Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей его варианты

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ БИБЛНОП:КА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ленинградский ордена Ленинаэлектротехнический институтим, В.И. Ульянова (Ленина)(56) 1. Авторское свидетельство СССРМф 483753, кл. Н 02 Р 5/12, 1975.2. Авторское свидетельство СССР898581, кл. Н 02 Р 5/12, 1978.(54) АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР ДЛЯ УПРАВЛЯЕМЫХ ВЕНТИЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ(57) 1. Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей,содержащий датчик наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующий элементы, выходы которых связаны с входом сумматора, генератор,связанный через ключевой элемент сосчетчиком, и формирователь импульсов,к первому входу которого, объединенномус вторым входом ключевого элемента,подключен выход датчика наличия тока,а выход формирователя связан со счетчиком, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения качества регулирования, дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь, цифровой вычитатель, элемент памяти, КБтриггер режима непрерывных токов ирегистр, причем входы регистра объединены с выходами счетчика, а выходы -с первыми входами цифрового вычитателя, вторые входы которого, объединенные с информационными входами счетчика, соединены с выходами элеменга памяти, выходы цифрового вычитателя соединены с информационными входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом сумматора, выход переполнения счетчика соединен с К-входом КБ-триггера режима непре рывных токов, Б-вход которого объединен с выходом датчика наличия тока, а выход - с третьим входом ключевого элемента и с вторым входом формирователя импульсов, первый выход которого соединен с входом сброса счетчика, второй выход - с входом записи регистра, а третий - с входом записи счетчика. 2. Регулятор по п, 1, о т л и ч аО ю щ и й с я тем, что дополнительно введены логический инвертор, второй ключевой элемент, второй счетчик и дополнительный КБ-триггер, выход которого, объединенный с третьим входом Д ключевого элемента, подключен к треть ему входу формирователя импульсов,Маей Б-вход, объединенный с входом второго ключевого элемента и входом сброса счетчика, соединен через логический кафф инвертор с выходом датчика наличия СВ тока, К-вход подключен к выходу переполнения второго счетчика, счетный суммирующий вход которого соединен через второй ключевой элемент с генератором.3. Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей, фр, содержащий датчик наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующие элементы, выходы которого связаны с входом сумматора, генератор, связанный через ключевой элемент со счетчиком, и формирователь импульсов, к первому входу которого, объединен 1104 ному с вторым входом ключевого элемента, подключен выход датчика нзличия тока, а выход формирователя связан со счетчиком, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества регулирования путем линеаризации внешней характеристики вентильного преобразователя, дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь, элемент памяти, КБ-триггер режима непрерывных токов и регистр, а счетчик выполнен реверсивным, причем выход ключевого элемента подключен к счетному вычитающему входу счетчика, чьи информационные входы объединены с выходами элемента памяти, а вход записи счетчика - с первым выходом формирователя импульсов, выходы счетчика соединены с входами регистра, выходы которого соединены с информационными входами цифроаналогового преобразователя, чей выход соединен с входом сумматора, выход переполнения счетчика соединен с К-входом триггера режима непрерывных токов,629Б-вход которого объединен с выходом датчика наличия тока, а выход - с третьим входом ключевого элемента и с вторым входом формирователя импульсов, второй выход которого соединен с входом записи регистра, а третий - с входом сброса счетчика. 4. Регулятор по п. 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что дополнительно введены логический инвертор, второй ключевой элемент, второй счет 1чик и дополнительный КЯ-триггер, выход которого, объединенный с третьим входом ключевого элемента, подключен к третьему входу Формирователя импульсов, Б-вход, объединенный с входом второго ключевого элемента и входом сброса счетчика, соединен через логический инвертор с выходом датчика наличия тока, К-вход подключен к выходу переполнения второго счетчика, счетный суммирующий вход которого соединен через второй ключевой элемент с генератором.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматизированного вентильного электропривода постоянного тока с широким диапазоном регулирова ния скорости.Известен адаптивный ПИ-регулятор для управляемых выпрямителей, содержащий операционный усилитель, КБ-цепь обратной связи, датчик ЭДС нагрузки выпрямителя, резисторы и нелинейное сопротивление 1 3,Однако этот регулятор не обеспечивает линеаризацию внешней характеристики преобразователя, так как в ней 15 не обеспечивается изменение величины гранично-непрерывного тока в зависимости от заданного угла открывания вентилей (напряжение пробоя стабилитронов постоянно) и, кроме того, выб ранная нелинейность не соответствует всему диапазону углов управления.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является адап" тивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей, содержащий датчик наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующиеэлементы, выходы которых связаны свходом сумматора, генератор, связанный через ключевой элемент со счетчиком, и Формирователь импульсов, кпервому входу которого, объединенному с вторым входом ключевого элемента, подключен выход датчика наличия тока, а выход Формирователя связан со счетчиком 2 3. Однако известный регулятор не обеспечивает равноценных процессов регулирования в обоих режимах, так как коррекция коэффициента передачи по каналу обратной связи производится только на время отсутствия тока нагрузки, когда и так канал обратной связи по току разомкнут (ток равен нулю), а при появлении прерывистого тока настройка регулятора соответствует оптимальной для режима непрерывного тока, так как входы про3 11046 порционального и интегрального регулирующих элементов отключены блоками. коммутации, Регулятор имеет и другой недостаток, заключающийся в наличии переключений, которые неизбежно ведут к повышению уровня помех в канале регулирования. Кроме того, так как при нулевом сигнале задания для выбора настройки регулятора необходим ток нагрузки, вентильный преобра зователь в этом случае работает в режиме прершвистых токов с периодическим переключением комплектов силовых вентилей, При этом в цепи нагрузки протекает переменный прерывистый ток, 15 создавая дополнительные потери. Целью изобретения является повышение качества регулирования.20Поставленная цель достигается тем, что в адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей по первому варианту, содержащий датчик наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующие элементы, выходы которых связаны с входом сумматора, генератор, связанный через ключевой элемент со счетчиком, и формирователь импульсов, к первому входу30 которого, объединенному с вторым входом ключевого элемента, подключен выход датчика наличия тока, а выход формирователя связан со счетчиком, дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь, цифровой вычитатель,З 5 элемент памяти, КБ-триггер режима непрерывных токов и регистр, причем входы регистра объединены с выходами счетчика,а выход - с первыми входами цифрового вычитателя, вторые входы40 которого, объединенные с информационными входами счетчика, соединены с выходами элемента памяти, входы цифрового вычитателя соединены с информационными входами цифроаналогового45 преобразователя, выход которого соединен с входом сумматора, выход переполнения счетчика соединен с К-входом КБ-триггера режима непрерывных токов, Б-вход которого объединен с выходом датчика наличия тока, а выход - с третьим входом ключевого элемента и с вторым входом формирователя импульсов, первый выход которого соединен с входом сброса счетчика, второй выход - с входом записи регистра, а третий - с входом записи счетчика. 29 4Кроме того, в адаптивный регулятор дополнительно введены логический интвертор, второй ключевой элемент, второй счетчик и дополнительный КБ-триггер, выход которого, объединенный с третьим входом ключевого элемента, подключен к третьему входу формирователя импульсов, -вход, объединенный с входом второго ключевого элемента и входом сброса счетчика, соединен через логический инвертор с вьиодом датчика наличия тока, К-вход подключен к выходу переполнения второго счетчика, счетный суммирующий вход которого соединен через второй ключевой элемент с генератором, .Поставленная цель достигается тем, что в адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей по второму варианту, содержащий датчик наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующие элементы, выходы которого связаны с входом сумматора, генератор, связанный через ключевой элемент со счетчиком, и формирователь импульсов, к первому входу которого, объединенному с вторым входом ключевого элемента, подключен выход датчика наличия тока, а выход формирователя связан со счетчиком, дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь, элемент памяти, КБ-триггер режима непрерывных токов и регистр, а счетчик выполнен реверсивным, причем выход ключевого элемента подключен к счетному вычитающему входу счетчика, чьи информационные входы объединены с выходами элементов памяти, а вход записи счетчика - с первым выходом формирователя импульсов, выходы счетчика соединены с входами регистра, выходы которого соединены с информа ционными входами цифроаналогового преобразователя, чей выход соединен с входом сумматора, выход переполнения счетчика соединен с К-входом триггера режима непрерывных токов, Б-вход которого объединен с выходом датчика наличия тока, а выход - с третьим входом ключевого элемента и с вторым входом формирователя импульсов, второй выход которого соединен с входом записи регистра, а третий - с входом сброса счетчика.Кроме того, в адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей дополнительно введенылогический инвертор, второй ключевойэлемент, второй счетчик и дополнительный КБ-триггер, выход которого, объединенный с третьим входом ключевогоэлемента, подключен к третьему входу 5формирователя импульсов, Б-вход, объФединенный с входом второго ключевогоэлемента и входом сброса счетчикасоединен через логический инверторс выходом датчика наличня тока,К-вход подключен к выходу переполнения второго счетчика, счетный суммирующий вход которого соединен черезвторой ключевой элемент с генератором,15 10 20 На фиг. 1 изображена структурнаясхема первого варианта адаптивногорегулятора; на фиг. 2 - структурнаясхема второго варианта адаптивногорегулятора; на фиг. 3 - временнаядиаграмма работы устройства (цифрыобозначают элемент, на выходе которого существует данный сигнал).Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей попервому варианту (фиг. 1) содержитдатчик 1 наличия тока, интегральныйи пропорциональный регулирующие элементы 2 и 3, выходы которых связаныс входом сумматора 4, генератор 5,связанный через ключевой элемент 6со счетчиком 7, и формирователь 8 импульсов, к первому входу которого,объединенному с вторым входом ключевого элемента 6, подключен выходдатчика 1 наличия тока, а выход фор 35, мирователя 8 связан со счетчиком 7,кроме того адаптивный регулятор содержит цифроаналоговый преобразователь 9, цифровой вычитатель 10, элемент 11 памяти, КБ-триггер 12 режиманепрерывных токов и регистр 13, причем входы регистра 13 объединены свыходами счетчика 7, а выход - с первыми входами цифрового вычитателя 10,45вторые входы которого, объединенныес информационными входами счетчика 7,соединены с выходами элемента 11 памяти, выходы цифрового вычитателя 10соединены с информационными входамицифроаналогового преобразователя 9,выход которого соединен с входомсумматора 4, выход переполнениясчетчика 7 соединен с К-входом,Ю-триггера 12 режима непрерывныхтоков, Б-вход которого объединен55с выходом датчика 1 наличия тока,а выход - с третьим входом ключевогоэлемента 6 и с вторым входом форми-рователя 8 импульсов, первый выход которого соединен с входом сброса счетчика 7, второй выход - с входом записи регистра 13, а третий - с входом счетчика 7.13 адаптивном регуляторе по второму варианту (фиг. 2) отсутствует цифровой вычитатель 10, выходы регистра 13 соединены с информационными входами цифроаналогового преобразователя 9, а информационные входы счетчика 7 объединены с выходами элемента 11 памяти. Адаптивный регулятор содержит также логический инвертор 14, второй ключевой элемент 15, второй счетчик 16 и дополнительный КБ-триггер 17, выход которого, объединенный с третьим входом ключевого элемента 15, подключен к третьему входу Формирователя 8 импульсов, Б-вход, объединенный с входом второго ключевого элемента 15 и входом сброса счетчика 16, соединен через логический инвертор 14 с выходом датчика 1 наличия тока, К-вход подключен к выходу переполнения второго счетчика 16, счетный суммирующий вход которого соединен через второй ключевой элемент 15 с генератором 5.Устройство работает следующим образом.Оба варианта адаптивного регулятора для управляемых вентильных преобразователей осуществляют линеаризацию внешней характеристики преобразователя путем коррекции заданного угла открывания вентилей.При непрерывном токе выражение для ЭДС на выходе преобразователя имеет видН 12+Ю +Ыфд,з ц 1 Ы Е изЯ-Уею.де Е - максимальная выпрямленнаяЭДС преобразователя приугле управления с= 0;Еф - амплитудное значение фазного напряжения питания;- число Фаз преобразователя;ю - круговая частота питающегонапряжения.В режиме прерывистого тока угловая длительностьтока меньше .2 на величину ,и , ЭДС на выходе преобразователя, выраженная в функции длительности 3, определяется выражени- емЕ =Е - Юп - со 5 - +о- -д фмТ 2 2 1104629 8ков выбирается равной коду числапни принятой дискретности управления1Ф/м 510 7/т г/Л э Юг получим Л й6= --- = - о г г Необходимо, чтобы в результате коррекции ЭДС на выходе преобразователя в режиме прерывистых токов сохранила величину, которую она имела при непрерывном токе. Определим, на какую величину Ь необходимо изменить угол о/ чтобы ЭДС сохранила значение (1) Е - эо - соэ- +с- - +Ь=Е = 519 - ооэо 1, .Л ф й Из (3) получаем- Уй /щ соэоЬ= о(гс созУ- э 1 М/г2йПриняв в первом приближении Причем максимальная погрешность приближения (5) при Л - 0 и ш = 3 не превышает 0,173, а при ш = 6 равна 0,045. Таким образом, для линеаризации внешней характеристики вентиль- ного преобразователя необходимо заданный угол управления о скорректировать на величинуь=Ц/7Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей по первому варианту работает следующим образом.В режиме прерывистых токов при появлении тока в цепи нагрузки на выходе датчика 1 наличия тока появляется единичный сигнал (фиг, 3), который разрешает заполнение счетчика 7 импульсами генератора 5, и в момент достижения током нулевого состояния в счетчике 7 формируется код, пропорциональный половине длительности протекания тока й/2, так как частота импульсов генератора 5 выбирается такой, чтобы за период Л в счетчике 7 сформировался код числа Л/2, а емкость обоих счетчигде п " разрядность счетчика. По перепаду сигнала датчика 1 на.личия тока иэ единичного в нулевое 10 состояние формирователь 8 импульсовформирует импульс записи на выходеА в регистр 13 числа, находящегосяв счетчике 7, и импульс сброса навыходе В счетчика 7. На выходе цифрового вычитателя 10 формируется кодчисла--так как на его1 я зп 2Эвходы подается код числа - из элеМмента 11 памяти и код числа - иэ3Трегистра 13. Полученный код числас в - 1 преобразуется в цифро 1 т Я (аналоговом преобразователе 9 в анало говый сигнал, пропорциональный Лкоторый суммируется в сумматоре 4 суправляющим напряжением, соответствующим заданному углу открывания вентилей, формируемым на пропорциональном 3 и интегральном 2 регулирующихэлементах, На следующем интервалевентильности устройство работает аналогично описанному выше. При переходе в режим непрерывного тока длительность протекания тока больше - , поэтому на выходе счет 2 я чика 7, заполняемого импульсами генератора 5 через ключевой элемент 6,появляется импульс переполнения(фиг. 3), который устанавливает навыходе триггера 12 режима непрерывного тока нулевой сигнал, запрещающий прохождение импульсов через ключевой элемент 6 и определяющий появление на выходе с формирователя 8 импульса, поступающего на вход записив счетчик 7 кода числа -"- , находящегося в элементе 11 памяти, и навтором выходе А импульса записи в регистр 13 кода числа - из счетчика 7,ЙНа выходе цифрового вычитателя 10 исоответственно на выходе цифроанало гового преобразователя 9 устанавливается нулевой сигнал, и угол открывания вентилей определяется заданнымзначением К . При возврате в режимпроводимости, чему соответствует изменение сигнала на выходе датчика 1 наличия тока на логический "О", в счетчике 7 формируется числоЛ = - "- -- ,-,По перепаду. сигналаго 2датчика 1 наличия тока из единичного 55 9 11046 прерывистых токов триггер 12 режима непрерывного тока устанавливается в единичное состояние нулевым сигналом датчика 1 наличия тока.Второй счетчик 16 служит для определения момента, когда бестоковая пауза больше что возможно при2 Ув фнулевом задании, В этом случае на выходе переполнения второго счетчика 16, заполняемого импульсами генера О тора 5 через второй ключевой элемент 15, появляется импульс, устанавливающий на выходе дополнительного триггера 17 нулевой сигнал, запрещающий прохождение импульсов генератора 5 через второй ключевой элемент 15. По перепаду иэ единичного в нулевое состояние сигнала на выходе дополнительного триггера 17 на выходе В формирователя 8 импульсов появляется импульс, поступающий на вход сброса счетчика 7, а на выходе А - импульс записи в регистр 15 числа "О", находящегося в счетчике. На выходе цифроГ 25 вого вычитателя 10 формируется код ь-который преобразуется цифроаналоговым преобразователем 9 в аналоговый сигнал, суммируемый в сумматоре 4 с заданным значением с, При появлении тока дополнительный триггер 17 устанавпивается в единичное состояние сигналом, поступающим с выхода логического инвертора 14, В режиме прерывистыхпо очан бестоковои па узы счетчик 16 обнуляется сигналом с выхода логического инвертора 14.Адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей по второму варианту работает следующим 40 образом.В режиме прерывистых токов при появлении тока и цепи нагрузки на выходе датчика 1 наличия тока появляется единичный сигнал (фиг. 3), 45 который разрешает поступление импульсов генератора 5 через ключевой элемент 6 на вычитающий вход счетчика 7, в который предварительно быпо записа 50 но число в. По окончании интервалаиз счетчика 7 считывается записанноеТчисло - , - и при поступлении следующего импульса генератора 5 на выходе переполнения счетчика 7 появляется импульс, который устанавливает на выходе триггера 12 режима непрерывного тока нулевой сигнал, запрещаюший прохождение импульсов генератора 5 через ключевой элемент 6 и определяющий появление на выходе В фор-. мирователя 8 импульсов, поступающего на вход сброса счетчика 7, и на выходе А формирователя 8 импульсов импульса, поступающего на вход записи регистра 13 из числа "О", находящегося в счетчике. Угол открывания вентилей в этом случае определяется только заданным значением с . При возврате в режим прерывистых токов триггер 12 режима непрерывного тока устанавливается в единичное состояние нулевым сигналом датчика 1 наличия тока. В режиме с нулевым сигналом задания, когда длительность бестоковой па 2 Й узы больше - так же, как в первомварИанте адаптивного регулятора, навыходе переполнения второго счетчика16 появляется импульс, устанавливающий дополнительный триггер 17 в нулевое состояние, по этому перепадуна первом выходе формирователя 8 импульсов появляется импульс, поступающий на вход записи в счетчик 7 кода числая 1 п а на выходе - импульс записи в регистр 13, Код числа ь =я- на выходе регистра 13 преобразуется в цифроаналоговом преобразо 29 1 Ов нулевое состояние на выходе А формирователя 8 импульсов появляется импульс записи в регистр 13 кода числа й , находящегося в счетчике а на выходе В - импульс, поступающий на вход записи в счетчик кода числаи- из элемента 1 памяти, подготавливая его к следующему интервалу вентильности. Код числа В из регистра 13 поступает на входы цифро-аналогового преобразователя 9, где преобразуется в аналоговый сигнал, который суммируется с напряжением задания.При переходе в режим непрерывного тока длительность протекания тока2 л Л больше - , поэтому за период11 1104629 12вателе 9 в аналоговый сигнал, сумми- лей, что повышает качество регулироруемый в сумматоре 4 с заданным углом вания, причем независимо от параметоткрывания вентилей а. ров нагрузки преобразователей и ихизменения во времени от уровня ЭДС,Таким образом, предлагаемое уст-токового режима в цепи нагрузки, ройство обеспечивает линеаризацию и ликвидирует потери при нулевом сигвнешних характеристик преобразовате- нале управления.