Цифровой электропривод постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и м.б. использовано в электроприводах постоянного тока при управлении от цифровых вычислительных машин. Цель изобретения - повьшгенне надежности. Устройство содержит электродвигатель 1 пост, тока с датчиками тока 2 и температуры 3, мостовой усилитель 4 мощности, делитель-счетчик 6 и блок сравнения 15. Внешний сигнал высокой частоты заставляет делитель-счетчик 6 работать в режиме непрерывного суммирования входных импульсов. Далее происходит формирование сигналов управления переключением силойых ключей в зависимости от величины входного сигнала и наличия ограничений по току и температуре якоря. Определенные соотношения между расположением сигналов управления силовыми ключами исюхючают сквозные токи в стойках мостового усилителя,, равномерно распределяют динамические потери и исключают подмагничивание трансформаторов фазочувствительных выпрямителей предусилителя 5. 3 ил. S (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

gg 4 H 02 P 5/06

ВСЕСОЧЗН М л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4032175/24-07 (22) 06.03.86 (46) 07.10.87. Бюл. Р 37 (72) В.И.Кочергин (53) 621.316.718.5 (088.8) (56) Патент США -К 3546553, кл.Н 02 Р 5/06, 1970.

Королев Э.Г. и др. Эффективность применения высокомолентных двигателей в станкостроении. — М.: Машиностроение, 1984, с.53-64. (54) ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и м.б. использовано в электроприводах постоянного тока при управлении от цифровых вычислительных машин. Цель изобретения — повышение надежности, Устройство содержит элек„.80„„1343531 А 1 тродвигатель 1 пост. тока с датчиками тока 2 и температуры 3, мостовой усилитель 4 мощности, делитель-счетчик 6 и блок сравнения 15 ° Внешний сигнал высокой частоты заставляет делитель-счетчик 6 работать в режиме непрерывного суммирования входных импульсов. Далее происходит формирование сигналов управления переключением силовых ключей в зависимости от величины входного сигнала и наличия ограничений по току и температуре якоря. Определенные соотношения между расположением сигналов управления силовыми ключами исключают сквозные токи в стойках мостового усилителя,. равномерно распределяют динамические потери и исключают подмагничивание трансформаторов фазочувствительных выпрямителей предусилителя 5. 3 ил.

1343531

Изобретение относится к электротехнике, в частности к управлению электроприводами постоянного тока от цифровых вычислительных устройств.

Целью изобретения янляется повышение надежности.

На фиг.1 представлена структурная схема цифрового электропривода постоянного тока; на фиг.2а приведены сост-1р к ношения между сигналами: ໠— старшего разряда четвертой фазы делителяФ счетчика, С „, С вЂ” выходными сигналами первого делителя двухфазного кода, d,, d — выходными сигналами второго 15 делителя двухфазного кода, К„, К скважности сигналов управления силовыми элементами мостового усилителя н координатах входных сигналон В, на фиг.2б, в, r — промежуточные зна- 20 чения сигналов К,, К и соответствуюJ щие им напряжения питания двигателя

U соответственно для значений входного сигнала В А/2, В=А/2, В А/2, где А — емкость делителя-счетчика; на фиг.3 — зависимость напряжения питания двигателя U от входного циф9 рового сигнала В при отсутствии ограничения тока якоря двигателя.

Цифровой электропривод постоянно- 30 го тока (фиг.1}. содержит электродвигатель 1 постоянного тока с датчиками 2 и 3 тока и температуры якоря, мостовой усилитель 4 мощности, выход которого соединен с электродвигателем З5

1, а вход — с предусилителем 5 мощности, делитель-счетчик 6, два делителя 7 и 8, два сумматора 9 и 10, две логические схемы 11 и 12, два пороговых усилителя 13 и 14 и блок 1п

15 сравнения.

Шина внешней стабильной частоты соединена с входом делителя-счетчика

6, выход которого в прямом и обратном цифровых кодах соединен с первыми входами соответственно первого 9 и второго 10 сумматоров, .каждый из которых содержит выходную шину сигнала переноса результата суммирования.

Вторые входы сумматоров 9 и l0 младшими разрядами соединены с младшими разрядами В шин цифрового входного

It сигнала В, а старший разряд вторых входов этих сумматоров соединен с выходом блока 15 сравнения. Первый вход логического блока 15 соединен с шинами старшего разряда В нходного сигнала В. Выход старшего к-го разряда а делителя-счетчика 6 соедик

+ нен с входом первого делителя 7 днухфазно го кода, имеющего дна выхода соответственно для инверсного и прямого сигналов второй фазы. Первый выход соединен с входом второго делителя 8 двухфазного кода, выход фаз которого соединен с первым входом предусилителя 5 мощности. Вьгходы сумматоров 9 и 10 и второй выход первого делителя 7 соединены с первой 11 и второй 12 логическими схемами, в каждой из которых два двухвходовых логических элемента И объединены на выходе двухвходовым элементом ИЛИ. Выход первого сумматора 9 соединен с первыми входами первых элементов И каждой логической схемы 11, 12, а выход второго сумматора 10 соединен с первыми входами вторых элементов И каждой логической схемы 11, 12, первый выход первого делителя 7 соединен с вторыми входами второго элемента И первой логической схемы 11 и первым элементом И нторой логической схемы, причем второй выход первого делителя 7 соединен с вторыми входами первого элемента И первой логической схемы 11 и второго элемента И второй логической схемы 12.

Выходы элементов ИЛИ соединены с вторым входом предусилителя 5 мощности, выход которого соединен с управляющими входами силовых элементов, например транзисторов мостового усилителя 4.

Выход мостового усилителя 4 нагружен на электродвигатель 1 постоянного тока.

Выходы датчиков 2 и 3 через пороговые усилители 13 и 14 соединены соответственно с вторым и третьим входами блока 15 сравнения. Схема порогового усилителя 13 содержит четыре элементарньгх компаратора: первый из них выдает сигнал при токе двигателя положительного знака i ) О, второй при токе двигателя i любой по» лярности, третий — i, четвертый— (i (i (i ). Схема порогового усилителя 14 содержит три элементарных компаратора, срабатывающих соответственно при температурах якоря г г з)

Принципиальная схема блока 15 сравнения зависит от основания системы счисления входного цифрового сигнала и принципа его кодирования. При этом

1343531

Следовательно, сигнал К„ равен единице при значениях А="00001" в каждом нечетном цикле переключения делителя-счетчика и при значении А=

"77777" в каждом четном цикле его переключения, а сигнал К равен единице при сигнале А="00001" в каждом четном цикле переключения делителясчетчика 6 и при А ="77777" в каждом нечетном цикле его переключения.

Таким образом, длительность сигналов

К, и К равна двум периодам частоты, и сами эти сигналы при этом жестко основание системы счисления делителясчетчика 6 должно совпадать с основанием входного сигнала, на принципы их кодирования могут как совпадать, так и отличаться.

Рассмотрим вариант основания системы счисления n=8 при одинаковом принципе кодирования этого основания во входном сигнале и выходных сигна- 1р лах счетчика-делителя 6.

Для определения принципиальной схемы блока 15 сравнения строятся две группы таблиц, соответственно для случая, когда знаки тока и напряжения двигателя совпадают n=0 и когда эти знаки различны n=1. В каждой из таблиц записываются значения эквивалентных четырехфазному коду цифр обычного цифрового кода на входе 2р старшего разряда сумматоров 9 и 10 (сигнал В )при различных уровнях срабатывания пороговых усилителей 13 и

14. Таблицы представляют собой развертки трехмерного цифрового множест- 25 ва в цифрах обычного цифрового кода, представленного в координатах В ( —

Таблицы определяют варианты эквива- З0 лентных принципиальных схем блока 15 для принятого способа кодирования.

Устройство работает следующим образом.

Внешний сигнал высокой частоты f поступая на вход делителя-счетчика

6, заставляет его работать в режиме непрерывного суммирования входных импульсов. При этом, если делительсчетчик 6, например, пятиразрядный, 40 то его цифровые сигналы на выходных шинах для прямого кода изменяются в каждом цикле переключения от значения "00000" до "77777", а на шинах обратного кода от значения "77777" до "ООООО".

Входной цифровой сигнал может принимать значения от 000000" до

"100000". Нулевому значению выходного напряжения мостового усилителя соот- 5О ветствует значение входного сигнала

"040000", а максимальному значению одного, например, положительного знака — "000000", другого отрицательного знака — "100000".

При работе электропривода при отсутствии ограничений по току двигателя и температуре его обмотки якоря (j. =1 =1 =- 0; t„= =с =-0) старший разряд входного сигнала В> передается с входа блока 15 на его выход без изменений.

При значении входного сигнала В=

"000000" на выходе сумматоров 9 и 10 при любых значениях сигналов на выходных иянах делителя-счетчика 6 нет сигналов переноса (P, =О, P =О). Поэтому К,=О, К = 0 и, следовательно, всегда открыты силовые ключи, управляемые сигналами Е,= 1, К = 1; на двигатель подается напряжение Uy

U » например, положительной полярности.

При увеличении значения входного сигнала, например В = "000001" на единицу, сигнал Р, = 1 появляется на выходе первого сумматора 9 при значении выходного сигнала делителя-счетчика A = "77777", а сигнал переноса

P = 1 появляется на выходе второго сумматора 9 при А = "00000". При этом прямой С и инверсный С сигналы второй фазы первого делителя 7 двухфазного кода, который переключается от сигнала четвертой фазы а -старшего

К разряда делителя-счетчика 6, осуществляют формирование сигналов управления переключением силовых ключей мостового усилителя 4 по следующим логическим зависимостям : К =P, С, V Р С, K,= P,C, V P,C,. привязаны к времени окончания одного цикла переключения делителя-счетчика

6 и началу другого цикла. Поэтому сигналы фаз d„, d второго делителя

7 двухфазного кода„ которые формируют напряжения питания фозочувствительных выпрямителей в предусилителе 5 и переключаются в моменты окончания циклон делителя-счетчика 6, совпадают по времени переключения со срединой импульсов К,, К . сигнал фа134 3531 зы д, — импульсами К, а сигнал фазы

d — импульсами К, (фиг.За).

При сигналах К„= 1, К вЂ” 0 и K,-=O, К = 1 производится открытие силовых ключей одноименной группы (эмиттерной либо коллекторной), что обеспечивает в эти моменты времени нулевое значение напряжения мостового усилителя 4. Таким образом, максимальное значение выходного напряжения мостового усилителя 4 уменьшено.

При дальнейшем увеличении входного сигнала, например, до величины В длительность сигналов К„ и К пропор- 15 ционально увеличивается и равна 2 В периодам входной частоты, а все соотношения между расположением сигналов

K1 К< и сигналами фаз d d2 остают ся без изменения (фиг.Зб). При этом пропорционально входному сигналу увеличиваются времена открытия силовых ключей одноименной группы (эмиттерной либо коллекторной), что приводит к дальнейшему уменьшению напряжения положительной полярности, подаваемого на двигатель.

При В = "040000" длительность сигналов К„ и К равна длительности цикла переключения делителя-счетчика

6 и в любой момент времени будут только соотношения сигналов К,= 1, К2= 0 либо К = О, К2= 1 (фиг.Зв), что соответствует нулевому значению напряжения питания двигателя.

При дальнейшем увеличении входного сигнала пропорционально увеличивается длительность сигналов К, и К а также происходит изменение полярности выходного напряжения мостового усилителя, когда в моменты К .— 1, К =- 1 на его выходе появляются импуль2 сы напряжения отрицательной полярности (фиг.Зг). Пропорциональное увеличение напряжения происходит вплоть

45 до значения входного сигнала В

"100000", при котором всегда Р„ = 1, Р = 1 и, следовательно, К„= 1, К, =- 1, а выходное напряжение имеет максимальное значение отрицательной полярности

Пн °

Рассмотрим работу привода при наличии ограничений по току двигателя и температуре его обмотки якоря.

В момент переходных процессов и когда нагрузка на валу двигателя превосходит допустимую осуществляется ограничение тока мостового усилителя

4. Это ограничение осуществляется воздействием на входные сигналы старшего разряда В . Если при этом ток двигателя совпадает по знаку с приложенным к двигателю напряжения (Ь=О), то при срабатывании порогового усилителя 13 происходит изменение входного сигнала В в эквивалентных цифрах обычного кода по следующему зако"3" и н7н — †"6" †"5" -"4" Э то изменение приводит к уменьшению напряжения питания электродвигателя 1 и ограничению его тоКа.

Если ток электродвигателя 1 и напряжение его питания имеют разные знаки (Ь=1), что происходит когда противо-ЭДС /Е/) /Б/, то для уменьшения тока необходимо увеличить напряжение, подаваемое на электродвигатель

1. Поэтому при срабатывании порогового усилителя 13 происходит изменение входного сигнала В в эквивалентных

t цифрах обычного кода по следующему

Ограничение тока электродвигателя при достижении температуры якоря

) уровней срабатывания г.„, Tо, С порогового усилителя 14 осуществляет-! / ся изменением входного сигнала В в эквивалентных цифрах обычного кода 2

Таким образом, цифровой электропривод постоянного тока обеспечивает определение соотношения между расположением сигналов управления переключением силовых ключей мостового усилителя и прямоугольных напряжений питания фазочувствительных выпрямите-. лей предусилителя, что исключает сквозные токи в стойках мостового усилителя, равномерно распределяет динамические потери между силовыми ключами, исключает подмагничивание трансформаторов фазочувствительных выпрямителей и повышает надежность электропривода.

Формула и з обретения

Цифровой электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель постоянного тока с датчиками тока и температуры якоря, мостовой усилитель мощности, выход которого соединен с электродвигателем, а вход—

1343531

Ch

lu !о д lo Afar A I

Кг

Кк

Kz (6,6) к и

2 0

Составитель 10.Воробъев

Техред JI.Ñåðäþêoâà Корректор М.Демчик

Редактор О.Головач

Заказ 4835/55 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственногб комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 с предусилителем мощности, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены делитель-счетчик, два делителя, два сумматора, две логические схемы 2

И-ИЛИ, два пороговых усилителя, блок сравнения, при этом выход делителясчетчика соединен с входами сумматоров и первого делителя, один выход которого соединен с входами логических схем 2 И-ИЛИ и второго делителя, выходы которого соединены с входами ае предусилителя мощности, другие входы которого соединены с выходами логических схем 2 И-ИЛИ, вторые входы

5 которых объединены и соединены с вторым выходом первого делителя, третьи и четвертые входы логических схем

2 И-ИЛИ соединены соответственно с выходами первого и второго суммато10 ров, вторые входы которых соединены через блок сравнения и пороговые усилители с датчиками тока и температуры.