Цифровой тиристорный регулятор мощности двигателя постоянного тока

(51) Н (ПР 71064134 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИ(54) ЦИФРОВОЙ ТИРИСТОРНЫЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ(71) Заявитель Многопрофильное научно-производственное частное унитарное предприятие Тетраэдр (ВУ)(72) Авторы Ваховский Андрей Васильевич Рябенко Евгений Харитонович Мацкевич Артур Николаевич(73) Патентообладатель Многопрофильное научно-производственное частное унитарное предприятие Тетраэдр (ВУ)(56) Щичков Л., Алексеев А Цифровой тиристорный регулятор // Радио. - 1986. Не 8. - С. 56-58.1. Цифровой тиристорный регулятор мощности двигателя постоянного тока, содержащий последовательно соединенные высокочастотный генератор импульсов, фазосдвигающий узел, заторможенный генератор высокочастотных импульсов, а также первый формирователь открывающих импульсов, второй формирователь открывающих импульсов, блок тиристорных ключей, при этом вход высокочастотного генератора импульсов является входом управляющего напряжения, выходы первого и второго формирователей открывающих импульсов соединены с первым и вторым входами блока тиристорных ключей соответственно, отличающийся тем, что высокочастотный генератор импульсовУстройство вырабштш сигнала ИВВРПервый формирователь огкрнвакшпих импульсовВторой формирователь открывающих импульсовге нсратор ЦНСЬКОЧ ВСЧВПНЖХсодержит схему формирования модуля управляющего напряжения, выход блока тиристорных ключей включен в цепь питания двигателя постоянного тока, выход заторможенного генератора высокочастотных импульсов соединен с устройством выработки сигнала реверса, второй вход которого является входом управляющего напряжения, а первый и второй выходы соединены с входами первого и второго формирователей открывающих импульсов соответственно.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что схема формирования модуля управляющего напряжения высокочастотного генератора импульсов содержит операционный усилитель, прямой и инвертирующий входы которого щунтировань 1 на корпус диодами для обеспечения прохождения положительного и отрицательного напряжения соответственно.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство выработки сигнала реверса выполнено в виде двух операционных усилителей, причем вход управляющего напряжения соединен с прямым входом первого операционного усилителя и с инвертирующим входом второго операционного усилителя, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами устройства выработки сигнала реверса.Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электроприводами в станкостроении, робототехнике, в системах автоматического управления, различных следящих системах и т.п. с обеспечением регулируемого и реверсивного вращения двигателя постоянного тока.Известна унифицированная система управления мощными тиристорами (Л. Щичков. Блок управления тиристорами // Радио. - 1982. - Не 10. - С. 22), содержащая последовательно соединенные устройство управления тиристорными ключами, устройство формирования импульсов управления, тиристорные ключи, объект управления (двигатель).Недостатком данной системы является то, что она предпочтительна в основном для однофазных устройств, работающих в сети с малым уровнем помех. При многофазном подключении потребуется применение в устройстве высокостабильных элементов с жесткими допусками, тщательная установка режимов работы устройств управления тиристорными ключами по каждой фазе. При повышенном уровне сетевых помех систему управления придется эффективно защищать от них заграждающими фильтрами.Наиболее близким техническим рещением, выбранным за прототип, является цифровой тиристорный регулятор (Радио. - 1986. - Не 8. - С. 56). Устройство содержит последовательно соединенные высокочастотный генератор импульсов, фазосдвигающий узел, заторможенный генератор высокочастотных импульсов, а также первый формирователь открывающих импульсов, второй формирователь открывающих импульсов, блок тиристорных ключей и двигатель. При этом на вход высокочастотного генератора импульсов подается управляющее напряжение, выход заторможенного генератора высокочастотных импульсов подключен к входам первого и второго формирователей открывающих импульсов, а их выходы подключены к первому и второму входу соответственно блока тиристорных ключей, а выход блока тиристорных ключей подключен к двигателю (блок тиристорных ключей включен в цепь питания двигателя).Недостатком указанного устройства является то, что управление напряжением (током), подаваемым в нагрузку (двигатель), происходит без учета полярности управляющего напряжения и двигатель не обладает способностью реверсивного управления.Тиристорные одно- и многофазные регуляторы мощности широко применяются в народном хозяйстве. Поэтому разработка и создание унифицированных модульных систем управления ими позволяет значительно повысить эффективность пускорегулирующей аппаратуры. При этом часто возникает необходимость такого управления двигателем, при котором можно варьировать не только скоростью вращения ротора, но и направлением его вращения.Задачей данного Изобретения является создание цифрового тиристорного регулятора мощности двигателя постоянного тока, который позволит осуществлять реверсивное управление вращением двигателя.Техническим результатом осуществления изобретения является улучшение гибкости управления двигателем, так как будет осуществляться управление не только скоростью,но и направлением вращения его ротора.Поставленная задача решается путем определения полярности управляющего напряжения и формирования открывающих импульсов, поступающих в блок тиристорных ключей с учетом знака управляющего напряжения.Для этого устройство содержит последовательно соединенные высокочастотный генератор импульсов, фазосдвигающий узел, заторможенный генератор высокочастотных импульсов, а также первый формирователь открывающих импульсов, второй формирователь открывающих импульсов, блок тиристорных ключей, при этом вход высокочастотного генератора импульсов является входом управляющего напряжения, выходы первого и второго формирователей открывающих импульсов соединены с первым и вторым входами блока тиристорных ключей соответственно, отличающееся тем, что высокочастотный генератор импульсов содержит схему формирования модуля управляющего напряжения,выход блока тиристорных ключей включен в цепь питания двигателя постоянного тока,выход заторможенного генератора высокочастотных импульсов соединен с устройством выработки сигнала реверса, второй вход которого является входом управляющего напряжения, а первый и второй выходы соединены с входами первого и второго формирователей открь 1 вающих импульсов соответственно. Схема формирования модуля управляющего напряжения высокочастотного генератора импульсов содержит операционный усилитель, прямой и инвертирующий входы которого шунтировань 1 на корпус диодами для обеспечения прохождения положительного и отрицательного напряжения соответственно. Устройство выработки сигнала реверса выполнено в виде двух операционных усилителей,причем вход управляющего напряжения соединен с прямым входом первого операционного усилителя и с инвертирующим входом второго операционного усилителя, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами устройства выработки сигнала реверса.На фиг. 1 представлена функциональная схема цифрового тиристорного регулятора мощности, на фиг. 2 - принципиальная схема высокочастотного генератора импульсов, на фиг. 3 - принципиальная схема устройства выработки сигнала реверса.Цифровой тиристорный регулятор мощности двигателя постоянного тока содержит высокочастотный генератор импульсов 1, фазосдвигающий узел 2, заторможенный генератор высокочастотных импульсов 3, устройство выработки сигнала реверса 4, первый формирователь открывающих импульсов 5, второй формирователь открывающих импульсов 6, блок тиристорных ключей 7, двигатель постоянного тока 8.Цифровой тиристорный регулятор мощности работает следующим образом. Под воздействием внешнего управляющего напряжения высокочастотный генератор импульсов 1 вырабатывает импульсы, частота следования которых зависит от амплитуды управляющего напряжения.При этом зависимость частоты высокочастотного генератора импульсов 1 от управляющего напряжения определяется выражениемгде Гвги - частота импульсов, генерируемых высокочастотным генератором импульсовСхема формирования модуля в высокочастотном генераторе импульсов 1 выполнена в виде операционного усилителя 131. При этом, если управляющее напряжение положи УПРтельное, то оно поступает на прямой вход операционного усилителя 131 (прохождение положительного управляющего напряжения на инвертирующий вход 131 щунтируется на корпус диодом /131), а если управляющее напряжение отрицательное, то оно поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 131 (прохождение отрицательного управляющего напряжения на прямой вход 131 Шунтируется на корпус диодом /132). В результате полярность напряжения на выходе операционного усилителя 131 не зависит от полярности управляющего напряжения, т.е. формируется модуль управляющего напряжения.Далее импульсы поступают в фазосдвигающий узел 2, который определяет момент начала формирования пачки задержанных импульсов в заторможенном генераторе вь 1 сокочастотнь 1 х импульсов 3, и соответственно момент открытия тиристоров.Связь момента открытия тиристорных ключей с частотой высокочастотного генератора импульсов определяется выражениемВГИ где 3 - время задержки начала формирования пачки импульсов заторможеннь 1 м генератором высокочастотных импульсов относительно начала положительной полуволны питающего напряженияСигнал с выхода заторможенного генератора высокочастотных импульсов 3 поступает в устройство выработки сигнала реверса 4, на второй вход которого подается управляющее напряжение. Принципиальная схема устройства выработки сигнала реверса 4 состоит из операционных усилителей 131 и 132, причем управляющее напряжение Пупр на 131 подается на неинвертирующий вход, а на 132 - на инвертирующий вход. В результате на вь 1 ходах операционных усилителей будут формироваться сигналы логической единицы (канал 131, 133.1, 133.2) и логического нуля (канал 132, 133.3, 133.4) при положительном управляющем напряжении и наоборот - при отрицательном. Отсутствие резисторов в цепи обратной связи операционных усилителей обеспечивает высокую чувствительность схемы к полярности управляющего напряжения. Далее сигнал с первого выхода устройства выработки сигнала реверса 4 поступает на вход первого формирователя открывающего импульса 5, а сигнал со второго выхода - на вход второго формирователя открывающего импульса 6.Блок тиристорных ключей 7 включен в цепь питания двигателя 8 и содержит два включенных встречно-параллельно тиристора. Напряжение питания двигателя - переменное. Таким образом, в результате формирования сигнала реверса возможны следующие режимы работы блока тиристорных ключей 71. Пупр - положительное. В этом случае тиристор, работающий по положительной полуволне переменного напряжения питания, управляет напряжением (током) на нагрузке, а тиристор, работающий по отрицательной полуволне, закрыт.2. Пупр - отрицательное. В этом случае тиристор, работающий по положительной полуволне переменного напряжения питания, закрыт, а тиристор, работающий по отрицательной полуволне, управляет напряжением (током) на нагрузке.Таким образом, в зависимости от полярности управляющего напряжения на двигатель постоянного тока будет поступать положительное или отрицательное импульсное напряжение, что в свою очередь позволяет осуществлять управление вращением двигателя как в одну, так и в другую сторону, при этом скорость вращения двигателя постоянного тока 8 определяется фазой открытия тиристора.Применение данного изобретения расщиряет возможности по созданию различных систем управления и круг рещаемых ими задач.