Устройство упреждающего токоограничения

н 11 655051 ОПИСАЙИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 04.02.74 (21) 1994182/2с присоединением заявки Ме(23) Приоритет Кл,з Н 02 Гасударственные комитет СССР делам изобретений открытий(54) Дата опубликования описания 30.03,79 Авторыизобретени В, Г. Каган, С. Л. Рояк и А. П. Усачеввосибирский электротехнический институ 71) Заявитель оиство обладает нетокоограничения балансного усилите- пониженной точноУСТРОЙСТВО УПРЕЖ Изобретение относится к электроприводам и может быть использовано в электро- приводах 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 ЩЕГО ТОКООГРАНИЧЕ ограниченной коммутационной способностигасящих узлов) и в транзисторных преобразователях (из-за недопустимой токовой перегрузки транзисторов),5 От этого недостатка свободны устройства, построенные на упреждающем принципетокоограничения 2.Ближайшим к предложенному являетсяустройство упреждающего токоограничения10 3. Устройство содержит синхронизаторвыработки тактовых импульсов, генераторпилообразного напряжения, два нуль-органа, составляющие два фазосмещающих устройства, соответствующие двум каналам15 управления привода Вперед и Назад,балансный усилитель, два сравнивающихдиода и датчик ЭДС двигателя, причем выход синхронизатора соединен со входом генератора пилообразного напряжения, а выход последнего с одним из входов каждогонуль-органа, другой вход каждого из которых подключен к источнику управляющихсигналов и через сравнивающие диоды к соответствующим выходам баласного усилителя, вход которого соединен с выходом датчика ЭДС двигателя.Однако известное устр "стабильностью уровнявследствие примененияЗО ля постоянного тока и60 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 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 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 нуль- органов 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 введсных 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 нуль- органов 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 тор- МОКЕНИЯ ПрИ ЗНаЧЕНИНХ 8 я)8 я 1=1 тоРя ц 15 20 25 30 35 40 45 50 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 Ея щах%я.ц Это ВИДНО из уравнения тока в данном режимее - (1 - ;) Уг -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 К 5-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. 2 е, п), которые, суммируясь на входах нуль-органов 3 и 4 ФСУ 5 с сигналом ГПН определяют длительность прямого хода опорного напряжения, т. с. диапазон изменения углов отпираниявентилей (фиг. 2,р, с).Формирование импульсов ограничениямаксимального угла отпирания вентилей вфункции сигнала датчика ЭДС двигателяпроизводится с помощью НО 1 н 2, которыеизменяют свое состояние при изменениизнака суммы входных сигналов (фиг, 2,д, е,к, л).При е=О, длительность импульса ограничения максимального угла отпираниявентилей Т,р определяется напряжениемисточника смещения 8 11 (фиг. 2,д, е,к, л).При увеличении ея длительность импульса Тработающего канала/выход НО 2или 1 уменьшается до минимальной величины (фиг. 2,к,л), определяемой длительностью тактового импульса (фиг. 2,а), а диапазон изменения угла отпирания вентилейработающего канала увеличивается до максимального (фиг. 2,с). Неработающий канал в это время подготавливается к работе. Длительность импульса Тр этого канала (выход НО 1 или 2) увеличивается(фиг. 2,е), уменьшая диапазон измененияугла отпирания вентилей (фиг, 2, р).При реверсировании каналов управлениябудет работать ранее неработавший канал(нуль-органы 1 или 2, 3 или 4), обеспечивая сначала режим торможения противовключением и далее разгон в двигательномрежиме. При этом длительность импульсовограничения 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 Тр неработающего канала при этом будет увеличиваться.Таким образом, введением в устройствоупреждающего токоограничения двух нульорганов, источника смещения и инвертораи организацией вышеупомянутых связейобеспечивается ограничение тока якоря двигателя на заданном уровне, причем это достигается путем ограничения прямого хода пилообразного напряжения на входахнуль-органов ФСУ с помощью специальныхимпульсов, что не требует балансного усилителя и сравнивающих диодов. В результате этого повышается стабильность и точность токоограничсния,Описанное устройство, так и(с как и прототип, при использовании его в электроприОдах с широтно-импульсными преобразователями (ШИП) может обеспечить ограничение тока якоря только на уровне большем,ЧЕМ ВЕЛИЧИНа Ея пафя.ц. (КаК ПраВИЛО, ЭТавеличина примерно равна 1), т, е. ограничение тока с помощью этого устройствавозможно лишь на уровне от:1 п.а, до 21 п.а,Это вызвано тем, что данное устройствообеспечивает торможение двигателя тольков режиме противовключения, при которомтеСя - . ря.ц,где у - скважность, относительная длительность подключенного состояния двигателя к источнику питания; У - напряжение источника питания.Из описанного выражения видно, что ограничение тока якоря в этом режиме путем соответствующего ограничения максимальных углов отпиоания вентилей (скважности) ВОзмОжнО только на У 10 внях 1 я игр) ) ея(1(я ц т. е. только на уровнях больше, чем :1 а Если в данном устройствеустановить уставку уровня токоограничения 1( (Ея гпах/Ря,ц., ТО ПРИ РЕВЕРСИРОВаНИИ (ИЛИ при торможении) с максимальной скорости (или с любой другой, но большей скоростью, при которой е,=е,1= 1 Яяц ток якоря будет поддерживаться на уровне уставки токо- ограничения только при е(е,. На участке жЕ СНИЖЕНИЯ ЭДС (СКОРОСТИ) ОТ Еяпах до ея 1 ток якоря будет превышать уставку токо- ограничения, снижаясь от величины 1 я= = Ея такая.ц,1 п.а Пр И МаКСИМаЛЬНой СКО- рости, до величины1 я -- 1 тоя цю 35 40 45 50 55 60 65 10 15 20 25 30 ток 1 ко 1)я не может бы 1 ь меньше, 1 см личина " . Действительно, среднее значся цние тока якоря В этом рсгкимс Опредсляется выражением Двухтактный триггер 12 (13) каждого канала осуществляет формирование логического сигнала динамического торможения (фиг. 2,и). Наличие этого сигнала соответствует величине ЭДС якоря ея)ея 1, 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 нуль- органа 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, с), обеспсчивая тем самым постоянство уровня токоограничсния при смс- ПЕ рсжИМОВ тОрМОжЕНИя (таК, Прн Ея -- Ея 1 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 ираВной Тогр пи)Опрокидывание триггера 12 (13) осуществляется следующим образом.При совпадении тактируемого импульса (импульс с выхода нуль-органа 1 на фиг, 2,е)и информационного импульса (импульс с выхода 16 синхронизатора 10, который предшествует тактовому импульсу, фиг.2,а, в) на единичном входе триггера 12 (фиг. 2,и), 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, 2 а, б) на нулевом входе триггера 12 (фиг. 2,з) он переходит в нулевое состояние, Другими словами, триггер опрокидывается в единицу при стремлении длительности импульса Тр (выход нуль-органа 1) к максимальному значению, что соответствует стремлению максимальной скважности к нулю, а в нуль - при стремлении длительности импульса Тр к своему минимальному значению. Параметры схемы при этом настраиваются таким образом, что моменты опрокидывания триггера соответствуют величине ЭДС якоря двигателя, равнойея - ея - то Йи.ц.Тогда при значениях е(е, 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 ене снизится до величины е и триггер не перейдет в нулевое состояние.Таким образом, введение в устройство двух двухтактных триггеров Р 5-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 изобретения1. Устройство упреждающего токоограничения, содержащее синхронизатор выработки тактовых импульсов, соединенный с генератором пилообразного напряжения, выход которого подключен ко входам двух нуль 5 10 15 20 25 Зо 35 40 45 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, отл и ч а ющеес я тем, что, с целью расширсния диапазона токоограничения в электроприводах с широтно-импульсными преобразователями, в каждый канал управления введены схема отрицания и двухтактный триггер Л 5-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.аз 185/18 Изд.216 Тираж 865 Подписи НПО Государственного комитета по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская набд. 4/5