Двухпозиционная система регулирования тока электродвигателя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИКН 02 Р 5/1 ОПИСАН К АВТОРСКОМ ЗОБРЕТЕНИЯ ВИДЕТЕЛЬСТ ключены квого зада ходам анал теля, вхо ду датчик реле знак ическо кото ства г ав образо ю НЕ,а- о ГОСУДАРСТВЕНКЬ 1 Й КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ(72) Т.А,Глазенко, А.Н,Пискарев, Х,Т.фахрндцинов, Э,Л.Тихомиров, В.В.Васильев и И.Д.Решетилов (71) Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени институт точной механики и оптики и Экспериментальный йаучно-исследовательский институт металлорежущих станков(54)(57) 1. ДВУХПОЗИЦИОННАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащая последовательно соединенные устройство управления ключами преобразователя, импульсный преобразователь, датчик тока, и нагрузку, отличающая с я тем, что, с целью повышения энергетических показателей и качества регулирования, в нее введены блок цифрового задания, блок контроля входного задания, блок сравнения кодов, реле знака тока, аналого-цифровой преобразователь и блок логического управления с пятью входами и. двумя выходами, первый вход которого подключен к первому выходу блока цифрового задания, второй вход через блок контроля входного заданияк второму выходу блока цифрового задания, третий вход - к первому выходу блока сравнения кодов, четвертый вход - к второму выходу блока сравнения кодов, первые входы которого подвторым выходам блока цифроя, а вторые входы - к выго-цифрового преобразовакоторого подключен к выхотока, подключенному через тока к пятому входу блокауправления, оба выхода дключены к входам устрой- ения ключами импульсного теля. 2. Система по п. 1, о т л и ч а щ а я с я тем, что блок логического управления содержит два элемента И- два элемента И, элемент ИЛИ-НЕ, три инвертора, элемент 2 И-ИЛИ-НЕ и сумм тор, причем первый вход блока логического управления подключен к первому входу сумматора и к первому входу второго И, а также через третий инвертор - к первому входу первого И элемента 2 И-ИЛИ-НЕ, второй вход - непо- . средственно к второму входу первого элемента И и к первому входу второго; элемента И, третий вход - непосредственно к второму входу второго И элемента 2 И-ИЛИ-НЕ и через второй инвертор к второму входу первого И элемента 2 И-ИЛИ-НЕ, четвертый вход блока логического управлений подключен к первому входу второго элемента И-НЕ, пятый вход этого блока к второму входу второго элемента И и к второму входу сумматора, выход; -которого подключен к второму входу первого элемента И-НЕ, первый выход блока логического управления подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к выходу второго элемента И, а второй вход " к выходу первого. элемента, И, второй11520 7 б ь выход блока логического управленияподключен к выходу второго элемента Изобретение относится к электротехнике, а именно к цифровым системам автоматического регулирования,в частности к автоматизированномуэлектроприводу постоянного тока с 5полупроводниковыми импульсными преобразователями, и может найти применение в системах автоматического управления электроприводами.Известно устройство, содержащее 10импульсный преобразователь, датчиктока, преобразователь ток - частота,формирователь пилообразного напряжения, компаратор,.триггер, схему совпадения, дифференцирующее и усилительное звенья и два аналоговых зве-на 1,Недостатками этого устройства являются низкие энергетические показатели и низкое быстродействие из-за 20повышенных пульсаций тока якоряэлектродвигателя, обусловленных низкой частотой коммутации. Такое устройство не обладает высокой точностью из-за низкой точности преобразования тока в частоту и не обеспечивает реверс электродвигателя.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсядвухпозиционная система регулирования тока , содержащая последова -тельно соединенные устройство управления ключами импульсного преобразователя, импульсный преобразователь,датчик тока и нагрузку 2 .Недостатками известной системы,являются низкие энергетические показатели из-за протекания через нагрузку тока с определенной амплитудойи частотой при нулевом значении входного сигнала, а чЪкже относительноневысокое качество регулирования изза нелинейности регулировочной характеристики в области нуля. 45Цель изобретения - повышение энергетических показателей и качества регулирования. И-НЕ, второй вход которого подключенк выходу первого элемента И-НЕ,Указанная цель достигается тем, что в двухпозиционную систему регулирования тока электродвигателя, содержащую последовательно соединенные устройство управления ключами импульсного преобразователя, импульсный преобразователь, датчик тока, и нагрузку, введены блок цифрового задания, блок контроля входного задания, блок сравнения кодов, реле знака тока, аналого-цифровой преобразователь и блок логического управления с пятью входами и двумя выходами, первый вход которого подключен к первому выходу блока цифрового задания, второй вход через блок контроля входного задания - к второму выходу блока цифрового задания, третий вход - к первому выходу блока сравнения кодов, четвертый вход - к второму выходу блока сравнения кодов, первые входы которого подключены к вторым выходам блока цифрового задания, а вторые входы - к выходам аналогоцифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу датчика тока, подключенному через реле знака тока к пятому входу блока логического управления, оба выхода которого подключены к входам устройства управления ключами импульсного преобразования.Блок логического управления(БЛУ) содержит два элемента И-НЕ, два элемента И, элемент ИЛИ-НЕ, три инвертора, элемент 2 И-ИЛИ-НЕ и сумматор, причем первый вход ЗЛУ подключен к первому входу сумматора и к первому входу второго И, а также через третий инвертор - к первому входу первого И элемента 2 И"ИЛИ-НЕ, второй вход - непосредственно к второму входу первого элемента И и к первому входу второго элемента И, третий вход - чепосредственно к второму входу втоюго И элемента 2 И-ИЛИ-НК и через инвертор к второму входу первого И элемента 2 И-ИЛИ-НЕ, четвертый входБЛ подключен к первому входу второго элемента И-НЕ, пятый вход БЛУ - к второму входу второго элемента И и к второму входу сумматора, выход которого подключен к второму входу первого элемента И-НЕ, первый выход БЛУ подключен к выходу элемента ИЛИНЕ, первый вход которого подключен к рыходу второго элемента И, а второй вход - к выходу первого элемента И, второй выход БЛУ подключен к выходу второго элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И-НЕ.На фиг, 1 дана функциональная схе ма двухпозиционной системы регулирования тока; на фиг, 2 - диаграмма, поясняющая работу двухпозиционной системы регулирования тока; на фиг.3 - схема блока логического управления.Двухпозиционная система регулирования тока содержит (фиг. 1) последовательно соединенные устройство 1 управления ключами 2 - 5 импульсного преобразователя 6, датчик 7 тока, нагрузку 8, блок 9 цифрового задания, блок 10 контроля входного задания, блок 11 сравнения кодов, реле 12 знака токов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 13 и БЛУ 14.30БЛУ 14 содержит два выхода и пять входов, первый вход которого подключен к первому выходу блока 9 цифрового задания, второй вход через блок 10 контроля входного задания - к второму выходу блока 9 цифрового задания, третий вход - к первому выходу блока 11 сравнения кодов, четвертый выход - к второму выходу блока 11 сравнения кодов, первые входы которого подключены к вторым выходам блока 40 9 цифрового задания, а вторые входы - к выходам АЦП 13. Выход реле 12 знака тока подключен к пятому входу бло- ка 14 логического управления, выходы которого подключены к входам устрой ства 1 управления ключами 2 - 5 импульсного преобразователя 6. БЛУ 14 содержит (фиг, 3) два логических элемента И-НЕ 15 и 16 и два 50 элемента И 17 и 18, элемент ИЛИ-НЕ 19, три инвертора 20 - 22, один элемент 2 И-ИЛИ-НЕ 23 и сумматор 24. БЛУ 14 имеет пять входов и два выхода, причем.первый вход подключен к первому 55 входу сумматора 24 и к первому входу второго И, а также через инвертор 22 к первому входу первого И элемента 2 И-ИЛИ-НЕ 23, второй вход подключеннепосредственно к второму входу элемента И 17, и к первому входу элемента И-НЕ 15, а через инвертор 20 кпервому входу элемента И 18, третийвход подключен непосредственно к второму входу второго И элемента 2 И-ИЛИНЕ 23, инвертор 21 - к второму входупервого И элемента 2 И-ИЛИ-НЕ 23, четвертый вход - к первому входу элемента И-НЕ 16, пятый вход - к второмувходу элемента И 18 и к второму входу сумматора 24, выход которого подключен к второму входу элементаИ-НЕ 15, первый выход - к выходу элемента ИЛИ-НЕ 19, первый вход которого подключен к выходу элемента И 18,а второй вход - к выходу элементаИ 17, второй выход - к выходу элемента И-НЕ 16, второй вход которогоподключен к выходу элемента И-НЕ 15.Двухпозиционная цифровая сИстемарегулирования тока работает следующим образом,Логика работы импульсного преобразователя 6 выбрана такой, котораяобеспечивает несимметричный законпереключения ключей 2 - 5 и заданнуювеличину пульсаций тока при частотекоммутаций в два раза ниже, чем присимметричном законе переключения.Блок 11 сравнения кодов, выполняяоперацию вычисления ошибки, выдаетна выходе сигналы 05 и 0 . При выполнении условияВх ОСсостояние сигнала 04 соответствует логической единице: 04=1. При выполнении условияМ зр Моссигнал 04 переключается в состояние логического нуля: Ц=О. Переключение сигнала П происходит:при Мвх - Моо) 2 (3)в логическую единицу 01=1,а при Мв-йо,-2 (4) в логический ноль 0 =О.Логический уровень выходного сигнала блока 10 контроля входного задания соответствует:О =1 при Мз 03 (5) О =О, при Мр О, (6)Логический уровень сигнала П бло. ка 9 цифрового задания и 0реле 12 знака токов соответствует:Напряжение на нагрузке меняет полярность, т.е. осуществляется режим рекуперации энергии, Ток нагрузки спадает, В момент времени пТ=, в соответствии с условием (1) выключается 5 ключ 2 и включается ключ 5. Ток нагрузки возрастает под воздействием ЭДС вращения. В момент времени пТ=н, вновь включается ключ 2 и отключается ключ 5, так как выполняется усло вие (2),. Далее процесс повторяется, й ток нагрузки пульсирует так, что амплитуда пульсации равна 1 1, а гладкая составляющая тока равна И .Если ЭДС вращения нагрузки изменяется так, что ток нагрузки спадает при отключенном напряжении якоря (момент времени пТ=Ф, то в момент времени пТ=й, выполнением условия (3) система возвращается в исходный 20 режим работы, т,е. устанавливается режим потребления энергии от источника. Последовательность импульсных напряжений на нагрузке в этих режимах однополярная (фиг. 2), 25,1Пусть в момент времени пТ=1,+ подается команда "Реверс", что соответствует выполнению условия (8). В этот момент также выполняются усло- З 0 вия (1), (3), (5) и (9), которым соответствуют логические уровни сигнаО ф П 1 П:1 1 Ц 1 ЦПри такой комбинации сигналов соглас" но уравнениям (11), (12), (13) и (15)З 5 включаются ключи 2 и 4 нечетной группы, напряжение на нагрузке меняет полярность, она держится до тех пор, пока ток нагрузки изменит направление и.нарастает до значения входного 40 тока задания. В момент времени пТ=С ток нагрузки нарастает до значения НН , и выполняются условия (2) и (10), в соответствии с которыми выключается ключ 2 ивкпочается ключ 545 Нагрузка отключается от источника, и ток нагрузки замыкается через ключи 4 и 5. В момент времени пТ=сбнагрузка вновь подключается к источнику и далее процессы повторяются. Зона нечувствительности предлагаемой системы регулирования определяется шагом дискретизации АЦП 13 по уровню 4 =" , который намного меньше ширины йетли гистерезиса компаратора в известном устройстве, где К - количество разрядов АЦП 13 (для современных интегральных АЦП 13 количество разрядов достигает К=1 О - 16) С таким количеством разрядов нелинейность регулировочной характеристики ничтожно малаТаким образом, при Нвк =О и выполнения условия Я =О ключи преобразователя не коммутируются. В случае 1 вк =О, а 1 М ) 1, что соответствует режиму возмущения ЭДС вращения на контур регулирования, система функционирует так, что напряжения на нагрузке представляют собой последовательность однополярных импульсов, обеспечивающих ток нагрузки с допустимой амплитудой пульсации и гладкой составляющей тока, равной нулю. При этом частота коммутации определяется величиной и продолжительностью возмущения, значительно меньше, чем в известном устройстве, в котором организуется принужденная коммутация в окрестности нулевого значения.Как видно, в предлагаемом устройстве при Ир=О коммутация ключей импульсного преобразователя прекращается в отличие от известного, в котором при Мв =О ключи коммутируются с определенной частотой, обеспечивая пульсацию тока вокруг нуля. Прекращение коммутации при Б=О приводит к снижению коммутационных потерь, которые при работе импульсного нреобразователя в системах быстродействующего злектропривода.составляют основную долю потерь преобразователя, При этом система не имеет зоны нечувствительности в области малых значений вход-. ного сигнала управления, т.е, обладает линейной регулировочной характеристикой, а применение цифровых элементов повышает точность во всем диапазоне регулирования.1152076Составитель Ю,Воробьев Редактор И.Дербак Техред Л.Микеш Корректор С. 111 екмар ЗаКаз 2339/43 Тираж 646 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 1131)35, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Филиал ППИ "Пятент",г.ужгород, ул.Проектная, 4