Многопозиционное программное устройство

и ж,цЗОБРЕТЕНИ Союз Советск оциалистичес Республик Зависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 18,11,1970 ( 1405438/18-24) К Н 02 р 1/54 рисоединением заявки М риоритет Комитет по делам за 0 ретений и открыт при Совете Министра СССР(088.8) ата опубликования описания 7.11.197 Авторизобретения. Петрос явител НОГОПОЗИ ЦИОННОЕ ПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО бмо- тнои с 2 Й 2 пз 2 з з 3 пз 2 пзз и Йт 2 птз толб- ежду де т=2 число строк и и= ов (т, з - целые числа), со- числ иненнь Данное устройство для коммутации о ток двигателей приводных механизмов о сится к области автоматики, а именно к системам автоматизированного электропривода для управления аппаратурой технологических 5 линий цехов и заводов химической промышленности.Известны устройства для коммутации обмоток двигателей, содержащие генератор импульсов, блок дешифрации, схему коммута ции, выходную матрицу и нагрузку. Однако эти устройства сложны и недостаточно надежны.В предлагаемом устройстве схема коммутации выполнена в виде трех фазных матриц 15 по т - строк и и - столбцов электронных в виде трех фазных матриц по и - строк и и - столбцов электронных ключей в каждой, причем катод (эмиттер) каждого ключа через параллельно включенные т п - а цепочки, 20 каждая из которых состоит из двух последовательно соединенных диодов, подключен к анодам (коллекторам) ключей, не принадлежащих строке данного ключа данной матрицы, а к точке соединения катода одного и ано да другого диода каждой цепочки с одинаковыми порядковыми номерами каждой матрицы подключена нагрузка.На фиг. 1 представлена схема устройства;на фиг. 2 - схема простейшей трехфазной 30 матрицы; на фиг. 3 - схема элемента матрицы; на фиг. 4 - схема матрицы А - фазы; на фиг, 5 - схема соединения выходов коммутирующих ключей с входами и анодными и катодными выводами матричных ключей.Устройство состоит из матричной части с.:".- мы и схемы дешифрации, которые содержат генератор импульсов 1, дешифраторы 2 - 5, выходные матрицы со схемой коммутации 6.Рассмотрим матричную часть схемы. Простейшие схемы, которые иллюстрируют принцип построения трехфазной матрицы для коммутации выходных цепей с обозначением Лк, Лкз, Лкз (К=1, 2, 3), ПрЕдСтаВЛЕНЫ На фиг,2,3 и 4.Прежде чем перейти к анализу этих схем, условимся называть:1. Матрицей А-фазы (аналогично В-фазы, С-фазы) - матрицу, состоящую из электронных ключей (тиристоров, транзисторов, ти ратронов и т. д.), видасобой так, что катодный (эмиттерный) вывод каждого ключа а 11(1=1, 2, 3 т; 1=1, 2, 3,и) разветвляется на тп - п число линий, каждая из которых через два последовательно соединенных диода присоединяется К анодным (коллекторным) выводом одного из оставшихся ключей, не принадлежащих к г-ой строке матрицы.Число М,=тп=22 - размерность матрицы А-фазы.2. Выходной трехфазной матрицей - схему из трех фазных матриц А, В, С соответст- ВЕННО Ь 11 Ь 12 Ьгп Ь 21 Ь 22Ь 2 п Ь 31 Ь 32Ьзп а) й 12 а 1 п а 21 йггагп аз аз аз ЬтЬт 2 Ьпп йпнйп,а,п С 1,С 1 гС 1 С,1 С Сгп С 31 С 32Сзп Ст 1 Ст Стп соединенных между собой так, что к точкесоединения катода одного и анода другогодиодов каждой линии с одинаковыми порядковыми номерами из каждой фазной матрицыприсоединяются одноименные фазовые нагрузки (обмотки асинхронного двигателя),подлежащие программному электропитанию.3, Сеткой - каждую часть трехфазной матрицы, образованную соединением в различныхсочетаниях катодных выводов элементов(ключей) одной строки с анодными выводами элементов другой ее строки,1 га схемах коммутирующие ключи обозначены - К 11, К 11, К 21, К 21, К 12, К 1 а, Кгг, КггК 1323 И Н 2 Н 2 Н 1 Н 1 Н 22 Н 22 Н 12 Н 12-23 Н 13Первый набор тиристорных ключей условимся называть коммутирующими ключами Ккоординаты, а второй набор - коммутирующими ключами Н координаты,Коммутирующие ключи К 11 Кг, и Н 11 Б 12(1= - 1, 2) служат для изменения фазы питающего напряжения при реверсировании выбранного электродвигателя исполнительногомеханизма,Рассмотрим работу и структурные особенности трехфазной матрицы (см. фиг. 2). Предположим, что необходимо подключить к источнику электропитания трехфазную нагрузку Л (А 212, 713 - обмотки асинхронногодвигателя). Для этого на входы коммутирующих Кгь Кгг, Кгз, Нп, Н 12, Н 1 з и матричныхагг, а 1 Ьгг, Ь,г, с, с 12 ключей подаются отпирающие импульсы тока с частотой следования 61, ф - частота сети), сдвинутые друготносительно друга на 60. Ток начинает протекать через те тиристоры, которые в моментпоступления отпирающих импульсов имеютположительный потенциал относительно своихкатодов,Так, если в рассматриваемый момент потенциал фазы А положителен относительно В и С, то ток этой фазы будет протекать по цепи К 21, агг, 711. и далее параллельно по це Пям 712, Ь 12, Н 12 И 213, С 12, Н 1 з, В посЛедуЮщуЮчасть периода наибольший положительныи потенциал будет иметь фаза В и ее ток потечет по цепи Кгг, Ь,г, 712 и далее параллельно по цепям: Л 1 ь а 12, Н 11 и Л 13, с 1 г, Н 13. В третьей ча сти периода наибольший положительный потенциал будет иметь фаза С и ток будет замыКаТЬся ПО ЦеПИ Кгз С 22, Лгз И даЛее ПараЛ- лельно по цепям Л 12, Ь 12, Н 12 и 711, а 12, Н 11.Из схемы видно, что протекание тока через 15 другие нагрузки невозможно.Если необходимо включить в сеть другуюнагрузку, например Ъ (Ъ 1, Ъг, Лз), то с указанными выше коммутирующими ключами включаются ключи а 21, аьь Ь 21, Ь 11, с 21, сьь Пу 20 тем отпирания в различных сочетаниях оставшихся матричных ключей обеспечивается электропитание других трехфазных нагрузок 2%ь Аг, Аз) и Лз(Лзь зъ Лзз). Для изменения чередования фаз питающего напряжения 25 при реверсировании выбранного двигателя неОбходиъ 10 Выключить ключи Кгь Кгг Н 12 Н 11ВКЛЮЧИТЬ КЛЮЧИ К 21 Кгг1112Для программного электропитания обмоток30 двигателей 23(731, Езг, Лез), Ле(Уеь Лег, ез).Яг(211, Л;2, Л;3) и Лв(вь Лвг, Л 133) необходимосначала включить ключи К 11, К 12, К 13 и НгьНгг Н 23 посылая на их входы отпирающие импульсы, а затем в различных сочетаниях про.35 извести включение ключей фазных матриц А,В и С. Так, для электропитания нагрузкив(Л 31, Лвг, Лвз) НЕОбХОдИМО ПОСЫЛатЬ На ВХОдь 1 ключей аьь агг, Ь 12 Ьгг, с 12, сгг отпирающиесигналы, обеспечивающие последовательное40 включение указанных ключей в соответствиис изменением напряжения сети.Иллюстрация принципа построения выходной трехфазной матрицы в виде электрической схемы уже при размерности М 1=Мв =45 =Мп=тп = 8 фазных матриц перестаетбыть наглядной, Поэтому в дальнейшем простейшие схемы (см. фиг. 2) будут использованы в качестве рабочей модели,Рассмотренная схема содержит две сетки,50 выходными нагрузками одной сетки являютсянагрузки Л 1, Лг, .Сз, Л, а выходными нагрузками второй - нагрузки Я, Л, 77, ЛвДля удобства анализа в дальнейшем каждую сетку следует записывать в виде элемен 55 тов матрицы двух строк, заключив справаэлементы каждой фазы в круглую скобку.Так, первую сетку схемы (см, фиг, 2) условимся записывать в видеаа 12, ЬЬ, сс 12,60а вторую - в видей 21 агз , Ь 21 Ь 221, С 21 С 221й, й 12 иг 12 СС 1265320003 причем, при таком изображении сетки во второй строке условимся записывать те элементы (ключи) трехфазной матрицы, катодные (эмиттерные) выводы которых использованы для ее образования.Рассмотрим в общем виде следующую последовательность сеток трехфазной матрицыЬ 11 Ь 12 Ь 21 Ь 22)С 21 С 22 С 2 п ) азаз) азаиап,ап)п25 Ьзп Ьи 7),/ Ь 31 Ь 32Ьи 1 Ьи 2 пг - 1. СЗп1Сип С 31 С 32СтСп,з Каждая из них образована соединением катодных выводов элементов второй строки с анодными выводаьи одной из других строк трехфазной матрицы. Причем количество выходных полюсов каждой сетки, к которым могут быть присоединены трехфазные нагрузки, равно числу ат )Йи 12 Йи - 171 1) с=п В справедливости выражения (1) легко убедиться непосредственной проверкой. Так, при )г=2 каждая сетка в схеме содержит четыре трехфазные нагрузки. Рассмотрим другую последовательность сеток трехфазной матрицы Л =: Азт =- пг ( )г - 1).Для образования каждой из этих сеток используются катодные выводы ключей первой строки с анодными выводами ключей одной С 21 С 22С 11 С 2Й 31 Й 32Йзпаа а 72 /С 1 С 4)С 1 С 2Й 4 Й 42 Й 4 паа 2ап ) Ь 21 Ь 22Ь 2 иЬ 1 Ь 2Ь(пп из т - 1 оставшихся строк трехфазной матрицы, Отсюда следует, что любая последовательность из сеток с трехфазными полюсами образуется путем соединения в различных сочетаниях катодных выводов элементов 1-ой строки с анодными выводами элементов пг=1 оставшихся строк матрицы каждой фазы.Так последнее и - 1 число сеток, которые 10 образованы соединениями катодных выводовэлементов пг-ой строки с анодными выводами элементов т - 1 оставшихся строк, является ЙЙ 12 ., Й 7 п. Ь 11 Ь 2 Ьи( )15 аиап)2Йп)п / Ьи 1 Ьи 2Ь 7 пп / Учитывая, что число строк элементов трехфазной матрицы равно т=2, можно заключить, что число Л сеток в трехфазной матри.40 це равно размещению из числа строк по два,т. е. Подставив выражение (1) во (2), получим 45 окончательную формулу, которая устанавливает зависимость между числом трехфазныхполюсов и размерностью матрицы в видеР, - . и (пг - 1) /г .=" (гп - 1) -.=3 3 где и= - - ,)о355т = 3 и п=2. Легко установить, что число сеток У для схемы матрицы А-фазы с параметром равно У=т(т - 1) =6, а число полю.Л)(о / Л)(о )(о )сов - Р, ---- ) =24. Точно такз 3 3)же могут быть построены матрицы В и С-фаз.Рассмотрим схему дешифрации.Положение каждого трехфазного полюса7координатами. Две координаты (см, фиг. 1) - два дешифратора 2 (ДШН) и 3 (ДШК) определяют положение данной сетки, а две другие - дешифраторы 4(Дш 11 и б(Дш ср) - положение трехфазной нагрузки в ней.Выходные нагрузки на общей схеме устройства, где каждая фаза содержит М=тп =)7 Поэлектронных ключеп (элементов) не3показаны, поскольку, как отмечалось, уже при т)3 и п)2 электрическая схема устройства оказывается весьма громоздкой.Выходные шины дешифраторов Дш 1 р, Дшр, ДшН, ДшК обозначены через 11)о, ф 1, Фп )гг)ог 11)1 гг 177 г Ног Н 2 г г Нтг Ко К 1 Кт соответственно, Каждая выходная шина 1 каждого из дешифраторов .ДшН и ДшК подведена к входам трех коммутирующих ключей Н; Н, Й)з и К,. К.г. К соответственно. Схема сосди 11 ения выходов коммутирующих ключей с входами и анодным и катодным выводами матричных ключей показана отдельно па фиг. 5, Применение транзисторов Н; и К; является обязательным для развязки силовых и управляющих цепей. Генератор импульсов 1 обеспечивает синхронное возбуждение выходов дешифраторов. Сам генератор синхронизируется частотой питающей сети и вырабатывает 6 импульсов за каждый период, сдвинутых друг относительно друга на 60.Рассмотрим работу схемы, приведенную на фиг, 1. Пусть возбуждены выходные шины Ко Ч 1, 41)0, сро соответствующих координатных дешифраторов. Легко установить, что в этом случае будет выбрана сетка, построенная на элементаха 21 а 22.а 2 п 11)21 г)22 г)2 па 11 а 12а 1 п 7)117)127)177С 21 С 22 С 2 пС 11 С 12С 1 птрехфазной матрицы, 320003 фиг, 1 не показана) и Н 1, то выбранной оказывается сетка на ключах а 21 а 22а 2 пгг 2122 722 п г а 41 а 42а 4 п ( 1)411)427)4 п )г 1С 21 С 22 С 2 п С 4,С 4 г С 4 п Если в общем виде работу каждого из дешифраторов Дш 41), Дш о), Дш Н и Дш К можно описать своей системой нулевых функций, соответственно 40=ХЛХГХ ЛХз 10Возбуждением в различных сочетаниях выходных шин дешифраторов Дш ф и Дш ср можно выбрать все с=п нагрузки, принадлежащие этой сетке,15 При последовательном изменении кодовыхнаборов, поступающих на входы дешифраторовДш Н и Дш К, будут возбуждены и шипы содинаковыми номерами Но с Ко, Н, с К 1, Н 2 сКо, , Нп, с Кт, Кодовые наборы, которые20 приводят к одновременному возбуждениюодинаковых по номеру выходных шин координатных дешифраторов ДшН и ДшК, являя)тся запрещенными для трехфазной матрицыи должны быть исключены,Для последовательного исключения такихнаборов предусматривается сумматор по модуло два (тоа 2), с помощью которого перед обращением к фазной матрице производится поразрядное суммирование кодов двухчисел и при их равенстве к содержимомумл адшего из входных регистров координатных дешифраторов Дш Н и Дш К добавляется единица, Возбужденные шины 1 ро и сро дешифраторовДшф и Дшср выбирают мостовую схему типа,приведенной на фиг. 3, на тиристорных ключах а 1, 621, с 21 и а 11, Ь 11, с 11 с полюсами которой соединена трехфазная нагрузка,При непрерывном изменении кодовых наборов, поступающих на входы дешифраторовДш 4 ф и Дш ср, последовательно будут выбраны все трехфазные нагрузки, принадлежащие 55к выбранной дешифраторами ДшН и ДшКсетке. Если же на входы дешифраторов Дш Ни Дш К поступают новые кодовые наборы, товозбуждаются другие шины, которые черезсвои коммутирующие ключи производят переключение ключей трехфазной матрицы, выбирая новую сетку с с=п выходными нагрузками. Так, если на входы дешифраторов Дш Ки Дш Н поступают кодовые наборы, обеспечивающие возбуждение выходных шин Ко (на 65 з - , Л г Л з Л , Б,=,Л.Л" Л"1Н.=-п,Л,Лз ЛК, =К, ЛК,ЛКз Л К 1 к 7:к)Лкг Лкз Лк)К =К,ЛКгЛКз ЛК 1;со Л ссд ЬЛуд о Л ,1 д Л сс"и Ф,Л,то работа трехфазной матрицы может бытьописана системой матрицы вида(НЛК) л (",Л;) = без компонентов вида К,.ЛН,(Ко Л Но К,ЛНсдК,ЛН и т. д,),Каждому компоненту первой матрицы ставится в однозначное соответствие сетка из трехфазной матрицы, а каждому компоненту второй матрицы - трехфазная нагрузка из выбранной сетки. Из рассмотрения этой системы следует, чтоиз числа22 о . 2 гд = 2(о+гд всевозсможных двоичных наборов аргументов,трехфазной матрицей реализуются толькоР, =2 2 - 2 = 2 2(2 - 1) = по совпадает с выражением (3). Предмет изобретения 15 Многопозицпонное программное устройстводля коммутации обмоток двигателей приводных механизмов, содержащее генератор импульсов, подключенный к дешифраторам, схему коммутации и выходную матрицу, выпол ценную, например, на электронных ключах идиодах, выход которой подключен к нагрузке, отлисдающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, схема коммутации выполнена в виде трех фазных матриц по 25 т-строк и и-столбцов электронных ключей вкаждой, причем катод (эмиттер) каждого ключа через параллельно включенные т и - п цепочки, каждая из которых состоит из двух последовательно соединенных диодов, подклю чен к анодам (коллекторам) ключей, не принадлежащих строке данного ключа данной матрицы, а к точке соединения катода одного и анода другого диода каждой цепочки с одинаковыми порядковыми номерами каждой 35 матрицы подключена нагрузка.320003 Фцг Х Редактор Е. Гончар Заказ 543/10 Изд.1535 Тираж 473 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква, Ж.35, Раушская наб., д, 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2 Составитель Ю. СемушкйнТехред 3. Тараненко Корректоры: Т. Бабакина и О. Волкова