Устройство для управления мостовым инвертором

(51) 5 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Изобретение преобразователя ка в энергию и быть использова менного тока с ч относится к управл м энергии постоянн ременного тока и о в злектропривода астбтно-токовым уп яемым ого томожет х пере- равлением.Цель исти регулирОценкообмотке эность регудвигателя,точности дфильтрующтеля. зобретения - ования тока, й точности ре лектродвигат лирования м управляемого остигается и их свойств уп ние точногулирования тока в еля является точомента вращения током, Повышение утем использованияравляемого двигаГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССР )ч. 917178, кл, 6 05 Г 1/10, 1978,Авторское свидетельство СССР М 1291941, кл, 6 05 Г 1/10, 1985.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МОСТОВЫМ ИНВЕРТОРОМ(57) Изобретение относится к импульсным системам автоматического регулирования и может быть использовано в электроприводах переменного тока с частотно-токовым управлением. Целью изобретения является повышение точности регулирования тока Устройст диненные тель 2 ра 3, д тдкж элементы мостовой включен нагрузка звена упр триггера держки 1 чи сигн регулиру импульсо ления ф триггер у яние соо том, а во выходны на управ во содержит последовательно соеисточник 1 задания тока, усилиссогласования токов, компаратор е первый 4 и второй 5 пороговые . блок 6 логического управления и инвертор 7, в диагональ которого ы последовательно соединенные 9 и датчик 8 тока и введены два авляемой задержки 10 и 11 и два 12 и 13, Звенья управляемой за и 11 предназначены для переда- алов на входы блока ) с емой задержкой переднего фронта в, а триггеры 12 и 13 - для управормируемой задержкой. Каждый станавливается в единичное состо тветствующим пороговым элемензвращается в нулевое состояние м сигналом соответствующего звеляемой задержки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. ОЧНа фиг.1 представлена схема устройст- ( ва для управления мостовым инвертором; 0 на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг,3 - схема узла управляемой задержки переднего фронта входных импульсов,Устройство содержит последовательно соединенные источник 1 задания тока, уси- з литель 2 рассогласования токов, компаратор 3, а также первый и второй пороговые элементы 4 и 5, блок 6 логического управления вентилями мостового инвертора 7. датчик 8 тока нагрузки 9, который подключен выходом к второму входу усилителя 2 рассогласования токов.В устройство введены два узла управляемой задержки 10 и 11 переднего фронта входных импульсов и два триггера 12 и 13. Информационный вход 14 первого узла управляемой задержки 10 подключен к инверсному выходу компаратора 3, а информационный вход 15 второго узла управляемой задержки 11 - к прямому выходу компаратора 3, Первые управляющие входы 16 и 17 узлов управляемой задержки 10 и 11 подключены к выходам триггеров 12 и 13 соответственно, а вторые управляющие входы 18 и 19 - к выходам триггеров 13 и 12 соответственно,Выход первого узла управляемой задержки 10 подключен к первому входу 20 блока 6 логического управления вентилями и к входу установки нуля первого триггера 12, Выход второго узла управляемой задержки 11 подключен к второму входу 21 блока 6 логического управления вентилями и к входу установки второго триггера 13. Входы установки единицы триггеров 12 и 13 подключены к выходам пороговых элементов 4 и 5 соответственно. Пороговые элементы 4 и 5 подключены к выходу усилителя 2 рассогласования токов.Кроме того, устройство может содержать два двухвходовых элемента И-НЕ 22 и 23. Причем выход узла упрэвляемой задержки 10 соединен с первым входом блока 6 логического управления вентилями и входом установки нуля триггере 12 через элемент И-НЕ 22, второй вход которого подключен к инверсному выходу компаратора 3. Выход узла управляемой задержки 11 соединен с вторым входом блока 6 логического управления вентилями и входом установки нуля триггера 13 через элемент И-НЕ 23, второй вход которого подключен к прямому входу компаратора 3.Узел управляемой задержки 10 (11) переднего фронта входных импульсов может быть выполнен по схеме, содержащей два одновибратора 24 и 2 с повторным запуском, трехвходовый элемент ИЛИ 26, трехвходовый элемент ИЛИ-НЕ 27, двухвходовый элемент ИЛИ-НЕ 28 и элемент НЕ 29. Одновибратор 24 подключен входом к выходу элемента 27, а выходом к первому входу элемента 26. Одновибратор 25 подключен входом к выходу элемента 28, а выходом к второму входу элемента 26. Информационный вход 14 (15) узла управляемой задержки подключен к первым входам элементов 27, 28 и к третьему входу элемента 26, первый управляющий вход 16 (17) подключен к второму входу элемента 27 и через элемент 29 к второму входу элемента28, второй управляющий вход 18 (19) - ктретьему входу элемента 27, выход - к выходу элемента 26.5 Устройство работает следующим образом,Нагрузкой 9 мостового инвертора 7 является обмотка двигателя, управляемого током,10 Формируемый в обмотке двигателя ток1 (с) представим в следующем виде:1(с) =Ь(с)- е(С) (1)где 1 з(с) - ток задания,е = 1 э(с) - 1 д (с) - рассогласование15 токов.Управляемый двигатель представим ввиде последовательно соединенных безынерционного звена, преобразующего ток вмомент вращения, и динамическсго звена,20 учитывающего инерционность, например,ротора, двигателя.Введем в рассмотрение составляющуютока обмотки двигателя 1 ф (с), которой соответствует развиваемый двигателем момент25 вращения, и граничную частоту И/ полосыпропускания динамического звена, учитывающего инерционность управляемого двигателя,Для оценки точности регулирования то 30 ка воспользуемся среднеквадратичнойошибкойегп - Х (1 з(с) - 1 ф(с д с,35Ток задания 1 з(с) и рассогласования токов к ( С ) будем считать случайным, взаимно некоррелированными функциями времени, 40 характеризующимися спектральными плотностями Я)(в) и Я(в). Фильтрующие свойства управляемого двигателя будем аппроксимировать частотной характеристикой45Ф и) =1 -0, Ю( со,Тогда в соответствии с теорией фильтРации среднеквадратическая ошибка (ошибка фильтрации) будет равнае - ,( ) В (и) б и 7 Я (а)би),55Из этого выражения следует, что ошибка фильтрации будет минимальной (следовательно, точность регулирования тока будет максимальной), когда спектральныехарактристики Я(в) и Я(в) не перекрываются, а их граничные частоты Щ и М удовлетворяют неравенству фффЕКогда выполняется неравенствоЩ Ю,то уменьшение ошибки фильтрации сводится к обеспечению неравенстваЮ Ю, (2) В предлагаемом устройстве управления мостовым инвертором повышение точности регулирования тока достигается путем формирования в обмотке двигателя (в нагрузке 9) тока 1(1), которому соответствует периодическое во времени рассогласование токов е(Ц.Частота основной гармоники возникаюцего рассогласования токов выбирается уюинимальной, но достаточнои для обеспечения неравенства(2),Сигнал рассогласования е(1) с еыхода усилителя 2 поступает на компаратор 3 и пороговые элементы 4 и 5.С помощью компаратора 3 формируется симметричная рабочая эона в окрестности тока задания 3(т) шириной 2 Л, определяемой петлей гистерезиса, С помощью пороговых элементов 4 и 5 формируется симметричная дополнительная эона шириной 2 Л 2, Л 2 = 2 Л 1.Когда рассогласование токов е (т) превысит Л 1, то на прямом выходе компаратора 3 появится логический нуль, Когда же к(т) станет больше Л 2, то на выходе порогового элемента 4 сформируется логический нуль, с помощью которого запишется логическая единица в триггер 12, Состояние компаратора 3 изменится на противоположное при выполнении условия е(т)-Л 1, Если рассогласование токов к(т)- Л 2, то с помощью порогового элемента 5 запишется единица в триггер 13.Узел управляемой задержки 10 осуществляет задержку переднего фронта логических сигналов отрицательной полярности, поступающих на информационный вход 14 на время, определяемое комбинацией управляющих сигналов на входах 16 и 18.При 016 = 0 и 018 = 0 входной импульс передается с задержкой переднего фронта на время т 1, а при 016 = 1 и 018 = 0 - с задержкой на время т 2 =2 т 1.Когда же 016 = 0 и 018 = 1, входной импульс передается беэ задержки.Аналогичным образом работает узел 11, Блок 6 логического управления вентилями 30 - 33 обеспечивает закорачиеание нагрузки 9 при наличии логической единицы45 50 55 5 10 15 20 25 30 35 на его входах 20 и 21 путем вклкчения энодной 30 и 31 или катодной 32 и 33 групп вентилей. При наличии на входах 20 и 21 блока комбинации противоположных логических сигналов нагрузка 9 подключается к разноименным полюсам источника питания путем замыкания соответствующей пары вентилей в диагонали моста инвертора 7. При 020 = 1 и 021 = 0 замыкаются, например, вентили 30 и 32, а при 020 = 0 и 021 = 1 - вентили 31 и 33.Рассмотрим конкретный пример формирования тока в нагрузке 9 (см, фиг.2).Пусть в начальный момент времени 1 О на прямом выходе компаратора 3 - логический нуль, триггеры 12 и 13 - в состоянии логического нуля, ток задания з(с) -= О, ток в нагрузке(ь) =- 0 и противо ЭДС в нагрузке ен(то) =- О.В данном случае нэ входах блока б ло. гического управления вентилями сформируются гигналы 020 = 1 и 021О. Такой комбинации входных сигналов соотеетсгвует замыкание вентилей 30 и 32, приводящее к быстрому нарастанию тока в нагрузке 9.Для определенности за положительное направление тока е нагрузке 9 принимается направление, соответствующее подключению нагрузки к источнику питания с помощьо вентилей 30 и 32,В момент времени т 1 рассогласование токов Г (с) = з(т) - д(т) станет удовлетворять неравенству е(т)-Л 1. Компэрагор 3 переключается, и на его инверсном выходе формируе 1 ся сигнал логического нуя, который поступает на информационный вход 14 узла управляемой задержки 1 О,Прохождение этого логического нуля на выход узла 10 будет задержано на времят 1, поскольку управляющие сиг налы 016 = 0 и 018 = О. В течение этого времени на обоих входах блока 6 логического управления вентилями будет поддерживаться логическая единица, При таком состоянии входных сигналов нагрузка 9 будет закорочена путем замыкания, например, вентилей 32 и 33. Ток в ней начнет медленно спадать.В момент т 2 на входе 20 блока б появляется логический нуль. Это требует замыкания вентилей 31 и 33. Ток в нагрузке 9 начнет быстро спадать. И как толью о станет рассогласование токов г (т)Л 1. компарэтор 3 вновь переключится, и сигнал логического нуля сформируетсч на его прямомвыходе, Этот нульпоступит на вход 15 узла 11 и будет задержан им также на время т 1 . Нагрузка 9 вновь окажется закороченной на время г 1 . По истечении этого времени ло 165664510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 гический нуль придет на вход 21 блока 6 и обеспечит подключение нагрузки 9 к источнику питания с помощью вентилей 30 и 32, Ток в нагрузке 9 вновь начнет быстро возрастать, пока не переключится компаратор 3. Дальнейшая работа устройства повторяется и соответствует описанию его работы с момента 11.Пусть в момент 1 з ток задания станет равным газо. В этом случае рассогласование токов е(1) окажется больше Л 11 иД 2. В силу этого усилитель 2 рассогласования установит на выходе порогового элемента 4 логический нуль, с помощью которого запишет единицу в триггер 12, На прямом выходе компаратора 3 установится сигнал логического нуля. Поскольку на первом и втором управляющих входах узла задержки 11 сформируются сигналы 017 = 0 и 019 = 1, то логический нуль, поступивший на его информационный вход 15, будет пропущен без задержки на второй вход 21 блока 6 логического управления вентилями, На входах блока 6 сформируются сигналы 020 = 1 и 021 =О.Такой комбинации входных сигналов соответствует замыкание вентилей 30 и 32. Ток в нагрузке 9 начнет быстро нарастать.В момент с 4 компаратор 3 переключится, на его инверсном выходе появится логический нуль, который затем поступит на информационный вход 14 узла управляемой задержки 10. В соответствии с комбинацией управляющих сигналов узла задержки (016= = 1 и 018 = 0) это звено задержит на время т 2 поступление нуля на вход блока 10 логического управления вентилями. Нагрузка 9 закорачивается, ток в ней начнет спадать с некоторой скоростью, определяемой как постоянной времени, так и начальным током короткозамкнутой нагрузки 9. Если в течение этого времени ток спадет до нижней границы рабочей зоны, т,е, компаратор 3 успеет переключиться, то блок 6 замкнет вентили 30 и 32 мостового инвертора 7. Ток в нагрузке 9 начнет быстро возрастать до тех пор, пока вновь не переключиться компаратор 3. Далее характер изменения тока в нагрузке 9 будет периодически повторяться.Пусть в момент а в нагрузке 9 индуцируется противоЭДС ен(т), которая уменьшит , скорость спадания тока, Это приведет к тому, что за время тг ток в нагрузке не успеет уменьшиться до нижней границы рабочей зоны. На выходе узла управляемой задержки 10 появится сигнал логического нуля, Этот сигнал, во-первых, возвратит триггер 12 в нулевое состояние, и, во-вторых, обеспечит замыкание вентилей 31 и 33 в инверторе 7, тем самым приведет к быстрому уменьшению тока в нагрузке 9. Дальнейший характер коммутации вентилей мостового инвертора 7 будет аналогичен ранее рас -смотренному случаю нулевого тока задания В момент са противоЭДС е (1) увеличивается так, что в закороченной нагрузке 9 ток начнет возрастать и достигнет верхней границы дополнительной зоны, Тогда с помощью порогового элемента 5 усилитель 2 запишет единицу в триггер 13 и изменение тока в нагрузке 9 будет иметь вид, приведенный на фиг,2. В дальнейшем характер изменения тока будет зависеть как от задания тока, так и от возникающей противоЭДС,Поскольку период трапецеидальныхпульсаций тока т 1 =2 т 1 период треугольных пульсаций тока г =. г 2, и при этом т 2 = 2 т 1, то при работе предлагаемого устройства обеспечивается стабильность частоты пульсаций тока в нагрузке при различных заданиях тока и возникающей в нагрузке противоЭДС.При управлении электродвигателями в моменты их пуска, реверса и т,д, возникает необходимость формирования в обмотках двигателей токов задания, характеризующихся высокой степенью нестационарности. В частотной области это приводит к наложению текущих спектров тока задания и рассогласования токов, и как следствие к возникновению заметной ошибки фильтрации.С целью уменьшения ошибки фильтрации в предлагаемое устройство введены два двухвходовых элемента И - НЕ 22, 23, причем выход узла 10 управляемой задержки переднего фронта входных импульсов соединен со входом 20 блока 6 логического управления вентилями и входом установки нуля триггера 12 через элемент И-НЕ 22, второй вход которого подключен к инверсному выходу компаратора 3, а выход узла 11 управляемой задержки переднего фронта входных импульсов соединен со входом 21 блока 6 логического управления вентиляции и входом установки нуля триггера 13 через элемент И - НЕ 23, второй вход которого подключен к прямому входу компаратора 3.Подключение входов 20, 21 блока 6 логического управления вентилями через элементы И - НЕ 22, 23 к инверсному и прямому выходам компаратора 3 позволяет повысить частоту пульсаций формируемого в нагрузке 9 тока за счет блокирования задержки управляющих импульсов, формируемых компаратором 3. Тем самым обеспечивается разнос текущих частотных спектров тока за 1656645 10дания и рассогласования токов. При задержке переднего фронта выходных импульсовкомпаратора 3 положительной полярностии при подключении входов узлов 10 и 11управляемой задержки переднего фронта 5входных импульсов к выходам компаратора3 через дополнительные ключи (на чертежене показаны), открытое состояние которыхбудет определяться степенью нестационарности теку.цей реализации тока задания, появляется возможность с высокой степеньюточности управлять моментом вращениядвигателей быстродействующих прецизионных электроприводов,Узел управляемой задержки переднего 15фронта входных импульсов (см, фиг.З) работает следующим образом,Пусть на его управляющие входы 16 и 18поступают сигналы 016 = 0 и 018 = О. Сприходом логического нуля на информационный вход 14 на выходе элемента ИЛИ - НЕ27 появится логическая единица. Положительным перепадом запустится одновибратор 24. Сформированный одновибратором24 положительный импульс заблокирует появление логического нуля на выходе элемента ИЛИ 26 на время т 1.При управляющих сигналах 016 = 1 и018 =0 приход логического нуля на информационный вход 14 запускает одновибратор 25, который выходным импульсомблокирует появление логического нуля навыходе элемента ИЛИ 26 на время т 2,Когда же 016 = 0 и 018 = 1, то логический нуль, поступающий на информационный вход узла, проходит на его выход беззадержки, поскольку ни один из одновибраторов 24 и 25 не запускается.Предлагаемое устройство для управления мостовым инвертором может быть использовано при управлении круговыми илинейными двигателями постоянного и переменного токов с токовым и частотно-токовым управлением,Формула изобретения 451. Устройство для управления мостовыминвертором, содержащее последовательносоединенные источник задания тока, усилитель рассогласования токов, компаратор, атакже первый и второй пороговые элементы, блок логического управления вентилями, обеспечивающий закорачиваниенагрузки мостового инвертора при наличиилогической единицы на обоих входах блокалогическбго управления вентилями путем 55включения анодной или катодной группывентилей, при наличии на входах блока логического управления комбинации противоположных логических сигналов подключение нагрузки мостового инвертора к разноименным полюсам источника питания путем замыкания соответствующей пары вентилей в диагонали моста инвертора, а также датчик тока нагрузки, выходом подключенный к входу усилителя рассогласования токов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью повышения точности регулирования тока, в него введены два узла управляемой задержки переднего фронта входных импульсов и два триггера, причем информационный вход первого узла управляемой задержки переднего фронта входных импульсов подключен к инверсному выходу компаратора, а информационный вход второго узла управляемой задержки переднего фронта входных импульсов - к прямому выходу компаратора, первые управляющие входы первого и второго узлов управляемой задержки переднего фронта входных импульсов подключены к выходам первого и второго триггеров соответственно, а вторые управляющие входы - к выходам второго и первого триггеров. выход первого узла управляемой задержки переднего фронта входных импульсов подключен к первому входу блока логического управления вентилями и к входу установки нуля первого триггера, выход второго узла управляемой задержки переднего фронга входных импульсов подключен к второму входу блока логического управления вентилями и к входу установки нуля второго тоиггера, входы установки единицы первого и второго триггеров подключены к выходам соответствующих пороговых элементов, входами подключенных к выходу усилителя рассогласования токов.2. Устроиство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности регулирования тока путем уменьшения ошибки фильтрации, в него введены два двухвходовых элемента И-НГ, причем выход первого узла управляемой задержки переднего фронта входных импульсов соединен с первым входом блока логического управления вентилями и входом установки нуля первого триггера через первый вход первого элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к инверсному выходу компаратора, а выход второго узла управляемой задержки переднего фронта входных импульсов соединен с вторым входом блока логического управления вентилями и входом установки нуля второго триггера через первый вход втброго элемента И - НЕ, второй вход которого подключен к прямому выходу компаратора.3. Устройство по п.1. о т л и ч а ю щ е ес я тем, что узел управляемой задержкипереднего фронта входных импульсов содержит два одновибратора, трехвходовой элемент ИЛИ, трехвходовой элемент ИЛИНЕ, двухвходовой элемент ИЛИ-НЕ и элемент НЕ, причем первый одновибратор подключен входом к выходу трехвходового элемента ИЛИ - НЕ, а выходом - к первому входу трехвходового элемента ИЛИ, второй одновибратор подключен входом к выходу двухвходового элемента ИЛИ - НЕ, а выходом - к второму входу трехвходового элемента ИЛИ, информационный вход узла управляемой задержки переднего фронта входных импульсов подключен к первым входам двухвходового и трехвходового элемента ИЛИ-НЕ и к третьему входу 5 трехвходового элемента ИЛИ, первый управляющий вход - к второму входу трехвходового элемента ИЛИ-НЕ и через элемент НЕ к второму входу двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, второй управляющий вход - к 10 третьему входу трехвходового элементаИЛИ - НЕ, выход - к выходу трехвходового элемента ИЛИ,1656645 Составитель О, ПарфеноваТехред М.Моргентал Корректор О. Кундри к льдма еда ктор аказ 2311 Тираж 394 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101