Функции логического преобразования сигналов и реверс ВД

Как мы уже отмечали, с формирователя сигналов ДПР поступает n последовательностей импульсов, сдвинутых по фазе на угол 2π/n и длительностью 180 эл. градусов. Но, как следует из выражений (5.5) и (5.6), такая длительность подключения секции к одной из шин питания будет только при полной коммутации. При неполной коммутации, т.е. при m<n, длительность подключения секции к одной шине может оказаться меньше. Например, в матрице у ||А21|| угловая длительность подключения секции к одной шине источника питания равна Δ=90 градусов, в матрице ||А32|| она равна 2Δ=120 градусов. Поэтому для управления ключами импульсы с ДПР должны быть преобразованы и это преобразование целесообразно осуществить в логической форме. Как это делается, покажем на примере трехсекционного двигателя.

Рис. 5.13. Векторная диаграмма н.с. якоря четырехсекционного
и двухсекционного двигателей

Схема подключения обмотки ЭМП к ключам СК, выполненного в виде инвертора напряжения, показана на рис. 5.14.

Рис. 5.14. К пояснению алгоритма коммутации трехсекционной разомкнутой
обмотки при реверсивном питании

В соответствии с этим рисунком при подключении секции к положительной шине источника питания замыкаются ключи с нечетными номерами, а к отрицательной – с четными номерами. Для того чтобы осуществить шеститактную коммутацию обмотки, подключая к источнику питания по две секции, согласно матрице алгоритма коммутации ||A32|| в выражениях (5.2) и рис. 5.14 матрицу управления ключами инвертора необходимо записать в виде

(5.7)

1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 | 2| 0 0 0 0 1 1 |K | = 0 0 0 1 1 0 | 6 | 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0

где по вертикали в соответствии с номерами ключей сверху вниз обозначены их состояния, а по горизонтали расположены такты коммутации, т.е. каждому такту соответствует свой вектор состояния ключей. Единица – означает ключ замкнут, а ноль – разомкнут.

Обозначим последовательности импульсов с выхода ФС X1,X2,...,Xn. Тогда каждому МКИ будет соответствовать свой вектор состояния ФС и при повороте ротора на 360 эл. градусов мы получим матрицу, состоящую в рассматриваемом случае из шести векторов

(5.8)

| | 1 1 1 0 0 0 |X | = 0 0 1 1 1 0 | 3| 1 0 0 0 1 1

где строки соответствуют выходам ФС, расположенным по номерам сверху вниз.

Обозначим вектором ||Y|| сигналы, управляющие верхними ключами инвертора с нечетными номерами, а ||Z|| – сигналы, управляющие нижними ключами инвертора с четными номерами. Номера координат векторов примем соответствующими фазам инвертора. В частности последовательность y1 должна соответствовать первой строчке матрицы (5.7), а последовательность z1 – второй строчке этой матрицы, так как они управляют первой фазой инвертора. Третья и четвертая строчки должны соответствовать y2 и z2, а пятая и шестая – y3 и z3. Сравнивая выражения (5.7) и (5.8) нетрудно найти общие выражения логических функций, определяющие y и z для рассматриваемого случая:

(5.9)

y1=x1x2, y2=x2x3, y3=x3x1, z1=x1x2, z2=x2x3, z3=x3x1,

где черта над координатой означает ее отрицание (инверсию).

При полной шеститактной коммутации, т.е. при m=n в соответствии с матрицей ||A33|| выражений (5.6) и рис. 5.14 матрицу управления ключами инвертора запишем в виде

(5.10)

1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 | 3| 1 0 0 0 1 1 |K | = 0 0 0 1 1 1 | 6 | 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0

Сравнивая (5.6) и (5.8), получим очевидные выражения для определения y и z в этом случае

(5.11)

y1=x1, y2=x2, y3=x3, z1=x1, z2=x2, z3=x3.

При нереверсивном питании трехсекционной обмотки узел СК состоит из трех ключей (рис. 5.6), поэтому матрица управления ключами ||K31|| соответствует матрице алгоритма коммутации ||A31|| в выражениях (5.1), т.е. для управления ключами достаточно трех последовательностей импульсов y1–y3, которые формируются согласно логическим функциям (5.11). Двухсекционная обмотка может подключаться к источнику питания по схемам рис. 5.15.

Рис. 5.15. Схемы подключения двухсекционной обмотки к источнику
питания через инвертор напряжения

Как видно из рисунка разомкнутая обмотка может подключаться к источнику через трехфазный инвертор (рис. 5.15.а), а обмотка с гальванически развязанными секциями – через два однофазных мостовых инвертора (рис. 5.15.б). В соответствии с матрицами ||A21|| и ||A22|| выражений (5.6) и представленными схемами нетрудно написать матрицы управления ключами инверторов. По схеме рис. 5.15.а может быть реализована только четырехтактная схема коммутации с подключением одной секции

(5.12.а)

1 0 0 0 0 0 1 0 | 2| 0 1 1 0 |K | = 1 0 0 1 | 6 | 0 0 0 1 0 1 0 0

По схеме рис. 5.15.б может быть реализована четырехтактная схема с подключением как одной, так и двух секций. Матрицы управления ключами инверторов в этом случае имеют вид

(5.12.б)

(5.13)

1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 | 2| 1 0 0 0 | 4| 1 0 0 1 |K | = 0 1 0 0 |K | = 1 1 0 0 | 8 | 0 0 0 1 | 8 | 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0

Матрица сигналов с выхода ФС двухсекционного двигателя имеет вид

(5.14)

| | |X | = 1 1 0 0 | 2| 0 1 1 0

Сравнивая (5.12), (5.13) и (5.14) нетрудно найти уравнения логических функций формирования сигналов управления ключами Y и Z.

Для схемы рис. 5.15.а

(5.16)

y1=x1x2, y2=x2, y3=x1x2, z1=x1x2, z2=x2, z3=x1x2.

Для схемы рис. 5.15.б при питании одной секции

(5.17)

y1=z2=x1x2, y2=z1=x1x2, y3=z4=x1x2, y4=z3=x1x2;

и при питании двух секций

(5.19)

y1=z2=x2, y2=z1=x2, y3=z4=x1, y4=z3=x1.

Мы уже отмечали, что при нереверсивном питании матрица алгоритма управления ключами соответствует матрице коммутации. Поэтому, учитывая, что в четырехсекционной обмотке при выполнении условия (5.1.а) магнитные оси секций попарно направлены навстречу друг другу (рис. 5.11.а), для управления коммутацией достаточно двух чувствительных элементов ДПР, сдвинутых на 90 эл. градусов. Тогда при m=1 логические функции будут иметь вид (5.18), а при m=2 – (5.19). Но надо иметь в виду, что сигналы Z в этом случае отсутствуют.

Напомним, что длительность МКИ для рассмотренных способов коммутации с реверсивным питанием секций равна Δ=2π/n. Тогда, согласно (5.9) при реверсивном питании трехсекционного двигателя для m=2 длительность замкнутого состояния каждого ключа составляет 120 эл. градусов и согласно (5.12) для m=3 – 180 эл. градусов. В связи с этим иногда различают 120- и 180-градусную коммутацию трехсекционных ВД. Для двухсекционного двигателя при реверсивном питании различают 90- и 180-градусную коммутации.

В рассмотренных способах коммутации после каждого переключения инвертора перемещение вектора н.с. якоря происходит на один и тот же угол Δ, а модуль вектора н.с. в установившемся режиме на каждом такте коммутации одинаковый. Такая коммутация называется симметричной. Нетрудно заметить, что угловое рассогласование между векторами звезды н.с. при m=1 и при m=2 составляет угол Δ1=Δ/2, поэтому, совмещая два способа коммутации с разным числом секций, мы можем получить более сложный алгоритм коммутации с удвоенной тактностью. Однако модуль вектора н.с. будет при этом меняться, и одинаковые модули будут устанавливаться через такт. Это будет уже несимметричная коммутация.

Реверс ВД имеет некоторые особенности по сравнению с коллекторным двигателем. В коллекторном двигателе, имеющем возбуждение от постоянных магнитов, для реверса достаточно изменить направление тока в обмотке якоря, что ведет к изменению углового рассогласования между векторами н.с. якоря и индуктора на 180 эл. градусов и, как следствие, к изменению направления момента. В ВД мы не можем изменить направление тока в обмотке якоря, так как силовые ключи ПК рассчитаны на одну проводимость, но можем изменить на 180 эл. градусов угол коммутации θ. В двигателе с реверсивным питанием секций для этого достаточно поменять местами последовательности импульсов Y и Z, направив Y на нижние ключи инвертора, а Z на верхние, или инвертировать последовательности импульсов с выхода ФС X. При нереверсивном питании секций возможен только второй путь.

Регулирование момента или скорости ВД может быть осуществлено либо, как будет показано ниже, путем регулирования угла коммутации, либо путем ШИМ-управления ключами ПК. Второй способ нашел наибольшее применение.

В случае реверсивного питания секций ВД содержит мостовой инвертор и по регулировочным свойствам и реализуемым режимам работы он является полным аналогом коллекторного двигателя, работающего от мостового инвертора, рассмотренном в п. 4.4. Для иллюстрации изложенных выше принципов формирования сигналов управления ключами инвертора, регулирования момента и реверса ВД рассмотрим функциональную схему трехсекционного двигателя при реверсивном питании и 120-градусной коммутации (рис. 5.16). С выхода чувствительных элементов ДПР ЧЭ1 – ЧЭ3 сигналы поступают на формирователи сигналов ФС, с выхода которых получаем три последовательности сформированных импульсов X1,X2,X3, сдвинутых по фазе на угол φ=2π/n=120 эл. градусов (рис. 5.17 ). Эти импульсы поступают на инверторы, с выхода которых получаем три последовательности инвертированных сигналов X1,X2,X3. По сигналам X и X в соответствии с выражениями (5.11) с помощью логических преобразователей ЛП1 и ЛП2, каждый из которых содержит по шесть схем совпадения, формируются последовательности импульсов Y1 и Z1, Y2 и Z2, Y3 и Z3. Указанные последовательности управляют ключами инвертора, формируя напряжение на секциях ЭМП U1,U2,U3. Причем при Xр>0, т.е. для прямого направления вращения, имеем на выходе компаратора К1 = 1, а на выходе соединенного последовательно с ним инвертора К0 = 0. Указанные сигналы управляют соответственно ЛП1 и ЛП2, поэтому при прямом направлении вращения работает логический преобразователь ЛП1, а при обратном ЛП2. Реверс осуществляется за счет того, что сигналы на входах одноименных схем совпадения двух логических преобразователей обратны, что эквивалентно инверсии импульсов с выхода ФС.

Рис. 5.17. Временная диаграмма работы трехсекционного ВД
при импульсном регулировании

Импульсное регулирование осуществляется по нижним ключам инвертора, что эквивалентно схеме двухтактного нереверсивного управления коллекторным двигателем. Для этого сигнал управления Xр поступает на схему выделения модуля, с выхода которой заводится на ШИМ-модулятор. С выхода модулятора получаем последовательность импульсов, относительная длительность которых γ зависит от модуля Xр и которая поступает на схемы совпадения, формирующие последовательности импульсов Z. В результате напряжение на секциях ЭМП оказывается широтно-модулированным, как это показано на рис. 5.17.

Из приведенного описания работы схемы следует, что в ВД, в отличие от коллекторного двигателя, канал регулирования момента и канал реверса разделены, что дает дополнительные возможности в реализации сложных алгоритмов управления приводом.

Дата добавления: 2015-08-05