сигнала знака на первом выходе блока цифрового задания включаются ключи либо четной, либо нечетной группы. Допустим, что

Йц,» О. В момент пТ=t ток нагрузки равен нулю и соответственно И =О.

При этом выполняются условия (7), (5), (3) и (1), соответственно которым сигналы на входе блока 14 логического управления имеют следующие логические значения: U =1 U =1 U =1 U =1. е» ф Я ф 1 9 4 °

Такая комбинация сигналов на входе блока 14 логического управления, соответствующая уравнениям (11), (12), (14) и (16), обеспечивает включение ключей 3 и 5 и рост тока нагрузки.

При этом N также возрастает и стано- . вится больше, чем N „ . В момент времени пТ=t< выполняется условие (2), сигнал U4 переключается в состояние логического нуля. При этом в соответствии с уравнениями (11) (12), (14) и (15) выключается ключ 3 и включается ключ 4. Ток нагрузки спадает, замыкаясь через ключи S и 4. В момент времени пТ=t выполняется условие (!) и, вновь переключаясь в состояние логической единицы сигнал U включает ключ 3 и отключает ключ 4. Ток нагрузки вновь возрастает. Далее процессы повторяются. Если нагрузкой является якорь электродвигателя, обладащий

ЗДС вращения, то возможен режим, при котором ток продолжает нарастать и при отсутствии напряжения на якоре.

Такой режим показан на фиг. 2, начиная с момента nT=t!!. В момент nT=t> выполняется ycJIoBHe 4, сигнал U9 переключается в состояние логического нуля. При этом также выполняются условия (2), (5), (7) и (9), согласно которым соответствуют логические уровни сигналов: U 1, U<=1, U =О, U,==О, U,=О.

При такой комбинации сигналов блок 14 логического управления 14 в соответствии с уравнениями (11), (12), (13) и (16) обеспечивает включение ключей 2 и 4 нечетной группы, 1152076

Напряжение на нагрузке меняет полярность, т. е. осуществляется режим рекуперации энергии. Ток нагрузки спадает. В момент времени nT=t в соответствии с условием (1) выключается ключ 2 и включается ключ 5. Ток нагрузки возрастает под воздействием

ЭДС вращения. В момент времени nT=ta, вновь включается ключ 2 и отключается ключ 5, так как выполняется усло- 10 вие (2).. Далее процесс повторяется, и ток нагрузки пульсирует так, что амплитуда пульсации равна 2 1, а гладкая составляющая тока равна И „.

Если ЭДС вращения нагрузки изменя- 1S ется так, что ток нагрузки спадает при отключенном напряжении якоря (момент времени nT.=(), то в момент времени nT=t выполнением условия (3) система возвращается в исходный 20 режим работы, т.е. устанавливается режим потребления энергии от источника. Последовательность импульсных напряжений на нагрузке в этих режимах однополярная (фиг. 2). 25 . ° с

Ъ

Пусть в момент времени nT=t+ подается команда "Реверс", что соответствует выполнению условия (8). В этот момент также выполняются усло- 3п вия (1), (3), (5) и (9), которым соответствуют логические уровни сигна0,=0 юг=1, 0 =1, 0 =1, и =1.

При такой комбинации сигналов согласно уравнениям (11), (12), (13) и (15)з включаются ключи 2 и 4 нечетной группы, напряжение на нагрузке меняет полярность, она держится до тех пор, пока ток нагрузки изменит направление и.нарастает до значения входного о тока задания. В момент времени пТ=С ток нагрузки нарастает до значения

НУН „, и выполняются условия (2) и (10), в соответствии с которыми выключается ключ 2 и включается ключ 5 .. 4>

Нагрузка отключается от источника, и ток нагрузки замыкается через ключи 4 и 5. В момент времени пТ= бнагрузка вновь подключается к источнику и далее процессы повторяются.

Зона нечувствительности предлагаемой системы регулирования определяется шагом дискретизации АЦП. 13 по

1 ц„ уровню 4 = ", который намного меньше ширины йетли гистерезиса компаратора в известном устройстве, где К— количество разрядов АЦП 13 (для современных интегральных АЦП 13 количество разрядов достигает К=10 — 16)..

С таким количеством разрядов нелинейность регулировочной характеристики ничтожно мала.

Таким образом, при Н =0 и выполнения условия N« =0 ключи преобразователя не коммутируются. В случае

N>„ =0, а 1М ) 1, что соответствует режиму возмущения ЭДС вращения на контур регулирования, система функционирует так, что напряжения на нагрузке представляют собой последовательность однополярных импульсов, обеспечивающих ток нагрузки с допустимой амплитудой пульсации и гладкой составляющей тока, равной нулю. При этом частота коммутации определяется величиной и продолжительностью возмущения, значительно меньше, чем в известном устройстве, в котором организуется принужденная коммутация в окрестности нулевого значения.

Как видно, в предлагаемом устройстве при Ир„=0 коммутация ключей импульсного преобразователя прекращается в отличие от известного, в котором при М „ =0 ключи коммутируются с определенной частотой, обеспечивая пульсацию тока вокруг нуля. Прекращение коммутации при Б@, =0 приводит к снижению коммутационных потерь, которые при работе импульсного нреобразовате» ля в системах быстродействующего злектропривода.составляют основную долю потерь преобразователя. При этом система не имеет зоны нечувствительности в области малых значений вход-. ного сигнала управления, т.е. обладает линейной регулировочной характеристикой, а применение цифровых элементов повышает точность во всем диапазоне регулирования.

1152076

1 >. () !(>

1152076

Составитель Ю.Воробьев

Редактор И.Дербак Техред Л.Микеш Корректор С.Шекмар

ЗаКаз 2339/43 Тираж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", ° r.Ужгород, ул.Проектная, 4