Двухпозиционная система регулирования тока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (;917178

Союз Советски»

Социалистически»

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) 3aRs»e o 10. 04. 78 (21) 2600476/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (51)М. Кл.

6 05 F 1/10

3всуаарспеакый кемвтет

СССР

Ro делен изебретеник и открытий (53) УДК 621.314. . 1 (088. 8) Опубликовано 30.03.82. Бюллетень № 12

Дата опубликования описания 30.03.82 (72) Авторы изобретения

Б.М. Боченков, В. Г. Каган, С. Л, Ро (7!) Заявитель

Новосибирский элекгротехнически (54) ДВУХПОЗИЦИОННАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТОКА

,Изобретение относится к импульсным системам автоматического регули" рования и может быть использовано в электроприводах систем: автоматики.

Известна двухпозиционная система регулирования тока с несимметричным законом переключения, состоящая из сравнивающего элемента, схемы формирования, ключевого преобразователя, измерителя тока и нагрузки. Схема формирования включает в себя дватриггера, четыре компаратора уровня с изменяемым порогом срабатывания и четыре запоминающих элемента(Ц, Такая система осуществляет несимметричный закон переключения силовых ключей, при котором, как известно, требуемая частота коммутации при заданной величине пульсаций тока в два раза ниже, чем при сим". метричном законе, а, соответственно, „ и выше энергетические показатели системы. Одна она. обладает люфтом по входному си гналу, т.е. в некоторой области измейения входного сигнала управления силовые ключи не включаются и в нагрузке ток .

3 отсутствует. Регулировочная характеристика оказывается нелинейной, что не позволяет применять такую систему в устройствах с высокими требованиями к показателям качества регулироВания.

Наиболее близкой к предлагаемой является двухпоэиционная система регулирования тока, содержащая соединенные последовательно источник входного сигнала, компаратор уровня, логическое устройство, ключевой преобразователь напряжения, цепь нагрузки и датчик тока, выход которого подключен ко второму входу компаратора о уровня 123.

Компаратор уровня обладает харак" теристикой типа "гистереэис" и переключается в то или другое состоя" ние, когда сигнал с выхода датчика

3 91717 тока становится больше или меньше входного сигнала управления на величину, определяемую шириной петли гистерезиса, Ширина петли гистерезиса равна Вц.

Такая система регулирования тока

S имеет линейную регулировочную характеристику во всем диапазоне изменения . входного сигнала, что обеспечивается . благодаря симметричному закону пе-.. реключения силовых ключей, который характеризуется тем., что на нагрузку всегда подается двуполярное прямоугольное напряжение. Однако это же и обуславливает низкие энергетические показатели системы, так. как при симметричном законе коммутации требуется повышенная частота переключения силовых ключей прй заданной величине пульсаций. тока.

Целью изобретения является повы20 шение энергетических показателей системы при сохранении линейности регулироаочной характеристики.

Поставленная цель достигается тем, что в двухпозиционную систему регулирования тока, содержащую соединенные последовательно источник входного сигнала, компаратор уровня, логическое устройство, ключевой пре" образователь напряжения, цепь нагруз30 ки и датчик тока, причем выход датчика тока подключен ко второму входу компаратора уровня, введены второй и третий компараторы уровня и дифференцирующая цепь, причем второй компаратор уровня подключен одним входом к выходу первого компаратора, другим входом - к датчику тока, и выходом подключен через дифференцирующую цепь ко входу третьего компа" .4 ратора уровня, второй вход которого подключен к источнику входного сигнала, а третий вход - к датчику тока, и каждь|й из выходов введенных компа-. раторов уровня - к соответствующему входу логического устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная схема регулирования тока; на фиг. 2 и 3 - диаграммы, поясняющие ее работу.

Ю

8 состав системы входит источник входного сигнала (ИВС1,.первый компаратор уровня (КУ1), второй компаратор уровня (КУ2), третий компаратор .уровня (КУ3), выполненные, например, И на операционных усилителях, дифференцирующая цепь (ДЦ), логическое устройство (Л), ключевой преобразова"

8 4 тель (КП), выполненный, например, по мостовой схеме, нагрузка (H), датчик тока (ДТ), Выход ИВС подключен к первому, входу КУ1 и ко второму входу КУ3.

Вторые входы КУ1 и КУ2 и третий вход

КУ3 подключены к выходу ДТ. Выход

КУ1 подключен к первому входу Л и к первому входу ИУ2. Выход КУ2 под-, ключен ко второму входу Л и через дифференцирующую цепь к первому входу

КУ3. Выход КУ3 подключен к третьему входу Л.

Система регулирования тока работает следующим образом.

КУ1 и КУ3 имеют характеристику типа "гистерезис". Переключение выходного сигнала КУ1 из отрицательйого состояния а положительное происходит при выполнении условия

0 т+ 0Вх 504 а из положительного в отрицательйоепри U+>+ 08ргЫА . (2)

Переключение КУ3 происходит соотаетст венно при

ОЙ 08х+ U >з 3)

Одт +08Х+ Одцъ ь0 g, (l,)

Причем AU > hu, т.е,,аирнна петли гистерезйса КУ3 больше, чем ширина петли Kvf, Переключение КУ2 происходит при изменении знака суммы 0>>+0<, где

0„ - сигнал с выхода КУ1. Из отрица. тельного состояния в положительное

КУ2 переключается при

0Àò+ 01 сО (5) и обратно при

Одт+ Ud 7 О (6)

Напряжение на выходе ДЦ представляет собой узкий импульс, возникающий в момент перехода КУ2 из одного состояния в другое. Оно имеет положительную полярность при перехо-де КУ2 из отрицательного состояйия а положительное и отрицательную по-. лярность при обратном переходе КУ2.

При работе с ключевым преобразователем, выполенным по мостовой схеме, логическое устройство может функционировать, например, согласно следующим логическим уравнениям:

=0„0, 0 (7) у, =0„. u «u> (8)

Vó =0я.(U V03) .(9)

v -u,(u„vu>} (1o) где У1, V<, V» У - сигналы упраале. ния силовыми ключами К1, К2, К3, К4

917178 равлении, протекая через Кl, К3. В момент времени t выполняется условие (1). КУ1 возвращается в исходное состояние. В результате включается"

Кl и ток нагрузки замыкается через

К3 и Д4, В момент времени 6двыполняется условие (6), КУ2 опрокидывается в положительное состояние и воздействует через дифцепочку на КУ3 таким образом, что КУ3 переходит в отрицательное состояние. При этом вы" ключается,ключ К3 и включаются клочи К2, К4. Ток нагрузки вначале протекает через диоды Д2, Д4 встречно с ЭДС источника питания, а затем . нарастает, протекая через К2, К4. Далее процесс. повторяется. Напряжение на нагрузке в этом режиме представляет собой последовательность разнополярных импульсов, чередующихся с паузами нулевого напряжения (фиг. 2)

В результате в "окрестности" нулевого .значения входного сигнала система не

1имеет "мертвой эоны",когда ток отсутст: вует,а обеспечивает протекание тока в .нагрузке с задан лй амплитудой пульсаций, как и при симметричном законе пере" ключения силовых ключей, однако с часто- . той коммутации значительно меньше.

При О ф О процессы в системе про-вх текают аналогично, с той - лишь разни" цей, что КУ2 находится всегда в одном состоянии и включаются ключи либо четной, либо нечетнс1 групп. Рассмотрим подробнее работу системы при

О <0 (фиг. 3). В момент t ток наQ грузки равен нулю и, соответственно, .Up =0. При этом выполняется условие (1) и КУ1 находится в таком состоянии, что напряжение на его выходе 04т О.

Поскольку О@.+О„ ) О, т.е. выполняется условие (6), то КУ2 находится в таком состоянии, что 0 <О. Выходной сигнал КУ3 при этом больше нуля. Такая комбинация выходных сигналов ком" параторов в соответствии с уравнения(7) †(10) обеспечивает включение ключей К2, К4 и ток нагрузки возрас-. тает. От также возрастает, становится больше, чем (-0@х) и в момент времени t выполняется условие (2) .

КУ! опрокидывается и при этом выклю" чается К2. Ток нагрузки спадает, замыкаясь через К4, Д3. В момент времени й, выполняется условие (1) и КУ1 вновь опрокидывается, включая ключ

К2. Ток нагрузки вновь возрастает. цалее процессы повторяются. Если нагрузка обладает активной ЗДС 1на5 соответственно; причем Ч1 соответст вует замкнутому состоянию ключа, а

Ч О - разомкнутом.

04, U, U - выходные сигналы компараторов КУ1, КУ2, КУ3 соответствен- 4 но, положительные значения которых

° I приняты за логическую схему, а отрицательные -. за логический нуль.

Эпюры напряжений, характеризую:tt04e электромагнитнйе процессы в т0 системе, приведены на Фиг.2 и 3.

Фиг. 2 иллюстрирует работу системы при ОВ1,=0 а фиг 3 при Овх Ф О °

При.нулевом входном. сигнале в начальный момент времени (t ) ток И .равен нулю и 0„ .=О. Компаратор уров" ня КУ1 находится в одном из двух ус : тойчивых состояний. Предположим, что напряжение на его выходе положительное Ор О. Тогда на выходе КУ2 напря- р жение 0 <0. При переходе КУ2 в отри-. цательное состояние на выходе дифФеренцирующей цепочки 5 формируется импульс отрицательной полярности такой, что выполняется условие 2 (3) и КУ3 переходит в состояние, при котором на выходе формируется положи тельное напряжение 0 д О. Такая комбинация сигналов на выходах компараторов обеспечивает посредством логического устройства включение ключей

К2 и К4 (уравнение (8), (10). в ре- зультате чего на нагрузку подается напряжение источника питания. Tок нагрузки возрастает и соответственнс возрастает напряжение на выходе дат- чика тока О,от. В момент времени с, напряжение.О = ЬО и выполняется условие (2) спрокидывания КУ1 КУ1 скачком переходит э другое устойчИ- 40 вое состояние, при котором U<< 0. При этом в соответствии с fS) выключа-: ется ключ К2, ток нагрузки нач;" нает. спадать,.замыкаясь через К4 и .Д3.

Напряжение на нагрузке при этом pas- tS но нулю. В момент времени с обесйе". чивается условие (5 ) переключения КУ2 .

Компаратор КУ2 опрокидывается в .положительное состояние и через дифцепоч-. ку опрокидывает КУ3 в отрицательное состояние. При этом логическое устройство обеспечивает закрывание ключа

К4 и открывание ключей Кl и К3,-в результате чего к нагрузке подключа,ется напряжение противоположной поSS лярности. Ток нагрузки при этом вна" чале спадает до нуля, протекая через

Дl Д3 против источника питания, а затем нарастает в противоположном иап7 9171 пример, якорь электродвигателя), то возможен такой режим, что ток продолжает нарастать даже, когда включен только один ключ, Такой режим показан на фиг.3; начиная с момента времени Ь . В момент выполняется условие 4„и опрокидываетсл, КУ3, При этом логическое устройство перестраивается таким образом, что при 0,1<0 включаются ключи нечетной >0 группы (К1,, К3), а при Ол Овключается один из ключей четной группы (К2 или КУ4. Пр л этом энергия возвращается в источник и ток нагрузки пульсирует так, v ro амплитуда пульсаций 15 сигнала датчика тока равна b U, а гладкая составляющая сигнала датчика тока рав à 0@ . Если активная ЭДС нагрузки из енвется так, что ток нагрузки бу ет спадать при протекании20 через один ключ и диод (начиная с момента +р), то через некоторое время

1 наступит момент., когда будет выполняться усл вие (3) и КУ3 опрокидывается в исходное состояние. Логичес- 25 кое устройство перестраивается так, 1 что при О;1< О открывается один из

KJAoAp

Как видно из вышеизложенного, в системе осуществляется несимметричный закон переключения силовых ключей. В результате требуемая частота коммутации для обеспечения той же амплитуды пульсаций тока нагрузки уменьшается по сравнению с симметричным законом более, чем в два раза.

Это в свою очередь приводит к снижению коммутационных потерь, которые при работе импульсного преобразователя в системах быстродействующеro ( электропривода составляют основную долю потерь в преобразователе. При этом предлагаемая система регулирования не имеет зоны нечувствительности в области малых значений входных сигналов управления, т.е. обладает линейной регулировочной характеристикой, Формула изобретения

Двухпозиционная система регулирования тока, содержащая соединейные последовательно источник входного сигнала, компаратор уровня, логическое устройство, ключевой преобразо" ватель напряжения, цепь нагрузки и датчик тока, выход которого подключен к второму входу компаратора уровня,-отличающаяся тем, что, с целью повышения энергети ческих показателей при сохранении ли нейности регулировочной характеристики, в нее введены дополнительно второй и третий компараторы уровня и дифференцирующая цепь; причем второй компаратор уровня подключен одним входом к выходу первого компаратора, другим входом - к датчику тока и выходом подключен через дифференцирующую цепь к входу третьего компаратора уровня, второй вход которого подключен к источнику входно" го сигнала, а третий вход - к датчику тока, каждый из выходов введенных компараторов подключен к соответствующему входу логического устройства, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бродовский В.Н., !1ванов Е.С.

Приводы с частотно-токовым упрравлением, М., "Энергия", 1974, с.75, l 1$ 220.

2. Feichter Franz nReaktionssch1е1ie Servoverstarker rhduzieren Нег™м

lustieistunq von Hotoren", "МазсЬ1"

ne", 1976, 30, » 10» 37-39 °

917178

pari. я ( ( (1

1 (1 нииПИ Заказ 1888/68 Тираж 908 Подписное

Й9 Ю ЮФЭююююююйю

Г, Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 (1