Устройство для релейного регулирования тока тягового электродвигателя

 

Изобретение относится к транспорту. Цель изобретения - повышение качества регулирования и надежности. Формирование отпирающих и запирающих импульсов для тиристорного преобразователя 1, питающего от источника 5 постоянного тока якорную цепь 2 тягового электродвигателя, осуществляется по результату сравнения в компараторе 7 сигналов от датчика 3 тока и задатчика 49 тока элементами 6-27 устройства. Частота и пульсация регулируемого по релейному принципу тока снижаются в устройстве путем коррекции уставки от задатчика 49 элементами 41-50 посредством текущей цифровой коррекции. При этом среднее значение регулируемого тока поддерживается практически постоянным на заданном уровне за счет устранения статической ошибки регулирования элементами 28-40. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 60 L 1 5/04

ОПИОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4611291/31-!1 (22) 01.11.88 (46) 30.09.90. Бюл. № 36 (71) Научно-исследовател ьский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) Ю. В. Колоколов, А. И. Бухал и Ж. T. Жусубалиев ,(53), 621.314.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1403320, кл. Н 02 Р 5/175, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЛЕЙНОГО

РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ТЯГОВОГО

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к транспорту.

Цель изобретения — повышение качества,.SU„„1595706 A 1

2 регулирования и надежности. Формирование отпирающих и запирающих импульсов для тирис тор ного преоб разов ател я 1, п итающего от источника 5 постоянного тока якорную цепь 2 тягового электродвигателя, осуществляется по результату сравнения в компараторе 7 сигналов от датчика 3 тока и задатчика 49 тока элементами 6 — 27 устройства.

Частота и пульсация регулируемого по релейному принципу тока снижаются в устройстве путем коррекции уставки от задатчика 49 элементами 41 — 50 посредством текущей цифровой коррекции. При этом среднее значение регулируемого тока поддерживает ся практически постоянным на заданном уровне за счет устранения статической ошибки регулирования элементами 28 — 40.

2 ил.

1595706

Изобретение относится к транспорту, в частности к устройствам для релейного регулирования тока тягового электродвигателя.

Цель изобретения — повышение качества регулирования и надежности.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 (а — г) — временные диаграмм поясняющие работу устройства.

Устройство содержит тиристорный преобразователь 1, включенный последовательно с якорной цепью 2 электродвигателя и датчиком 3 тока, шунтированными диодом 4 и подключенными к источнику 5 питания по. стоянного тока, к выходу датчика 3 тока подключены через формирователь 6 пилообразного напряжения, вход компаратора 7, через первый формирователь 8 импульсов вход триггера 9 и непосредственно — — один из входов элемента И IO.

Выход компаратора 7 подключен к другому входу триггера 9 и через первый элемент HE 11 к одному из входов первого элемента И-НЕ 12. Выход триггера 9 подключен к другому входу элемента И 10, подключенного выходом к входам второго и третьего элементов И-НЕ 13 и 14. Выходы элементов И-НЕ 12 и 14 подключены к входам второго триггера 15, выходы которого подключены через второй формирователь !6 импульсов соответственно к другому входу элемента

И-HF 14 и через третий формирователь 17 импульсов, соответственно к другому входу элемента И-НЕ 12. Второй элемент HE 18, вход которого предназначен для подключения командоаппарата «Пуск», подключен выходом к второму входу элемента И-НЕ 13, к одному из входов третьего триггера 9 и к одному из входов четвертого элемента И-HF 20. Выход элемента 13 подключен к другому входу триггера 19, выход которого подключен к другому входу элемента ИНЕ 20, третий вход которого подключен к первому генератору 21 импульсов, а выход— к одному из входов пятого элемента

И-HE 22. Другой вход элемента 22 подключен к одному из выходов триггера 15 через формирователь 23 импульсов, а выход через первый усилитель 24 к одному из управляющих входов преобразователя 1, другой управляющий вход которого через последовательно соединенные пятый формирователь 25 импульсов, третий элемент НЕ 26 и второй усилитель 27 импульсов — к другому входу триггера 15., Шестой элемент

И-НЕ 28 через шестой и седьмой формирователи 29 и 30 подключен входами к выходам формирователей 17 и 16 импульсов, а выходом — к одному из входов четвертого триггера 31 и через четвертый элемент

HE 32 — к одному из входов первого элемента ИЛИ 33. Другой вход элемента ИЛИ

33 через восьмой формирователь 34 импульсов подключен к выходу датчика 3 тока.

Выход триггера 31 подключен к одному из

55 входов счетчика 35 и через девятый формиро ватель 36 импульсов — к одному из входов пятого триггера 37. Другой вход триггера 37 через десятый формирователь 38 импульсов подключен к выходу датчика 3 тока, один из выходов — к одному из входов второго элемента И 39, другой вход которого подключен к второму генератору 40 импульсов, а выход — к другому входу счетчика 35. Одни из входов регистров 41 и 42 подключены к одному из выходов одиннадцатого формирователя 43 импульсов, вход которого подключен к второму выходу триггера 37, а другой выход — к одному из входов третьего регистра 44. Вторые входы регистров 41, 42 и 44 подключены к выходу двенадцатого формирователя 45 импульсов, вход которого предназначен для подключения командоаппарата «Пуск». Третий вход регистра 41 подключен к выходу счетчика 35, а выход — к одному из входов первого сумматора 46, другой вход которого подключен к выходу регистра 42, а выход — к третьему входу регистра 44. Выход регистра

44 через блок 47 инверторов подключен к первому входу второго сумматора 48, второй вход которого подключен к задатчику 49 тока, а выход — к третьему входу регистра 42 и входу цифроаналогового преобразователя 50, соединенного выходом с другим входом компаратора 7.

На временных диаграммах представлены кривые цепи 2 обозначены: а — ток якорной цепи 2 электродвигателя; б — напряжение на выходе датчика 3 тока; в — напряжение на выходе формирователя 8; г — напряжение на выходе формирователя 6 пилообразного напряжения; д — напряжение на выходе компаратора 7; e — напряжение на выходе триггера 9; мс — напряжение на выходе элемента 10; з — напряжение на выходе элемента И-НЕ 28; и — напряжение на выходе формирователя 34; к — напряжение на выходе формирователя 38; л — напряжение на выходе триггера 31; л — напряжение на выходе триггера 37; и — напряжение на выходе элемента И 39; о — напряжение на входе формирователя 45 и элемента И !8;

n — напряжение на выходе триггера 19; р — напряжение на выходе элемента НЕ 11; с — напряжение на выходе элемента И 10; т — напряжение на прямом выходе триггера 15; у — напряжение на инверсном выходе триггера 15; ф — напряжение на выходе формирователя!7; х — напряжение на выходе формирователя 16; ц — напряжение на выходе элемента И-НЕ 22; ч — напряжение на выходе элемента НЕ 26; ш — ток якорной цепи 2 электродвигателя; и — напряжение на коммутирующем конденсаторе тиристорного преобразователя 1; и — напряжение на выходе преобразователя 50; э — напряжение на выходе формирователя 30; ю — напряжение на выходе формирователя 29; я — — напряжение на выходе элемента И-НЕ 28.

1595706

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии ток (кривая а на фиг. 2) электродвигателя равен нулю, датчик 3 якорного тока имеет первоначальную частоту следования выходных импульсов напряженна (кривая б на фиг. 2), по отрицательным перепадам которых формирователем 8 импульсов формируются импульсы напряжения (кривая б на фиг. 2). Каждый полупериод напряжения (кривая б на фиг. 2), когда оно равно О, формируется пилообразное напряжение (кривая г на фиг. 2) формирователем 6. Напряжение (кривая г на фиг. 2) сравнивается с постоянным напряжением заданной .уставки, поступающего с цифроаналогового преобразователя 50, при напряжении, большим U на выходе компаратора 6 формируется импульс напряжения (кривая д на фиг. 2) 55, равный О. Импульсы напряжения формируются каждый период следования импульсов напряжения с датчика 3 якорного тока при токе электродвигателя 0(I(17 и предназначены для формирования импульсов открывания тиристорного преобразователя 1. Импульсы закрывания тиристорного преобразователя формируются триггером, элементом

И 10 и формирователем 8 импульсов при

1)1„.

При 0(I(I триггер 9 переключается «О» напряжейия с формирователя 8 импульсов и напряжением с компаратора 7.

Совпадение сигналов (кривая д — е на фиг. 2) с выхода триггера 9 на входах элемента 10 не наступает. Напряжение (кривая ж на фиг. 2) на выходе элемента И 10 равно О. Напряжение (кривая о на фиг. 2) на входе устройства равно 1. Напряжение на выходе элемента НЕ 18 равно О и запрещает пропускание импульсов с генератора 21 через элемент И-НЕ 20. Импульсы с выхода компаратора 7 инвертируются элементом

HE 11, с выхода которого импульсы напряжения (кривая р на фиг. 2) через элемент И-НЕ 12 устанавливают триггер 15 в исходное состояние (импульсы напряжения, кривая с на фиг. 2, на выходе элемента И 10 не формируются) с напряжением (кривая г на фиг. 2) равным 1, на прямом выходе и напряжением (кривая у на фиг. 2) равным О, на инверсном. Напряжения (кривая ф, х на фиг. 2) на выходах формирователей 17, 16 равны 1. Импульсы на выходах элементов

И-НЕ 22 и НЕ 26 в исходном состоянии отсутствуют, соответственно, напряжения (кривая ц, ч на фиг. 2) равны О. По положительному перепаду напряжения (кривая о на фиг. 2) срабатывает формирователь импульсов 45, устанавливающий регистры 41, 42 и 44 в нулевое состояние.

Ток якорной цепи 2 равен нулю, напряжение (кривая и! на фиг. 2) на коммутирующем конденсаторе тиристорного преобразователя 1 равно — U. На выходах формирователей 29, 30 напряжения (кривая э, ю на фиг. 2) равны О.

По положительным и отрицательным перепадам импульсов, поступающих с датчика

3 тока, соответственно срабатывают формирователи 34, 38 импульсов (кривая и, к на фиг. 2). Импульсы с выхода формирователя 34 через элемент ИЛИ 33 поступают на R-вход триггера 31, устанавливая его в исходное состояние с напряжением (кривая л на фиг. 2), равным О на выходе.

Импульсы с формирователя 38 устанавливают триггер 37 в исходное состояние с напряжением (кривая м на фиг. 2) на выходе, равным О. Напряжение (кривая м на фиг. 2) на выходе элемента И 38 равно О. В исходном состоянии счетчик 35, регистры 41, 42, 44 сумматор 46 не работают. Информация с задатчика 49 тока уставки через сумматор 48 и цифроаналоговый преобразователь 50 поступает на вход компаратора 7.

Процесс регулирования осуществляется следующим образом.

В момент времени ti на вход «Пуск» устройства подается напряжение (кривая с на фиг. 2) равное О. Импульсы с генератора 21 проходят через элементы И-НЕ 20 и 2! (кривая и на фиг. 2) усилитель 24 и открывают тиристорный преобразователь 1 в момент времени tz. Ток якорной цепи (кривая 51) нарастает). По мере нарастания тока и частоты следования и импульсов (кри30 вая б на фиг. 2) с выхода датчика 3 якорного тока уменьшается амплитуда пилообразного напряжения (кривая г на фиг. 2).

Как только последняя уменьшается до величины меньшей 11,, что соответствует достижению током якоря уровня уставки I„, прекращается формирование компаратором 7 импульсов напряжения. Вслед за этим по первому спадающему фронту напряжения (кривая б на фиг. 2) поскольку триггер 9 не перебросился в состояние «О» на выходе, про-исходит совпадение сигналов на входах элемента И 10, а на его выходе формируется напряжение (кривая ж на фиг. 2) с уровнем 1.

На фиг. 2 моменту времени достижения

45 током якорной цепи уровня тока уставки I„соответствует t3 (кривая ш на фиг. 2).

В момент времени t3 исчезают импульсы напр яж ения на выходе компаратора 7, формируются импульсы напряжения. На выходе элемента И 10, который перебрасывает

50 триггеры 15, 19 в противоположное состояние с напряжениями на выходах соответственно (кривая т, у, и на фиг. 2). Напряжение на выходе триггера 19 при этом остается равным О до переброса триггера 19 в исходное состояние напряжением (кривая о на фиг. 2) на входе «Пуск» устройства, равным l.

По положительному перепаду напряжения (кривая у на фиг. 2) формирователь 25

1595706 генерирует импульс напряжения, который через элемент НЕ 26 и усилитель 27 закрывает

THpHcTopHbIH преобразователь 1.

Одновременно напряжением (кривая и на фиг. 2) блокируется прохождение импульсов с генератора 21 через элемент ИНЕ 20.

Одновременно по положительному перепаду напряжения (кривая у на фиг. 2) генернруется импульс напряжения (кривая ф на фиг. 1), который блокирует прохождение импульсов напряжения с коммутатора 7 через элемент НЕ 11. Длительность импульсов напряжения соответствует времЕни перезаряда коммутирующего конденсатора тиристорного преобразователя 1, тем самым исключается срыв работы тиристорного преобразователя преждевременным прохождением импульсов напряжения на отк11ывание тиристорного преобразователя 1.

Одновременно идет перезаряд коммутирующего конденсатора с напряжением (кривая и! на фиг. 2) тиристорного преобразователя 1. Ток якорной цепи спадает.

По окончании импульса напряжения (кривая ф на фиг. 2) первый импульс напряжения компаратора 7 перебрасывает триггер 15 в исходное состояние. По положительному перепаду напряжения (кривая т на фиг. 2) формирователь 23 генерирует импульс напряжения, который через элемент

И-НЕ 22 (кривая q на фиг. 2) и усилитель 24 открывает тиристорный преобразователь 1.

Одновременно формирователь 16 генерирует импульс напряжения (кривая к на фиг. 2), который блокирует прохождение импульсов напряжения на закр ывание тиристорного преобразователя 1 через элемент

И-НЕ 14. Одновременно идет перезаряд коммутирующего конденсатора тиристорного преобразователя 1.

Частота вращения электродвигателя увеличивается, автоколебательный процесс регулирования тока якорной цепи повторяется.

При значениях коэффициента заполнения у тиристорного преобразователя 1, меньших

0,5, скорость нарастания тока якоря больше скорости спадания. Поэтому нарастание тока якоря происходит только в зоне действия блокирующих импульсов с выхода формирователя 16. При этом частота регулирования тока якорной цепи будет минимальной при максимальной скорости нарастания тока в начальный момент регулирования, а. импульсы напряжения не оказывают активного воздействия на параметры регулируемого тока, так как процесс спадания тока значительно медленнее процесса нарастания.

Соответственно колебания тока осуществляют выше уровня тока уставки.

При равенстве скоростей нарастания и спадания тока якорной цепи период регулирования будет равен сумме двух одинаковых по длительности блокирующих импульсов напряжения (кривая ф, х на фиг. 2). При этом

25 коэффициент заполнения у тиристорного преобразователя 1 равен 0,5, частота колебания тока максимальная. Дальнейшее увеличение скорости спадания тока якорной цепи по мере увеличения скорости вращения электродвигателя приводит к тому, что импульсы напряжения (кривая х на фиг. 2) перестают оказывать блокирующее действие на импульсы напряжения с выхода компаратора 7. В то же время импульсы напряжения начинают определять время спадания тока якорной цепи. Колебание тока при у большим 0,5 происходят ниже уровня тока уставки. С увеличением частоты вращения электродвигателя и увеличением скорости спадания тока якорной цепи уменьшается частота колебаний.

П роцесс коррекции тока уставки осуществляется каждый период регулирования сл едующи м образом.

Импульсы напряжения (кривая ф, х на фиг. 2) поступают соответственно на формирователии 29, 30 импульсов, которые формируют импульсы напряжений (кривая э, ю на фиг. 2), поступающие на элемент И-НЕ 28.

С выхода элемента И-НЕ 28 импульсы напряжения (кривая я, з на фиг. 2) в момент совпадения импульсов (кривая э, ю на фиг. 2), формируемых по фронтам блокировочных импульсов (кривая ф, х на фиг. 2) триггер 31 устанавливается в состояние с «1» на выходе. Элементы НЕ 32, ИЛИ 33 исключают возможность одновременного поступления на R- u S-входы триггера 31 логического «О». Импульсы с датчика 5 тока запускают формирователи 34, 38 импульсов, срабатывающие соответственно по положительному и отрицательному перепадам и формирующих соответственно напряжения (кривая и, к на фиг. 2). Импульсами напряжения (кривая и на фиг. 2) триггер 31 устанавливается в состояние с «О» на выходе).

Импульсом напряжения (кривая к на фиг. 2) счетчик 35 сбрасывается в нулевое состояние. Отрицательным перепадом напряжения (кривая л на фиг. 2) запускается формирователь 36, с выхода которого логическим «О» триггер 37 устанавливается в «1», а импульсами напряжения (кривая к на фиг. 2) сбрасывается в исходное состояние с «О» на выходе. Сформированный импульс (кривая м на фиг. 2) заполняется при помощи элемента И 39 импульсами высокой частоты, поступающими с выхода генератора 40.

50 На выходе элемента И 39 формируются импульсы напряжения, количество которых, укладывающихся в промежуток времени, равный длительности полупериода напряжения (кривая б на фиг. 2) с датчика 5 тока, когда он равен «1», обратно пропорциональ55 но величине тока якорной цепи в этом промежутке и равно дополнительному коду на выходе счетчика 35, который ведет счет на уменьшение.

1595706

Л„

Il Il Igу (2) где I значение кода уставки в п-ый период счета;

I„— значение кода эталонной уставки.

Скорректированное значение тока текущей уставки записывается в регистр 42 и преобразуется с помощью цифроаналогового преобразователя 50 в напряжение, поступающее на вход компаратора 7.

Как видно из работы устройства повышение качества регулируемого тока достигается коррекцией уровня тока уставки одновременно с изменением коэффициента заполнения тиристорного преобразователя, частоты и соответствующего изменения пульсаций регулируемого тока. При этом среднее значение регулируемого тока при релейном способе его регулирования поддерживается практически постоянным на заданном уровне за счет устранения достаточно точно определяемой заявленным устройством статической ошибки регулирования тока посредством текущей цифровой коррекции тока уставки, что особенно важно при программном автоведении скоростного электрического подвижного состава и прицельном его торможении.

Формула изобретения

Устройство для релейного регулирования тока тягового электродвигателя, содержащее

Положительным перепадом напряжения с инверсного выхода триггера 37 запускается формирователь 43 импульсов, напряжением, снимаемым с прямого выхода последнего, осуществляется запись информации в регистры 41, 42. Текущее значение тока якорной цепи в виде дополнительного кода записывается в регистр 41 и суммируется с кодом текущего тока уставки. При этом вычисляется

b,„= I I„, (1) гдето„— величина отклонения за текущий п-ый период счета значения тока якорной цепи от тока уставки предыдущего (п — 1) периода счета;

I 1 — значение кода тока уставки (n — 1) периода счета;

I„текущее значение тока якорной цепи в и-ый период счета.

Далее полученный код с сумматора 46 по положительному перепаду напряжения с инверсного выхода формирователя 43 автоматически делится на 2 (благодаря вышеописанному подключению сумматора 46 и регистра 44), записывается в регистр 44 и поступает в блок инверторов 47, который, инвертируя прямой код, преобразует его в обратный, поступающий на сумматор 49, В задатчике 49 тока содержится сумма значений кода эталонной уставки и единицы (которая преобразует в сумматоре 48 обратный код величины Л„в дополнительный) I +1, поступающая на сумматор 48, где реализуется формула тиристорный преобразователь, включенный последовательно в цепь источника питания постоянного тока с шунтированными обратным диодом обмотками электродвигателя и датчиком тока, выход которого подключен соответственно через формирователь пилообразного напряжения и компаратор к одному из входов первого триггера и через первый элемент НŠ— к одному из входов первого элемента И-НЕ, непосредственно к одному из входов первого элемента И, а через первый формирователь импульсов — к другому входу первого триггера, соединенного выходом с другим входом первого элемента И, выход которого подключен к одному из входов второго и третьего элементов

И-НЕ, подключенного выходом к одному из входов второго триггера, другой вход которого подключен к выходу первого элемента

И-НЕ, а первый и второй выходы через второй и третий формирователи импульсов— к другим входам соответственно третьего и первого элементов И-НЕ, второй элемент НЕ, вход которого предназначен для подключения командоаппарата «Пуск», а выход соединен с одним из входов четвертого эле25 мента И-НЕ одним из входов третьего триггера и другим входом, второго элемента

И-НЕ, соединенного выходом с другим входом третьего триггера, выход которого подключен к второму входу четвертого элемента И-НЕ, третий вход которого соединен с

30 выходом первого генератора импул ьсов, а выход — с одним из входов пятого элемента И-НЕ, подключенного другим входом к выходу четвертого формирователя импульсов, а выходом через четвертый усилитель импульсов к одному из управляющих входов

35 тиристорного преобразователя, другой управляющий вход которого через второй усилитель импульсов и третий элемент НЕ подключены к выходу пятого формирователя импульсов и задатчик тока, отличающееся

40 тем, что, с целью повышения качества регулирования и надежности, оно снабжено блоком инверторов, счетчиком, элементом ИЛИ регистрами, сумматорами, цифроаналоговым преобразователем и дополнительными триггерами, генератором импульсов, элемента45 ми И, элементом НЕ, элементом И-НЕ и формирователями импульсов, входы шестого и седьмого которых подкл ючены к в ыходам третьего и второго формирователей импульсов, а выходы — к одному и другому входам шестого элемента И-НЕ, подключенйого

50 выходом к одному из входов четвертого триггера и через четвертый элемент НЕ— к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого через восьмой формирователь импульсов подключен к выходу датчика тока, а выход — к другому входу четвертого триггера, соединенного выходом с одним из входов счетчика и через девятый формирователь импульсов — с первым входом пятого триггера, другой вход которого через десятый

1595706

/ / -,— сс :,3 па.с .п с с

c c с 1

/ с с с 2 — ссс,. Г сс г:1 1 .

Jr ï — / — - / сс"

/c rã — l

l . ) ШШШ! ШШШ)ЩЦШ(ЩСДUUUIIIII!UILLi/

c:-.LUUIIILIIUIUIIUIU! пЦ,U!UUUUUULUI LILII ) / С

/ ..... л Г.:"/ с 1 /з/:т

° 1. / с ..1 / с

7/j./LС..1... / / LJ1

/,! дс 1, а — - . сссс - — — — сс с л ы л ы Илшы ы ш

IIiuz 2

Составитель Н. Кецорис

Редактор М. Товтин Техред А. Кравчук Корректор О. Кравцова

Заказ 2879 Тираж 386 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4)5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 10! формирователь импульсов подключен к выходу датчика тока, первый выход — к входу одиннадцатого формирователя импульсов, соединенного раздельными входами с одними из входов первого, второго и соответственно третьего регистров, а второй выход — к первому входу элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго. генератора импульсов, а выход — к другому вхОду счетчика, при этом вход двенадцатого формирователя импульсов предназначен для подключения командоаппарата «Пуск», а выход соединен с другими входами регистрое, третий вход первого из которых подключен к выходу счетчика, а выход — к одному из входов первого сумматора, соединенного вторым входом с выходом второго регистра, а выходом — с третьим входом третьего регистра, выход которого через блок инверторов подключен к первому входу второго сумматора, другой вход которого подключен к задатчику тока, а выход — к третьему входу третьего регистра и к входу цифроаналогового преобразователя, подключенного выходом к другому входу компаратора, причем первый и второй выходы второго триггера подключены соответственно к входам четвертого и пятого формирователей импульсов.