Устройство для релейного регулирования тока электродвигателя
Патент 481476
Авторы
Устройство для релейного регулирования тока электродвигателя
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (11) 481476 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено27,12 73 (21} 1980277/24 7 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.08.75 Бюллетень № 31 (45) Дата опубликования описания 22.О1,76 (51) М. Кл.
В 60 t 15/04
Н 02р 5/16
Государственный комитет
Совета Министров СССР оо делам изооретений и открытий (53) УДК
62 1.3 14. 5 7 (088. 8) (72) Авторы А. П. Зайцев, В. A. Подлягин, Ю. В. Колоколов, Л. Ю. Вейцман и изобретения М. P. Барский (71) Заявитель Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЛЕЙНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
ТОКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Изобретение относится к области релейного импульсного регулирования тока элек-. тродвигателей постоянного тока и предназначено преимущественно для регулирования тягового и тормозного усилий электропод- 5 вижного состава.
Известно устройство для регулирования гока тягового электродвигателя, обеспечивающее, как и широтно-импульсные регуляторы, постоянную частоту переключений ти- 10 ристорного ключа, что достигается определенной взаимосвязью элементов электронной части канала регулирования: соединением выхода генератора задающих импульсов, определяющего частоту переключений, со 15 входом формирователя задержанных импульсов и через дифференцирующую цепь с одним из входов триггера, соединением этого же входа триггера с выходом блока сравнения текущего и заданного значений тока 20 якоря, соединением выхода формирователя задержанных импульсов со вторым входом триггера и со входом усилителя импульсов гашения тиристорного регулятора, а также соединением выхода триггера с усилителем 25 импульсов "открывания тиристорного регулятора.
Известное устройство характеризуется ограниченным верхним пределом частоты переключений, зависящим от параметров системы регулирования, в частности от величины электромагнитной постоянной времени цепи якоря. При выборе постоянной частоты переключений, превыщающей предельно допустимую, в начале процесса регулирования, когда продолжительность включения тиристорного ключа С 0,5, во время паузы ток спадает сравнительно медленно, принцип постоянства частоты переключения нарушается, так как в течение паузы регулируемый ток не успеет снизиться до уровня уставки.
Цель изобретения — увеличение частоты переключений тиристорного ключа без нарушения ее постоянства.
Это достигается введением в устройство новых элементов: блока инверсии, блока изменения структуры и блока переключения, причем последний подключен к выходам формирователей блокировочных и задержанных импульсов, блока сравнения, 481476 блока инверсии, блока изменения структуры и через триггер — ко входу блока изменения структуры, к которому подсоединен выход генератора задающих импульсов.
Взаимодействие новых элементов обесгечивает автоматическое изменение структуры регулятора при помощи бесконтактного блока переключения таким образом, что при )<0,5, на тиристорный ключ поступа ют открывающие переоцические импульсы ц с частотой зацаюшего генератора и запи, рающие импульсы о г блока инверсии, а при ))0,5 на тиристорный ключ поступают открывающие импульсы от блока сравнения текущего и заданного значений регулируе- 15
mro тока цвигателя и запирающие периоди» ческие импульсы с частотой задающего генератори. Изменение структуры регулятора в указанном поряцке обеспечивает цостижение регулируемым током уставки по . О более крутым участкам его нарастания с (при 0,5) или спаца (при J) 0,5), чем и объясняется принципиальная воэможность существенного увеличения частоты регулирования, при ее постоянстве. 25
На фиг. 1 изображена блок-схема уст ройства цля релейного регулирования тока электроцвигателя; на фиг. 2 — временная циаграмма, поясняющая принцип работы устройства; на фиг; 3 — функциональная ЗО схема блока инверсии, на фиг. 4 — врел енные циаграммы, поясняющие принцип работы блока инверсии; на фиг. 5 — функциональная схема блока изменения структуры; на фиг. 6 - временные циаграммы, поясняющие принцип работы блока изменения структуры.
B начальный момент пуска тягового электродвигателя (f4 0,5 ) транзисторы 1,2 и 3 блока переключения 4 (см. фиг. 1,2) 40 нахоцятся в закрытом состоянии и пропускают импульсы напряжения, поступающие на их коллекторы. Импульсы напряжения U от формирователя 5 эацержанных импульсов, сдвинутые относнтельно импульсов напря- 45 женил Ц генератора 6 зацаюших импульсов иа время, поступают на верхнее плечо
1 ,триггера 7, который перевоцится в цругое устойчивое состояние . По заднему фрон- ту напряжения 0 триггера 7 запускается
7 усилитель 8, который форлсирует напряжение поц цействием которого открывается
И тиристорный ключ 9. Если триггер 7 в напальный момент пуска нахоцится в состояиии, противоположном укаэанному, импульсы и шрямсения U от формирователя 5 эацержаниых импульсов поступают, минуя триггер 7, и носрецственно на усилитель 8.
При открывании тиристорного ключа 9 ток I якоря быстро (по крутому участку) 4 нарастает до тока j уставки. В момент
У сравнения текущего значения тока якоря ,с током уставки срабатывает блок 10 инверсии. Импульс напряжения () от блсо4 ка 10 инверсии поступает на нижнее плечо триггера 7, который изменяет свое устойчивое состояние. По заднему фронту ны:ряжения Ц триггера 7 запускается усилитель 11, формирующий импульс налряжения, под действием которого закрывается тиристорный ключ 9. Ток якоря начинает уменьшаться (по пологому участку) и уменьшаться до поступления очередного периодического импульса напряжения U фор3 мирователя 5 задержанных импульсов. В дальнейшем работа схемы повторяется.
Таким образом, в описанном режиме (J(0,5) регулируемый ток E ни при кая ких условиях не может превысить ток уставки и пульсирует относительно некоторого среднего значения.
По мере разгона тягового электродвигателя относительная продолжительность включения увеличивается при f 0,5, блок
12 изменения структуры своими выходными напряжениями U u U переключит транзисторы блока переключения 4 таким образом, что транзисторы 1,2,3 будут находиться в открытом состояли, а транзисторы 13 и 14 закроются. Следовательно, блок переключения 4 переключит импульсы напряжения 0 верхнего плеча триггера 7 на его нижнее плечо, а на верхнее плечо будут поступать имп„льсы напряжения с блока сравнения 15.
При поступлении на нижнее плечо триггера 7 периодического импульса напряжения формирователя 5 задержанных импуль3 сов триггер изменит свое состояние, По заднему фронту напряжения 0 триггера 7
6 запускается усилитель 11, формирующий импульс напряжения U под действием которого закрывается тиристорный ключ 9.
Регулируемый ток уменьшается (по круя тому участку). При достижении током я тока J уставки срабатывает блок 15 сравУ нения. Импульс напряжения U минуя тран
5 зистор 14, поступает на верхнее плечо триггера 8, 7, который формирует импульсы напряжения U, под действием которых
11 открывается тиристорный ключ 9. Регули481476 о нерацию выхоцных импульсов, и начинает работать блок инверсии, который генерирует импульсы напряжения )
Работа блока 10 инверсии по функциональной схеме (см. фиг. 3) и временным циаграммам (см. фиг. 4) осуществляется слецую шим образом.
Напряжение U датчика 17 тока якоря д поступает на инвертор 18 и дифференцирующую цепь 19. Напряжение () с дифференцирующей цепи 19 поступает на верхнее плечо триггера 20, а на нижнее плечо этого триггера поступает напряжение U c блока сравнения. Триггер при наличии импульсов напряжения LI меняет свое устойчивое состояние с част отой датчика тока якоря. Импульсы напряжения 0 с триггера 20 и импульсы напряжения lJ и инвестора 18 поступают на схему совпадения 21, выполненную на транзисторе 22, диоде 23 и резисторе 24. При наличии импульсов напряжения U с триггера 20, т. е. при р; боте блока 15 сравнения, транзистор 22 находится в открытом состоянии, конденса тор 25 разряжен, блокинг-формирователь 26 не генерирует импульсы напряжения U
При исчезновении импульсов напряжения U с блока 15 сравнения триггер 20 устанав; ливается в одно из устойчивых положений, транзистор 22 закрывается на время полупериодов напряжения U конденсатор 25 заряжается от источника через резистор 27.
Когда налряжение U на конденсаторе 25 станет равным напряжению 0 пробоя стабилитрона 28, транзистор 29 открывается, 40, и начинается блокинг-процесс. На выходе блока инверсии появляется импульс напряжения U . Максимальная задержка между последним импульсом напряжения U блока
5 лнруемый ток t становиться ниже тока ? я 1 установки, блок сравнения прекращает ге- 60 руемый ток увеличивается до поступления очередного импульса гашения. B дальнейшем работа схемы повторяется.
Регулируемый ток пульсируется отя носительно некоторого среднего значения, 5 не снижаясь ниже тока уставки. форл ирователь 16 блокировочных импуль-, сов формирует импульсы напряжения U
2 цлительностью f, поц QeHGTBHBM которых, )0 открываются транзисторы 3 и 14, которые шунтируют прохожцение импульсов напряжения U u U на время цействия илюпуль..са
4 5
Импульсы напряжения U сдвинуты
2 3 15 относительно импульсов напряжения U
1 на время t,, причем = 2 t Таким
2 1. образом, в системе исключается возможность . нецопустимо близкого расположения откры- 20 вающих Ц и закрывающих () импуль11 10 сов напряжения,. благоцаря чему повышается коммутационная устойчивость тиристорного ключа 9. Время g равно максималь-
1 ному времени заряца илИ перезаряца коммутирующего конценсатора тиристорного ключа 9.
Для исключения срывов тиристорного ,ключа 9 в моменты изменения структуры 30 импульсы от генератора 6 поступают на блок 12 изменения структуры в моменты цействия блокировочного импульса.
Большинство элементов регулятора прец- ставляет собой широко известные импульс- М ные устройства. Генератор 6 зацающих импульсов прецставляет собой блокинг-генератор, Формирователь 5 зацержанных импульсов и формирователь 16 блокировочных импульсов выполнены на жцуищх мультивибраторах. Блок 15 сравнения прецставляет собой циоцно-регенеративный к омпа рато р. функциональная схема блока 10 инвер-, сии и временные циаграммы, поясняющие 45 его раб оту, прецставлены соответственно на фиг. 3 и 4.
Разнополярное напряжение U с частотд ного цатчика 17 тока якоря (см. фиг. 1), 50 частота которого зависит от величины регулируемого тока g поступает оцновременно на блок 10 ийверсии и блок 15 сравнения. Блок 15 сравнения состоит из формирователя пилообразного напряжения и компаратора. Блок сравнения генерирует импульсы напряжения, когца регусравнения с первым импульсом напряжения
U блока инверсии равна периоду импульсов напряжения U датчика тока якоря и д является незначительной ввиду высокой частоты выходного напряжения этого датчика.
Функциональная схема блока 12 изменения структуры и временные диаграммы, поясняющие его работу, приведены соответ.-. ственно на фиг. 5 и 6.
Импульсы напряжения О и U с вы481476
7 ходов триггера 7 (см. фиг. 1), длительность которых равна соответственно времени включенного и выключенного состояний тиристорного ключа 9, поступают на базы транзисторов 30 и 31 интеграторов
32 и 33. Уровень напряжений U u U на выходах интеграторов 32 и 33 будет зависеть от длительности подаваемых им:— пульсов напряжения U u U . При относи10 тельной продолжительности включения f(0,5 (см. фиг. 6a) транзистор ЗО интегратора
32 большее время периода находится в закрытом Состоинии, поэтому конденсатор 34 заряжается до напряжения U, которое 15 выше эталонного напряжения Ц . Компаэ2 ратор 35 генерирует импульсы напряжения
IJ которые переводят командный триг-, 20 гер 36 в одно из устойчивых состояний.. Под действием напряжения U команд; ный триггер 36 закрывает транзистор 37, а под действием напряжения .U откры21 м вает транзистор 38. Импульсы напряжения ! lJ от задающего генератора 6 (см. фиг. 1) поступают на верхнее плечо исполнительного триггера 39, с выхода которого снимаются напряжения и U . Напряжения 1) и поступают на базы транзисторов 1,2, 3,13,14 блока переключения 4 и переводят их в состояния, которые соответствуют работе схемы приg< 0,5. 35
По мере увеличения относительной продолжительности включения напряжение
U 2 с выхода интегратора 32 уменьшается, а напряжение U с выхода интег- 40
18
pampa 33 возрастает. При Ъ0,5 найряжейие
1 становится ниже эталонного напряже17" ния Э, а напряжение Lfjg выше напряжения,, Q>» . Компаратор 35 прекращает гене,рацию импульсов напряжения IJ, а компа, ратор 40 начинает генерировать импульсы напряжения U . В результате исполни22 тельный триггер 39 изменяет свое устой- чивое состояние, блок переключения изменяет структуру регулятора. Эталонные напряжения U и О 2 э1 э2 . выбираются так, чтобы не было одновре. менного генерирования компараторов 35 и 40 ц следовательно, неопределенного ф состояния триггера 36.
Прецмет изобретения
Устройство цля релейного регулирования тока электроцвигателя с постоянной часто той переключений, соцержашее генератор зацаюших импульсов, поцключенный к формирователям зацержанных и блокировочных импульсов, блок сравнения текущего и зацанного значений тока якоря, триггер, выхоцы которого через усилители соецинены с тиристорным ключом, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью увеличения частоты переключений тиристорного ключа . 2 без нарушения ее постоянства, оно снабжено блоком инверсии, блоком изменения структуры и блоком переключения, причем б лок переключения поцключен к выхоцам формирователей блокировочных и зацержанных импульсов, блока сравнения, блока инверсии, блока изменения структуры и через триггер — ко вхоцу блока изменения структуры, к которому поцсоецинен выхоц генератора зацаюших импульсов.
481476
РедактоР Т.ЗагРебепьнаХехРед H.KàÐàíäàøoâà КоРРектоР 1. Фисенко
Заказ Д, Я
М
О ч
Я"
Составитель Д.кучумов и .а9$5 Тираж 782 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
Москва, 113035, Раушская наб., 4
Предприятие сПатент>, Москва, Г-59, Бережковская наб., 24