Устройство для релейно-импульсного регулирования тока тягового электродвигателя транспортного средства

 

Изобретение относится к транспорту, а именно к автоматическому регулированию тока электродвигателей постоянного тока транспортных средств. Целью изобретения является повышение надежности. Устройство содержит тяговый электродвигатель 1, подключенный к тиристорному преобразователю 3, датчик 4 тока, к выходу которого подключены одни из входов счетчика 5 и блока 6 инверсий и вход формирователя 7 пилообразного напряжения, выход последнего из которых через компаратор 8 соединен с другим входом блока 6 инверсий, задающий генератор 9, к выходу которого подключены входы формирователей 10, 11, 30 и 31 импульсов, к выходам которых подключены соответственно другие входы, первый вход и один из входов элементов 38, 36, 32 и 33 И-НЕ, регистры 12, 14 и 23, к выходам первого из которых подключены одни из выходов сумматоров 15 и 16 и вход цифроаналогового преобразователя 40, соединенного выходом с другим входом компаратора 8, и триггеры 18 и 24, к другому выходу последнего из которых подключен вход формирователя 27 импульсов, и блок 13 задания уставки, соединенный выходом с одними из входов сумматора 28 и вторыми входами регистра 12. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (g1)5 В 60 L 15/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНВЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4476043/31-11 (22) 23.08.88 (46) 23,06.90. Бюл. № 23 (71) Научно-исследовательский инстигут автоматики и электромеханики при

Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) Ю.В.Колоколов, А.И.Бухал и И.В,Терехин (53) 621.314.57(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 14!3697, кл. H 02 P 5/06, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЛЕЙНО-ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО .СРЕДСТВА (57),Изобретение относится к транспорту, а именно к автоматическому регулированию тока электродвигателей постоянного тока транспортных средств °

Целью изобретения является повышение надежности. Устройство содержит тяговый электродвигатель 1, подключенный к тиристорному преобразовате„„ЯО„„1572849 A 1

2 лю 3, датчик 4 тока, к выходу которого подключены одни из входов счетчика 5 и блока б инверсии и вход формирователя 7 пилообразного напряжения, выход последнег0 из которых через компаратор 8 соединен с другим входом блока б инверсий, задаю ций генератор 9, к выходу которого подключены входы формирователей 10, 11, 30 и 31 импульсон, к выходам которых подключены соответственно другие входы,первый вход и один из входов элементов

38, 36, 32 и 33 И-НЕ, регистры 12,14 и 23, к выходам первого из которых подключены одни из выходов сумматоров

15 и 16 и вход цифроаналогового преоб- а разователя 40, соединенного выходом

1О с другим входом компаратора 8, и триггеры 18 и 24,к другому. выходу последнего из которых подключен вход форми- С рователя 27 импульсов, и блок 13 задания уставки, соединенный выходом с одними из входов сумматора 28 и вторыми входами регистра 12, 1 ил. (Мвй

Сд

1572849

Изобретение относится к транспорту и может быть использовано для ре: гулирования тягового и тормозного усилий электроподвижного состава.

Цель изобретения — повышение надежности, На,чертеже представлена функциональная схема устройства для релейноимпульсного Регулирования тока тягово-1g

ro электродвигателя транспортного средства.

Устройство содержит электродвига, тель 1, шунтированный диодом 2 и под. ключенный к тиристорному преобразова- 15 ! телю 3, датчик 4 тока, к выходу кото,рого подключены одним из входов счет( ; чик 5 и блок 6 инверсий и вход форми, рователя 7 пилообразного напряжения, . выход последнего из которых соединен 20 ( с одним из входов компаратора 8, к выходу которого подключен другой вход блока 6 инверсий, задающий генератор 9, соединенный выходом с входами формирователей 10 и 11 импульсов, к выходу 25 последнего из которых подключен первый вход. регистра 12, вторые входы которого соединены с выходами блока 13 задания уставки в цифровом виде,, а выходы объединены с выходами регистра 14 и соединены с одними из входов сумматоров 15 и 16, к выходам последнего из которых подключены входы цифроаналогового преобразователя 1 1, а выходы сумматора 15 соединены с первыми входами регистра 14. К одному из выходов триггера 18 подключены одни из входов счетчика 19 и элемента

ИЛИ 20, выход которого соединен с другим входом счетчика 5, а другой вход объединен с одним из входов элемента ИЛИ 21 и подключен к выходу элемента- 22 задержки, вход которого объединен с .одним из входов регистра 23. Выход элемента ИЛИ 21 соединен 5 с вторым входом регистра 14.

К одному из выходов триггера 24 подключен один из входов элемента

И 25, другой вход которого является входом "Пуск" устройства, а выход подключен к входу формирователя 26 импульсов, К другому выходу триггера 24 подключен выход формирователя 27 импульсов, Выходы формирователей 26 и 27 соединены с управляющими входами

55 тиристорного преобразователя 3. Сумматор 28 подключен входами к выходам счетчика 5 и олока 13 задания уставки, а выходом — к одному из входов регистра 23. Блок 29 задания разности токов уставок соединен выходами . с другими входами сумматора 16. К выходу задающего генератора 9 подключены входы формирователей 30 и 31 импульсов, выходы которых соединены соответственно с первым входом элемента И-HE 32 и одним из входов элемента И-НЕ 33, другой вход которого объединен с одним из входов триггера 34 и подключен к ниходу блока 6 инверсий, а BbI.;oä — к второму входу элемента

И-НЕ 32, третий вход которого соединен с другим входом элемента ИЛИ 21 и подключен к одному из выходов триггера 34.

Выход цифроаналогового преобразователя 17 соединен с одним из входов компаратора.35, другой вход которого соединен с выходом формирователя 7 пилообразного напряжения, а выход подключен к одному из входов элемента

И-НЕ 36, дру" îé вход которого соединен с одним из входов элемента ИЛИ 37, другим входом счетчика 19 и подключен к выходу формирователя 11 импульсов, а выход соединен с одним из входов элемента И-НЕ 38, другой вход которого подключен к выходу формирователя 10 импульсов, выход — к другому входу триггера 24. Другой выход триггера 34 соединен с другим входом элемента

ИЛИ 37, к выходу которого подключен один из входов триггера 18, другой вход которого объединен с другим входом триггера 34 и является входом !! !!

Пуск устройства, один из выходов соединен с третьим входом регистра 14, другой выход — с третьим входом регистра 12. Выход счетчика 19 подключен к входу формирователя 39 импульсов, выход которого соединен с входом элемента 22 задержки и одним из входов регистра 23, к выходам которого подключены другие входы сумматора 15.

Входы цифроаналогового преобразователя 40 подключены к вьгходам регистра 12, а с выходом соединен другой вход компаратора 8.

Устройство работает следующим образом, В исходном состоянии задающий генератор 9 формирует последовательность импульсов постоянной частоты, IIo положительному и отрицательному перепадам напряжения соответственно срабатывают формирователи 11 и 31,, ф»рмирую!щ е первые и вторые синхрони itpyюitwe им1 5 2 . ? }

)) : ((Гы }Н} } (:(ill! }2 ч((1);3)3)f(н))л ((О(ò< л)»вЂ”

1l 1й 1-3Г (Ч)Т»)() С! I l?)? 11 ) (>(Cf t)>)))) ? )1 )(Г)r. 11— о т(= 3((((<) )»pal га ll ) 1 80 ()О Отриц)3 1 ())I) ному и пол ожтттел ьHc)му и " .pе падdм к Ото

ptIx соответственно срабатывают форми—

Рователи 10 и 30 импульсов, формирующие блокировочные импульсы напряже— вий, сдвинутые относительно друг друга на 180 и соответствующие по дли0 тельности удвоенному времени перез аряда коммутирующего конденсатора тиристорного преобразователя 3. Импульсы ИПЧ1 и ИПЧ2 совпадают . по фазе со— ответственно с центрами блокировочных

75 импульсов.

Напряжением с другого выхода триггера 18 сигналом, равным "1", регистр !

4 устанавливается в третье устойчивое состояние. Блок 13 задания устав- 20 ки хранит цифровой код задающего среднего значения регулируемого тока It), который по положительному перепаду имттульса ИПЧ1 записывается в регистр

12 и через цифроаналоговый преобразо- 25 ватель 40 подается на вход компаратора 8, На сумматоре 16 вычисляется значение нижнего уровня тока уставки котоРое чеРез цифроаналоговый преобразователь 17 подаетсл на вход 30 компаратора 35. Датчик 4 тока генерирует импульсы начальной частотой,которым соответствует пилообразное напряжение на выходе формирователя 7 пилообразного напряжения максимальной амплитуды, которое поступает на входы компараторов 8 и 35, и больше эталонных напряжений U u U эквивалентных верхнему и нижнему уровням токов уставок (I,,è Е „т). Компа— ратор 8 формирует импульсы напряжения, .поступающие на входы блока 6 инверсий, на выходе которого напряжение равно 1, и соответственно, первые релейные импульсы в исходном состоянии не форми4 руются. Напряжение с выхода блока 6 инверсий совместно с импульсами ИПЧ2 подаются на входы элемента И-НЕ 33, Напряжение с одного .из выходов триггера 34, равное О, поступает на элемент И-HE 32 и запрещает прохождение импульсов напряжения через элемент

32 И-НЕ на триггер 24.

Компаратор 35 формирует импульсы напряжения — вторые релейные импуль55 сы, которые совместно с импульсами

ИПЧ1 подаются на входы элемента

-HE 36. Импульсы с выхода элемента

И-НЕ 36 поступают на элемент И-НЕ 38, l!!ll!У»Л(С.»>(if С ВЫХОЛЛ (т? 3CÇPC)1 (Plf1 C Ð с т (ff;((»Jfff)? Л? Т(л (l Г С?СТО)3)(((е С litt

ПРЛжЕ((ИЕМ (i<3 О)(ВОМ ИЗ ВЫХОДОВ, Pell!

1(()(м 1.,8 (1() ки! Ов Очll())е (Iмпуль? .ы 3 л (тт)ещают прохождение через s re((el!3 }7-Ill .

38 и 32 на 1 хо;ты триггера 24 н.)пут(1,с Ов с 0() TI?етс твенно с (31 wc);Ic)I? Ол(. (" нтов ИНУ, 36 и 33, иГключая тем самым срыв работы тирнстор)того преобразователя 3 преждевременным прохождени< м импул «n(3 с оответственно на открьизание и закрьиза)тие тиристорнот О прг >бразователя 3. Н(т другой вход элемента-!! 25 (тол(зло нат)рлжен)те с командоанпарата, Равное О, которое блокирует прохождение импульсов с Одного из выходов триггера 23 на формироват ель 26 импульсо(3. С выхода формирователя 26 импульсы на открывание тир(го торногc) преобразователя 3 не поступают. Ток якоря электродвигателя 1 равен О.

При пуске электродвигателя 1 )Ia входе "Пуск командоаппаратом устанавливается напряжение, равное 1, которое разрешает прохождение напряжения, равного 1, на вход формирователя 26, который по положительному перепаду напряжения на выходе элемента И 25 формирует импульс (Зайряже(тия, открывающий тиристорный преобразователь 3. Ток якоря нарастает.

При JTîñòèæå(têè током якоря уровня Т„,,компаратор 8 прекращает формирование импульсов напряжения. Блок 6 инверсий формирует импульсы напряжения, устанавливающие триггер 34 в сос-, тояние с напряжением на одном из выходов, равным 1, которое разрешает прохождение импульсов напряжений через элемент И-НЕ 32 на триггер 24. Триггер 24 .перебрасывается в противоположное состояние с напряжением на одном из выходов, равным 1. По положительному перепаду наттряжения запускаетсл формирователь 27 импульсов, с выхода которого поступает импульс напряжения на закрывание тиристорного преобразователя 3. Ток якоря спадает, По положительному пере(таду напряжентте 60 од34 ftpoHc 3Cc)— дит запись кот(а заданного среднего значения регулируемого тока I с регистра 12 через сумматор 15 в регистр

14.

Напряжение на .Ipy! c) f выходе триггера 34, равное ", разрешает прохождение импульс зв 77НЧ1 через элемент

ИЛИ 37 на один из входов триггера !8.

1572849

По низкому уровню импульсе ИПЧ2 триггер 18 перебрасывается в состояние с напряжением на другом выходе, рав-

I ным 1, которое устанавливает ре5 гистр 12 в третье устойчивое состояниф, а напряжение с одного из выхо" до триггера 18, равное О, разрешает работу регистра 14 и счетчиков 19 и 5. Счетчик 5 осуществляет инверсны11 счет импульсов напряжения, посту- . па10щих с датчика 4 тока, и его содержи14ое, представляющее собой код средне1.о значения тока якоря за текущий и-й период счета I „,,на сумматоре 28 15 вьМитается из кода заданного среднего значения регулируемого тока по формуле

Io Tp

20 где йш — величина отклонения среднего тока якоря за текущий и-й период счета 1 „от заданного среднего значения регулируемого тока I . 25

Период счета задает счетчик 19, отсчитывающий четыре импульса ИПЧ1 зацающего генератора 9. По окончании счета по орицательному перепаду напряжения с выхода счетчика 19 формирова- Зп тепем 39 формируется импульс напряженйя, по положительному перепаду которого происходит запись содержимого сумматора 28 в регистр 23, а через элемент 22 задержки и элемент ИЛИ 20

35 па высокому уровню напряжения — сброс советчика 5. !

Полученная разность дт, хранящаяся в регистре 23, складывается на сумматоре 15 в и-й период счета с 40 кадом верхнего уровня тока уставки;

I уст,„, записанным в регистре 14, по формуле

Тус 1(qö = Т уст + Йшэ где I — значения кода верхнего уст l (0+1) тока уставки для (и+1)-ro периода счета.

Далее полученный код верхнего тока уставки Ту,, „„1поступает через цифра;, аналоговый преобразователь 40 на вход 50 компаратора 8. На сумматоре 1б происходит вычитание кода разности токов уставок д8,хранящегося в задатчике 29 разности токов уставок, по формуле

I уст a

Полученное значение нижнего уровня тока уставки через цифроаналоговый преобразователь 17 поступает на вход компаратора 35. Средняя скорость нарастания регулируемого тока якоря больme средней скорости спадания в преде-., лах периодов регулирования тока в диапазоне изменения коэффициента заполнения тиристорного преобразователя

3 уE (0; 0,5). По мере увеличения частоты вращения двигателя 1 увеличивается коэффициент заполнения и амплитуда пульсаций регулируемого тока.

При достижении коэффициентом заполнения значения . = 0,5 и дальнейreM увеличении частоты вращения электродвигателя 1 средняя скорость спадания регулируемого тока начинает превышать среднюю скорость нарастания тока якоря в пределах периодов его регулирования. Очередной раз нарастающий ток не достигает верхнего. уровня тока уставки I> поскольку первыми на тиристорный преобразователь оказывают воздействие импульсы ИПЧ2 до момента формирования первого релейного импульса напряжения. Среднее значение регулируемого тока уменьшается.

При этом уровни токов уставки продолжают корректироваться и тем самым происходит формирование достижения пе— риодически спадающим с у= 0,5 регулируемым током значения нижнего тока уставки I „ . Ток колеблется со стабилизированным коэффициентом значения

g = 0,5 до момента достижения в очередной раз спадающим током нижнего уровня тока уставки I В этот момент компаратор 35 формирует импульс напряжения, который первым по отношению к очередному импульсу напряжения через элементы И-НЕ 36 и 38 устанавливает триггер 24 в состояние с напряжением, равным 1, на другом выходе. Тиристорнь|й преобразователь 3 открывается.Ток якоря нарастает до поступления очередного импульса

ИПЧ2. Процесс релейно-импульсного регулирования тока в диапазоне изменения коэффициента заполнения (0,5,1) повторяется, при этом коррекция токов уставок осуществляется аналогично, как и в диапазоне изменения коэффициента заполнения уе(0, 0,5).

Таким образом, устройство обеспечивает повышение качества регулируемого тока, обусловленное возможностью изменять коэффициент заполнения тирис9

15728 торного преобразователя, одновремеH но осуществляя переход к устойчивому процессу регулирования тока электродвигателя с релейным способом ограничения нарастающего тока электродвигателя на первом уровне Е„,,при средней скорости нарастания тока электродвигателя, большей средней скорости его спадания в пределах периода регулирования тока, или с релейным спо- 10 сабом ограничения спадающего тока электродвигателя на втором уровне

Хз, при средней скорости нарастания тока электродвигателя, меньшей средней скорости его спадания в пре- 15 делах периода регулирования тока, я также стабилизацией коэффициента заполнения тиристорного преобразователя в диапазоне изменения коэффициента заполнения, близким к 0,5, воз20 действием первых и вторых синхронизирующих импульсов управления постоянной частоты (1ПТЧ1 и ИПЧ2) на процесс регулирования тока электродвигателя. При этом среднее значение регу25 лируемого тока поддерживается практически постоянным- ня заданном уровне зя счет устранения достаточно точно определяемой статической ошибки регулирования тока посредством теку- З0 щей цифровой коррекции тока уставки, что особенно важно при программном автоведении скоростного подвижного состава и прицельном его торможении.

35 } о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для релейно-импульсного регулирования тока тягового электро- 40 двигателя транспортного средства, . содержащее тирис торный преобразователь, к выходу которого подключен шунтированный диодом тяговый электродвигатель, в цепь обмоток которого вклю45 чен датчик тока, к выходу которого подключены один из входов блока инверсий и первого счетчика и вход формирователя пилообразного напряжения, выход последнего из которых соединен с одним из входов одного из компараторов, к выходу которого подключен другой вход блока инверсий,. задающий генератор, соединенный выходом с входами пеРвого и второго формирователей импульсов, к выходу последнего из которых подключен первый вход первого регистра, вторые входы которого соединены с выходами блока задания уставки, 9 1О я его выходы и выходы второго регистра соединены с одними из входов пернаго и второго сумматоров, к выходам которых подключены соответственно, первые входы второго регистра и входы одного из цифроаналоговых преобразователей, первый триггер, соединенный одним из выходов с одними из входов второго счетчика и первого элемента

ИЛИ, к выходу которого подключен другой вход первого счетчика, элемент эа держки, соединенный выходом с другим входом первого элемента ИЛИ и одним из входов второго элемента ИЛИ, к выходу которого подключен второй вход второго регистра, второй триггер,соединенный одним выходом с одним из входов элемента И, другой вход которого предназначен для подключения к выходу командоаппярата, третий регистр. и третий сумматор, причем выход элемента И и другой выход второго триггера связаны с входами тиристорного преобразователя, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено блоком задания разности токов уставок и элементами

11-НГ, а также дополнительными триггерами, цифроаналоговым преобразователем, элементом ИЛИ, компаратором и формирователями импульсов„ входы третьего и четвертого из которых подключены к выходу задающего генератора, а выходы соответственно к одним из входов первого и второго элементов И-НЕ, выход последнего из которых соединен с одним из входов второго триггера, а другие входы — с одним из выходов третьего триггера и выхо-. дом первого элемента И-НЕ, другой вход которого подключен к выходу блока инверсии, с которым соединен один из входов третьего триггера, к одному из выходов которого подключен другой вход второго элемента ИЛИ, а к другому — один из входов третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с одним из входов первого триггера, другой вход которого и другой вход третьего триггера предназначены для подключения к выходу командоаппарата, а один и другой выходы первого триггера соединены соответственно с третьими входами первого и второго ре-, гистров, к выходам последнего из. которых подключены входы другого цифроаналогового преобразователя, соединенного выходом с другим входом первого компяратора, причем к выходам бло12

1572849

Составитель Я. Гаврилов

Техред Л.Сердюкова Корректор С.Шевкун

Редактор Н.Тупица

Заказ 1613 Тираж 387 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 3

Производственно-издательский комбинат Патент", г.ужгород, ул. вгарина,101 ка задания разности токов. Уставок подключены другие входы второго сумматора, а выход одного из цифроаналоговых преобразователей соединен с од, ним из входов другого компаратора,под5 ключенного другим входом к выходу формирователя пилообразного напряжения

-и соединенного выходом с одним из входов третьего элемента И-НЕ, другой вход которого и другие. входы второго цчетчика и третьего элемента ИПИ подключены к выходу второго. формировате"

stree импульсов, а выход третьего элемен. та И-1IE и выход первого формирователя импульсов соединены с входами четвертого элемента И-НЕ, подключенного выходом с другим входом второго триггера, При этом с выходом второго счетчика соединен вход Йятого формирователя импульсов, к выходу которого подключены вход элемента задержки и один из входов третьего регистра, к выходам которого подключены другие входы первого сумматора, а к другим входам - выходы третье го сумматора, входы которого соединены с выходами блока задания уставок и первого счетчика.