Многопозиционное программное устройство

 

О П А:-:,:Ы: Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 18.11.1970 (№ 1405438/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 02,XI.1971. Бюллетень № 33

Дата опубликования описания 7.11.1972

МПК Н 02р 1/54

Н 031с 17у02

Комитет по делам изооретений и открытий при Совете 1у1ииистрав

СССР

УДК 621.316.718.1 (088,8) Автор изобретения

С. А. Петросян

Заявитель

МНОГОПОЗИ ЦИОННОЕ ПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО

1111 12! 2 1213

1221 1122 тт23

1231 1132 1233

<2п

123!!

12m1 т2 1ттз ° ° mn

Данное устройство для коммутации обмоток двигателей приводных механизмов относится к области автоматики, а именно к системам автоматизированного электропривода для управления аппаратурой технологических линий цехов и заводов химической промышленности.

Известны устройства для коммутации обмоток двигателей, содержащие генератор импульсов, блок дешифрации, схему коммутации, выходную матрицу и нагрузку. Однако эти устройства сложны и недостаточно надежны.

В предлагаемом устройстве схема коммутации выполнена в виде трех фазных матриц по т — строк и и — столбцов электронных в виде трех фазных матриц по m — строк и и— столбцов электронных ключей в каждой, причем катод (эмиттер) каждого ключа через параллельно включенные m n — n цепочки, 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 анода другого диода каждой цепочки с одинаковыми порядковыми номерами каждой матрицы подключена нагрузка.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 — схема простейшей трехфазной 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.

10 Рассмотрим матричную часть схемы. Простейшие схемы, которые иллюстрируют принцип построения трехфазной матрицы для комМутацИИ ВЫХОДНЫХ цЕПЕй С ОбОЗНаЧЕНИЕМ 2к1, Л„2, Л„3 (К= 1, 2, 3...), представлены па 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 электроп20 ных ключей (тиристоров, транзисторов, тп. ратронов и т. д.), вида где m=2 число строк и n=2 — число столб30 цов (l, s — целые числа), соединенных между собой так, что катодный (эмиттерный) вывод каждого ключа а(1(i= 1, 2, 3... m; j=1, 2, 3, ... и) разветвляется íà mn — n число линий, каждая из которых через два последовательно соединенных диода присоединяется К анодным (коллекторным) выводом одного из оставшихся ключей, не принадлежащих к i-ой строке матрицы.

Число М,1 = mn= 2 2 — размерность матрицы А-фазы.

2. Выходной трехфазной матрицей — схему из трех фазных матриц Л, В, С соответстВЕ IHO

>-> 11>.>12 ° ° ° »1и 121 22 ° ° ° 12и 131 )32 ° ° bзи аl la(2 а,„ а21а22 ° a2» аз аз

bm1bm2 - и)и аи«аи, ... а)„и

С(,С,2... С1„

С21С22 Сг и

С31С32 Сзи с„,с„,>... с и соединенных между собой так, что к точке соединения катода одного и анода другого диодов каждой линии с одинаковыми порядковыми номерами из каждой фазной матрицы присоединяются одноименные фазовые нагрузки (обмотки асинхронного двигателя), подлежащие программному электропитанию.

3. Сеткой — каждую часть трехфазной матрицы, образованную соединением в различных сочетаниях катодных выводов элементов (ключей) одной строки с анодными выводами элементов другой ее строки.

На схемах коммутирующие ключи обозначены — К, К, К, К21 К12 К12 К22 К22

К(з, К23 и Нгь Н гь Н(ь Н 1ь Нгг> Н 22> Н(2> +», -Нгз, Н(з.

Первый набор тиристорных ключей условимся называть коммутирующими ключами К координаты, а второй набор — коммутирующими ключами Н координаты.

Коммутирующие ключи К;„К,, и H„, Н,г (i= — 1, 2) служат для изменения фазы питающего напряжения при реверсировании выбранного электродвигателя исполнительного механизма.

Рассмотрим работу и структурные особенности трехфазной матрицы (см. фиг. 2). Предположим, что необходимо подключить к источнику электропитания трехфазную нагрузку Zl (Z«, Z», Z„— обмотки асинхронного двигателя). Для этого на входы коммутирующих К21> К22> Кгз, и«, и», н(з и матричных а22 al2 b22 1)12 с22, c(2 кл(очей подаются Отпирающие импульсы тока с частотой следования 61, (f,— частота сети), сдвинутые друг относительно друга на 60 . Ток начинает протекать через те тиристоры, которые в момент поступления отпир ающих импульсов имеют положительный потенциал относительно своих катодов, Так, если в рассматриваемый момент потенциал фазы А положителен относительно

В и С, то ток этой фазы будет протекать по цепи К21 a22 Z«. и далее параллельно по це5 пях(Z», b», H» И Z13, С12, Ньз. В ПОСЛедуЮщуЮ часть периода наибольший положительныи потенциал будет иметь фаза В и ее ток потечет по цепи К22, b22, Z12 и далее параллельно по цепям: Z«, a», Н11 и Z(3, с(г, Н(з. В третьей ча10 сти периода наибольший положительный потенциал будет иметь фаза С и ток будет замыкаться по цепи К», с22, Z23 и далее параллельно по цепям Z(2, b12, Н12 и Z«, а(2, Н11.

Из схемы видно, что протекание тока через

15 другие нагрузки невозможно.

Если необходимо включить в сеть другую нагрузку, например А (Z«, Аг, Л з), то с указанными выше коммутирующими ключами включаются ключи а21, а«, b21> 611, с21, с«. Пу20 тем отпирания в различных сочетаниях оставшихся матричных ключей обеспечивается электропитание других трехфазных нагрузок

Z2 (Z2» Z22 Аз) и з(зь зг, зз) Для изменения чередования фаз .питающего напряжения

25 при реверсировании выбранного двигателя неОбходимо Выкл(очить ключи К21> К22> н12> и«

ВКЛЮЧИТЬ КЛ(ОЧИ К21, К22, Н(1) Н(2. а„ а„, b„ b)2 . с„ с„ .

60 а вторую — в виде а„а„ . 6„b»). c„c„)

) ) ) а)1 а)8 >)) 12 С11 С12

Для программного электропитания обмоток

30 двигателей Лз(731, Z32, Z33), Z8(Z81, Z82, ез), А(Аь Z>2 Ъз) и Z8(81 Z82 Л(88) необходимо сначала включить ключи К11, К», К13 и Н21, Нгг> Н23 посылая на их входы отпирающие импульсы, а затем в различных сочетаниях про35 извести включение ключей фазных матриц А, В и С. Так, для электропитания нагрузки

Z8(Z8« 82 Z83) необходимо посылать н а вхоДь(ключей а«, a22, b» b22, с»> сгг Отпирающие сигналы, обеспечивающие последовательное

40 включение указанных ключей в соответствии с изменением напряжения сети.

Иллюстрация принципа .построения выходной трехфазной матрицы в виде электрической схемы уже при размерности М,1=Мв =

45 =М„= mn = 8 фазных матриц перестает быть 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 являются нагрузки Zl, Z2, Z3, Z<, а выходными нагрузками BTopOII — нагрузки Zg, Z8, У(, Z8.

Для удобства анализа в дальнейшем каждую сетку следует записывать в виде элемен55 тов матрицы двух строк, заключив справа элементы каждой фазы в круглую скобку.

Так, первую сетку схемы (см, фиг. 2) условимся записывать в виде

320003 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 матрицы

> ° b11b12 !

1211122 .с, b311гз2

b21b22 . с!

> 24111 с!211122

° C4n

° C2n

b„, !

72» j

Q l l Q12 Q l n а21а22 ° ° Q2

С11С12

С21С22

b1„) а31а32 ° ° аз а21а22 ° Q2n

С31С32

С21С22

С1» !

-Cmn /

С11С12...

Cr7I1C7rI27 .. а21а22 ° ° а2»

20 ат ап, . а»7»

С91С22 .

Cm1CnI2 .. пг 1

l;:) а4! а42 ° ° а4п а21а22 ° ° ° аз»

b2n \.!

7777 77 ) bс lb99 !

117771//т2

Сзп \.

С7

C4iC4

С21С22 ат!ат2 ° - Q777» 1 ° bm lb»I2 ° . - 1 »777 1 ! а21а22 ° Q2n b21b22 ° b2n /

Ст1Ст2 ° .. Сти !

С21С22 ° .. С2» ) азгаз ... аз а„„ап, ... а»7»

25 с 377

bm» J сг31сг32 ° дт b»2 пг — 1.

С3п !

C»I».

СЗ1СЗ2 ...

Ст1С»,2

1хаждая из них образована соединением катодных выводов элементов второй строки с анодными выводами одной из других строк трехфазной матрицы. Причем количество выходных полюсов каждой сетки, к которым могут быть присоединены трехфазные нагрузки, равно числу а», l a 19 ап, 1. I ап„а„, ... ап.„, 30

О7» — 1сг!7I — 12 - . b77i lrr !

bm1bm2 ° ° ° 1/77777

Ст — 1 7ст — 12... Ссп 1»

Сп»1С7»9 - ° ° Cr» n г с=п2

В справедливости выражения (1) легко убедиться непосредственной проверкой. Так, при

n=2 каждая сетка в схеме содержит четыре трехфазные нагрузки. Рассмотрим другую последовательность сеток трехфазной матрицы

Л == Азт =- пг (n — 1). (2) Q21Q22 ° ° a2n а l1а12 а|„ /1

Л 7о / - 7 7о 17о

3,3 3) пг — 1

С„С,2

С11С,2

am l am2 ° ° атп 1 ° тА»72 ° ° arrrrr 7 ° ! 7 !

a l l a12 а1„) b11b12 121»

Ст1Ст2 ° ° ° Стп

C11C12... C1

Для образования каждой из этих сеток используются катодные выводы ключей первой строки с анодными выводами ключей одной

С21С22

С11С,2...

a3ia32 ° ° ° аз»

a l l a 12 Q l n (С41С47

С11С12 ... а41а42 ° ° ° а4 \

al lai2 .. al» ) b21b22 ° b2n °

4Ф12... bi с!

° b31b32 - ° b37

b 11 b 12 ° ° ° сг 1 и с,„

a 41 b42 ° ° 11472 °

b11b12 ° ° ° b1n / с,„ из пг — 1 оставшихся строк трехфазной матрицы, Отсюда следует, что любая последовательность из сеток с трехфазными полюсами образуется путем соединения в различных сочетаниях катодных выводов элементов l-ой строки с анодными выводами элементов пг=1 оставшихся строк матрицы каждой фазы.

Так последнее пг — 1 число сеток, которые образованы соединениями катодных выводов элементов пг-ой строки с анодными выводами элементов m — 1 оставшихся строк, является а! lа12 ° ° Qlï ) ° biibl2 ° bin

7 7

15 anr IQ7772 ° - - атп / b77librn2 ° bm» /

Учитывая, что число строк элементов трехфазной матрицы равно m=2, можно заключить, что число N сеток в трехфазной матри40 це равно размещению из числа строк по два, т. е.

Подставив выражение (1) во (2), получим

45 окончательную формулу, которая устанавливает зависимость между числом трехфазных полюсов и размерностью матрицы в виде

PI7 — /и (пг — 1) n: — (m — 1)—

3 3 где n= - —, ПО

m = 3 и n=2. Легко установить, что число сеток N для схемы матрицы А-фазы с параметром равно N=m(m — 1) =6, а число полюЛ40 /Мо ПО\ со в — Ро — — — — = 24. Точно т ак60 з з 3/ же могут быть построены матрицы В и С-фаз.

Рассмотрим схему дешифрации.

Положение каждого трехфазного полюса (обмоток асинхронного двигателя) в схеме

65 приведенной на фиг, 2 определяется четырьмя

320003

С21С22... С2», С,„

Возбуждением в различных сочетаниях выходных шин дешифраторов Дш ф и Дш q> можно выбрать все c=n нагрузки, принадлежащие этой сетке.

При последовательном изменении кодовых наборов, поступающих на входы дешифраторов

Дш Н и Дш К, будут возбуждены и шипы с одинаковыми номерами Но с Ко, Н, с Кь Н2 с

К-,, H», с К„,. Кодовые наборы, которые

20 приводят к одновременному возбуждению одинаковых по номеру выходных шин координатных дешифраторов ДшН и ДшК, являются запрещенными для трехфазной матрицы и должны быть исключены.

Для последовательного исключения таких наборов предусматривается сумматор по модуло два (mod 2), с помощью которого перед обращением к фазной матрице производится поразрядное суммирование кодов двух чисел и при их равенстве к содержимому мл адшего из входных регистров координатных дешифраторов Дш H и Дш К добавляется единица.

С21С22 ° ° C2»

С11С12 ° .. С1п

45 трехфазной матрицы.

Возбужденные шины 1ро и ро дешифраторов

Дшф и Дшср выбирают мостовую схему типа, приведенной на фиг. 3, на тиристорных ключах а, b», с21 и а11, b I, с11 с полюсами кото- 50 рой соединена трехфазная нагрузка.

При непрерывном изменении кодовых наборов, поступающих на входы дешифраторов

Дш 1ф и Дш ср, последовательно будут выбраны все трехфазные нагрузки, принадлежащие 55 к выбранной дешифраторами ДшН и ДшК сетке. Если же на входы дешифраторов Дш Н и Дш К поступают новые кодовые наборы, то возбуждаются другие шины, которые через свои коммутирующие ключи производят пе- 60 реключение ключей трехфазной матрицы, выбирая новую сетку с с=п2 выходными нагрузками. Так, если на входы дешифраторов Дш К и Дш Н поступают кодовые наборы, обеспечивающие возбуждение выходных шин Кв (на 65

7 координатамп. Две координаты (см, фиг. 1)— два дешифратора 2 (ДШН) и 3 (ДШК) определяют положение данной сетки, а две другие — дешифраторы 4(ДШ g) и б(ДШ гр)— положение трехфазной нагрузки в ней.

Выходные нагрузки на общей схеме устройства, где каждая фаза содержит М=mn =

inПз электронных ключеп (элементов) не

3 показаны, поскольку, как отмечалось, уже прп m)3 и 11)2 электрическая схема устройства оказывается весьма громоздкой.

Выходные шины дешифраторов Дш1р, Дш р, ДшН, ДшК обозначены через 111ю, Ф1, ..., ф,;

1рЬ

Схема сосдийения 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 Н1, фр, ср)1 соответствующих координатных дешифраторов. Легко установить, что в этом случае будет выбрана сетка, построенная на элементах

021022 ° ° ° 02n 1 ° b21b22 ° ° 112 °

) 1 11п12... <1» 11111)12 ° ° ° b1n фиг, 1 не показана) и Н1, то выбранной оказывается сетка на ключах

)221 22 ° <2n ° b21b22 ° ° ° b2n

) )

1241п42 ° ° ° п4 ) b41b42 ° . b4 )

) Если в общем виде работу каждого из дешифраторов Дш4«1, Дш rg, Дш Н и Дш К мож0о описать своей системой нулевых функций, соответственно р, =М, ЛХ,ЛХ,... / Хз р =-Х ЛХ.ЛХ "ЛХ, о„= Х, Л Х, / Х,... Л Хэ

- )о — «, Л « а Л « з Л

:=,Л .Л . Л"

;.=,Л Л .. Л .

Н, = h„h, h. Л h.. Л h, =,Л .Л " Л .=- Л .Л Л ;

Кз=К)ЛКзЛКз °,. Л К, К =К ЛКЛК" ЛК1

К К ЛК ЛК "Л%

320003 т Л Ко

И ЛКо

Hni h K1

О, Л Ко

Л 10

О,Л K„HIAKm Л ;О Л <о

, о Л 9о л Л Fi

, о Л д Л у

4ЛVn

4Лр. то работа трехфазной матрицы может быть описана системой матрицы вида (H5K)! х(Л )= без компонентов вида К,-i Í,(Ê, A Н,; К,р,Н„

К,

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, что из числа

2ая . 2 t = 2 (+0 всевозможных двоичных наборов аргументов, трехфазной матрицей реализуются только

Р, =2 2 — 2 = 2 2 (2 — 1) = по совпадает с выражением (3).

Предмет изобретения

15 Многопозицпонное программное устройство для коммутации обмоток двигателей приводных механизмов, содержащее генератор импульсов, подключенный к дешифраторам, схему. коммутации и выходную матрицу, выпол20 пенную, например, на электронных ключах и диодах, выход которой подключен к нагрузке, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, схема коммутации выполнена в виде трех фазных матриц по

25 т-строк и и-столбцов электронных ключей в каждой, причем катод (эмиттер) каждого ключа через параллельно включенные m n — n цепочки, каждая из которых состоит из двух последовательно соединенных диодов, подклю30 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 юцг Х

Редактор E. Гончар

Заказ 543710 Изд. № 1535 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 (оставитель Ю. Семушкйн

Техред 3. Тараненко

Корректоры: Т. Бабакина и О. Волкова