Устройство упреждающего токоограничения

 

1- < «ты т н о т & и и н ч о "-"тъ

c;: :"; Hc ci;. ";MA иц655051

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.02.74 (21) 1994182/24-07 с присоединением заявки Хе (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.03.79. Бюллетень М 12 (54) Дата опубликования описания 30.03.79 (51) М. Кл."Н 02 P 5/16

Государственный комитет (53) УДК 621.316 718 .5(088.8) по делам изобретений открытий (72) Авторы изобретения

В, Г. Каган, С. Л. Рояк и А. П. Усачев

Новосибирский электротехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО УПРЕЖДАЮЩЕГО ТОКООГРАНИЧЕНИЯ

Изобретение относится к электроприводам и может быть использовано в электроприводах постоянного тока с силовыми статическими преобразователями для ограничения тока на заданном уровне в исполнительных механизмах.

Известные устройства токоограничения можно разделить на устройства, работающие по принципу токовой отсечки, и на устройства, построенные на упреждающем принципе токоограничепия. Основными элементами устройств, построенных по первому принципу, являются датчик тока нагрузки и пороговый элемент, сигнал которого при превышении током нагрузки заданного значения воздействует на входы фазосмещающего устройства, уменьшая длительность подключенного состояния нагрузки к источнику питания (1). Основным недостатком таких устройств является возможность превышения мгновенного значения тока нагрузки над заданным уровнем токоограничения вследствие того, что отсечка воздействует на преобразователь только после превышения тока заданного уровня, причем это воздействие сказывается только в следующем такте. Мгновенные превышения тока нагрузки над заданным уровнем очень нежелательны в тиристорных преобразователях с искусственной коммутацией (из-за

2 ограниченной коммутационной способности гасящих узлов) и в транзисторных преобразователях (из-за недопустимой токовой перегрузки транзисторов).

5 От этого недостатка свободны устройства, построенные на упреждающем принципе токоограничения (2).

Ближайшим к предложенному является устройство упреждающего токоограничения

10 (3). Устройство содержит синхронизатор выработки тактовых импульсов, генератор пилообразного напряжения, два нуль-органа, составляющие два фазосмещающих устройства, соответствующие двум каналам

15 управления привода «Вперед» и «Назад», балансный усилитель, два сравнивающих диода и датчик ЭДС двигателя, причем выход синхронизатора соединен со входом генератора пилообразного напряжения, а выход последнего с одним из входов каждого нуль-органа, другой вход каждого из которых подключен к источнику управляющих сигналов и через сравнивающие диоды к соответствующим выходам баласного усилителя, вход которого соединен с выходом датчика ЭДС двигателя.

Однако известное устройство обладает нестабильностью уровня токоограничения вследствие применения балансного усилите30 ля постоянного тока и пониженной точно655051

65 стью токоогранпчения вследствие неидеальности сравнивающих элементов (диодов).

Целью изобретения является повышение стабильности и точности токоограничения.

Поставленная цель достигается тем, что в каждый канал управления введен нульорган, в один из каналов — инвертор и источник смещения, общий на два канала, при этом входы каждого из введенных нульорганов соединены соответственно с в <ходом ГПН, с выходом синхронизатора, с выходом источника смещения и с выходом датчика ЭДС двигателя, причем вход одного нуль-органа соединен с выходом датчика

ЭДС непосредственно, а вход второго — через инвертор, выходы же введенных нульорганов соединены со входами соответствующих нуль-органов фазосмещающего устройства.

Такое устройство обладает повышенной стабильностью и точностью токоограничения вследствие того, что в нем амплитудный способ ограничения диапазона изменения углов отпирания вентилей в функции сигнала датчика ЭДС двигателя заменен фазовым, который не требует наличия балансного усилителя постоянного тока и сравнивающих диодов. Если в известном устройстве, ограничение максимальных углов отпирания вентилей осуществляется путем ограничения максимальных значений соответствующих сигналов управления фазосмещающими устройствами, то в предлагаемом устройстве это достигается путем ограничения прямого хода пилообразного напряжения, действующего на входах нуль-органов ФСУ.

С этой целью с помощью введенных нульоргано формируются специальные импульсы ограничения максимальных углов, длительность которых, а значит, и длительность прямого хода пилообразного напряжения, зависит от величины сигнала ЭДС двигателя.

Изобретение обеспечивает также расширение диапазона токоограничения в электроприводах с ШИП. Это достигается тем, что в каждый канал устройства введены двухтактный триггер Ю-типа и схема отрицания, а в синхронизатор введен канал выработки двух дополнительных импульсов.

При этом информационные входы каждого из введенных триггеров соединены с выходами введенного канала дополнительных импульсов синхронизатора, а тактовые входы один непосредственно, а другой через схему отрицания — с выходом соответствующего нуль-органа. Выходы триггеров соединены со входами соответствующих нульорганов и, кроме того,— с логической частью системы управления преобразователем.

Такое устройство обеспечивает ограничение тока якоря на любом заранее заданном уровне вследствие того, что в режиме торможения при значениях eÄ)eg — — Iyp R ц.

55 (т. е. при которых в режиме торможения противовключением ток якоря будет превышать заданный уровень) торможение осуществляется с помощью режима регулируемого динамического торможения (РДТ), который позволяет ограничить ток якоря на уровне меньшем, чем е„max/Raц. Это видно из уравнения тока в данном режиме

e„— (1 —;) U

Ir — R ° я.ц.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 — диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство осуществляет токоограничение при работе электропривода как «Вперед», так и «Назад» и в соответствии с этим выполнено в виде двух каналов, каждый из которых содержит нуль-орган (НО) 1, 2 выработки импульса ограничения максимального угла отпирания вентилей и нуль-орган

3, 4 фазосмещающего устройства (ФСУ) 5, а один из каналов содержит еще и инвертор б. Кроме того, в устройство входят датчик

ЭДС двигателя 7, источник смещения 8, генератор пилообразного напряжения (ГПН) 9 и синхронизатор 10 выработки тактовых импульсов (выход 11), общие на два канала. При этом входы нуль-органа 1 и 2 соединены соответственно с выходом НПН 9, с выходом 11 синхронизатора 10, с выходом источника смещения 8 и с выходом датчика

ЭДС двигателя 7, причем вход НО 1 непосредственно, а вход НО 2 — через инвертор 6. Выходы нуль-органов 1 и 2 соединены со входами НО 3 и 4 соответственно, другие входы которых подключены к выходу ГПН 11 и к источнику управляющих сигналов.

Устройство включает в себя, кроме того, два двухтактных триггера RS-типа 12, 13, две схемы отрицания 14, 15 и канал формирования двух дополнительных импульсов в синхронизаторе 10 (выходы 16, 17). Информационныс входы триггеров 12, 13 соединены с выходами 16, 17 синхронизатора 10. Тактовые входы этих триггеров соединены с выходами нуль-органов 1 и 2 соответственно, причем единичный тактовый вход — непосредственно, а нулевой — через схему отрицания 14 и 15 соответственно.

Выходы триггеров 12 и 13 соединены со входами нуль-органов 1 и 2 соответственно и, кроме того, поступают на вход логической части системы управления преобразователем (не показанной на схеме). В устройство также введен инвертор 18.

Устройство работает следующим образом.

Нуль-орган 1 и 2 вырабатывают импульсы ограничения максимального угла отпирания вентилей (фиг. 2е, п), которые, суммируясь на входах нуль-органов 3 и 4 ФСУ

5 с сигналом ГПН определяют длительность прямого хода опорного напряжения, 655051 тУ вЂ”, ця

Я вЂ” - R

Я.tt.

65 т. с. диапазон изменения углов отпирания вентилей (фиг. 2,р, с).

Формирование импульсов ограничения максимального угла отпирания вентилсй в функции сигнала датчика ЭДС двигателя производится с помощью НО 1 и 2, которые изменяют свое состояние при изменении знака суммы входных сигналов (фиг. 2,д, е, к, n).

При е„=0, длительность импульса ограничения максимального угла отпирания вентилей Т,„р определяется напряжением источника смещения 8 U,„, (фиг. 2,д, е, к, л).

При увеличении ея длительность импульса Т„„„работающего канала/выход НО 2 или 1 уменьшается до минимальной величины (фиг. 2,к,л), определяемой длительностью тактового импульса (фиг. 2,а), а диапазон изменения угла отпирания вентилей работающего канала увеличивается до максимального (фиг. 2,с). Неработающий канал в это время подготавливается к работе. Длительность импульса Т„р этого канала (выход НО 1 или 2) увеличивается (фиг. 2,е), уменьшая диапазон изменения угла отпирания вентилей (фиг. 2, р).

При реверсировании каналов управления будет работать ранее неработавший канал (нуль-органы 1 или 2, 3 или 4), обеспечивая сначала режим торможения противовключением и далее разгон в двигательном режиме. При этом длительность импульсов ограничения максимальных углов отпирания вентилей этого канала (выход нуль-органа 1 или 2) будет уменьшаться, обеспечивая поддержание тока якоря на уровне, равном уставки токоограничения. Длительность импульсов Т„,р неработающего канала при этом будет увеличиваться.

Таким образом, введением в устройство упреждающего токоограничения двух нульорганов, источника смещения и инвертора и организацией вышеупомянутых связей обеспечивается ограничение тока якоря двигателя на заданном уровне, причем это достигается путем ограничения «прямого» хода пилообразного напряжения на входах нуль-органов ФСУ с помощью специальных импульсов, что не требует балансного усилителя и сравнивающих диодов. В результате этого повышается стабильность и точность токоограничсния.

Описанное устройство, так >ке как и прототип, при использовании его в электропрп«одах с широтно-импульсными преобразователями (ШИП) может обеспечить ограничение тока якоря только на уровне большем, чем величина е „,/14 ц (как правило, эта величина примерно равна I„а,), т. е. ограничение тока с помощью этого устройства возможно лишь на уровне от =1„, до 21я.а, Это вызвано тем, что данное устройство обеспечивает торможение двигателя только в режиме противовключения, при котором

ТоК ЯкоРЯ Нс может 6bITb IIcHblllc, Ilcll личина " . Действительно, среднее значеЯ. tt. ние тока якоря в этом режиме определяется выражением где у — скважность, относительная длительность подключенного состояния двигателя к источнику питания; U — напряжение источника питання.

Из описанного выражения видно, что oI.раничение тока якоря в этом режиме путем соответствующего ограничения максимальных углов отпиоания вентилей (скважности) возможно только HB УРовнЯх 1„„,р)

) е„/Я„ц, т. е. только на уровнях больше, чем

=I„.,„. Если в данном устройствеустановить уставку уровня токоограничения 1„( (ея гаях/Ря,ц, то при реверсировании (или при торможении) с максимальной скорости (или с любой другой, но большей скоростью, при которой е,=е,5 — — I„.R„It ток якоря будет поддерживаться на уровне уставки токоограничения только при e„(e„,. На участке же снижения ЭДС (скорости) от е„m,, до

e,1ток якоря будет превышать уставку токоограничения, снижаясь от величины I„=

=Ея max/R5I ц Iц я Прн МаКСИМа IbHOH СКОрости, до величины

1Я вЂ” R — 1то

Я.tt, Двухтактный триггер 12 (13) каждого канала осуществляет формирование логического сигнала динамического торможения (фиг. 2,и). Наличие этого сигнала соответствует величине ЭДС якоря e„)e„„l. Этот сигнал поступает в логическую часть устройств управления преобразователем для изменения алгоритма управления вентилями преобразователя соответствующего канала с целью организации режима регулируемого динамического торможения. Кроме того, этот же сигнал подается на вход нульоргана 1 (2), скачком изменяя длительность импульса ограничения максимальных углов отпирания вентилей (или для ШИП— скважностп) от максимального значения до минимального (фиг. 2, и, д, е) и наоборот (фиг. 2, и, д, е), обеспсчивая тем самым постоянство уровня токоогранпчсния при смене режимов торможения (так, при eÄ=eÄl в режиме торможения противовключением длительность импульса ограничения максимальной скважности Т„р должна быть максимальной и равной периоду, а в режимы

РДТ при этом же значении ея длительность импульса Т,„р должна быть минимальной и равной Т„р,д„).

Опрокидывание триггера 12 (13) осуществляется следующим образом.

При совпадении тактируемого импульса (импульс с выхода нуль-органа 1 на фиг. 2,е) 655051 и информационного импульса (импульс с выхода 16 синхронизатора 10, который предшествует тактовому импульсу, фиг.

2,а, в) на единичном входе триггера 12 (фиг. 2,яс), он переходит в единичное состояние (фиг. 2,и). При совпадении же тактируемого импульса (импульс со схемы отрицания 14) и информационного импульса (импульс с выхода 16 синхронизатора 10, следующий сразу же за тактовым, фиг.

2а, б) на нулевом входе триггера 12 (фиг. 2,з) он переходит в нулевое состояние. Другими словами, триггер опрокидывается в «единицу» при стремлении длительности импульса Т„р (выход нуль-органа 1) к максимальному значению, что соответствует стремлению максимальной скважности к «нулю», а в нуль — при стремлении длительности импульса Т„,р к своему минимальному значению. Параметры схемы при этом настраиваются таким образом, что моменты опрокидывания триггера соответствуют величине ЭДС якоря двигателя, равной ея — — е., = I„. 9..<.

Тогда при значениях e„(e„l совпадений импульсов на единичных входах триггеров не будет, и триггеры будут находиться в нулевом состоянии, а прп значениях е„)е торможение будет осуществляться в режиме динамического торможения, так как соответствующий триггер при этом будет находиться в единичном состоянии (фиг. 2,и).

Торможение будет продолжаться до тех пор, пока е„не снизится до величины е„ и триггер не перейдет в нулевое состояние.

Таким образом, введение в устройство двух двухтактных триггеров PS-типа, схемы отрицания и канала выработки двух дополнительных импульсов в синхронизатор и организация вышеописанных связей обеспечивает достижение поставленной цели— расширение диапазона токоограничения в электроприводах с ШИП.

Формула изобретения

1. Устройство упреждающего токоограничения, содержащее синхронизатор выработки тактовых импульсов, соединенный с генератором пилообразного напряжения, выход которого подключен ко входам двух нуль5

Зо

50 органов фазосмещающего устройства, другой вход каждого из которых подключен к источнику управляющих сигналов, и датчик

ЭДСдвигателя, отличающееся тем,что, с целью повышения стабильности и точности токоограничения в каждый канал управления введен нуль-орган, в один из каналов — инвертор и источник смещения, общий на два канала, при этом входы каждого из введенных нуль-органов соединены соответственно с выходом генератора пилообразного напряжения, с выходом синхронизатора, с выходом источника смещения и с выходом датчика ЭДС двигателя, причем вход одного нуль-органа соединен с выходом датчика ЭДС непосредственно, а вход другого — через инвертор, выходы же введенных нуль-органов соединены со входами соответствующих нуль-органов фазосмещающсго устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью расширсния диапазона токоограничения в элсктроприводах с широтно-импульсными преобразователями, в каждый канал управления введены схема отрицания и двухтактный триггер RS-типа, а в синхронизатор введен канал выработки двух дополнительных импульсов, при этом информационные входы каждого из введенных триггеров соединены с выходами введенного канала дополнительных импульсов синхронизатора, причем один из тактовых входов непосредственно, а другой — через схему отрицания соединены с выходом соответствующего нуль-органа, выходы жетриггеров соединены со входами соответствующих нуль-органов и с логической частью системы управления преобразователем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гольц М. Е. и др. Автоматизированные электроприводы постоянного тока с широтно-импульсными преобразователями. М., «Энергия», 1972, с. 61 — 79.

2. Каган В. Г. и др. Нелинейные системы с тиристорами. М., «Энергия», 1968, с. 28—

35.

3. Козин В. М., Марченко Я. Е. Управляющие устройства тиристорных преобразователей для электроприводов постоянного тока, М., «Энергия», 1971, с. 49 — 52.

1355051 ().

dbxc. 3 г, 2я ляал !

E ллаа.-ы аагна,1а(( гл-,".;а j

Зыа3 Г

edorru(r- е

dxod 22 визою акаа22 3

dbrxod;2 а

E bxodrrbr

ouerranori о-гла 2

l ( ( ( ( и ( ( (I

Bbrxodr3 а

У Sxodныл сагнаяИ аа-а а 3 (2 &каРилл

cob, ono. ;-,- г (Ын / хг

Составитель В. Кузнецова

Техред Н, Строганова

Редактор В. Левятов

Корректор Е. Хмелева

Заказ 185/18 Изд. № 216 Тираж 865 Подписное

НПО Государственного комитета по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2.янган 2 гяаниа-!

rb. U

Влад 23

dxOdr3!

1 (l (!