Устройство для фазового управления инвертором тока с компенсирующим звеном Советский патент 1984 года по МПК H02P13/18 

Изобретение относится к электротехнике и предназначается для управ ления и регулирования инвертором то ка с компенсирующим звеном в виде дросселя, включенного через встречно-параллельно соединенные тиристоры. Известны устройства для управления инвертором тока, обеспечивающие стабилизацию его выходного напряжения и содержащие задающий генератор элементы И, ИЛИ, делители час.тоты, трехпозиционный переключатель, узлы блокировки и формирователи импульсо управления тиристорами tl . Недостаткакм данного устройства являются отсутствие ограничения фазового сдвига между импульсными последовательностями при перенапряжениях питающей сети, что приво вдт к возникновению аварийного режима в инверторе, а также изменение частоты выходного напряжения инвертора в процессе его стабилизации, что приводит к срыву инвертирования, т.е. к ненадежности работы инвертора ток Наиболее близким к предпагаемоту1у является устройство для фазового управления инвертором тока с компен сирующим звеном, содержащее защающий генератор, единичный выход которого через элемент ИЛИ и первый делитель частоты соединен с формирователем импульсов управления Т5 ристорами ком пенсирующего звена, второй делитель частоты, прямой и инверсный выходы которого подключены к формирователям импульсов управления тиристорами одной из стоек инвертора и через первы и второй элементы И - к формирователям импульсов управления тиристорами другой стойки инвертора, третий и четвертый делители частоты, первый и второй узлы блокировки, третий и чет вёртый элементы И,элемент И-НЕ,трех- позиционный переключатель t2J. Известное устройство обеспечивает постоянство частоты выходного напряжения в процессе его стабилизации, что повышает надежность его работы. недостатком известного устройства является невозможность повышения его быстродействия вьаае граничного значения/ вследствие чего известный способ изменения фазового сдвига определяется не алгоритмом работы, а датчиками .выходного напряжения и напряжения питающей сети, инерционност которых необходимо учитывать. Кроме того, добавление и вычитание кмпулъсов, заменянвдих фазовый сдвиг,if их максимально возможная частота определяет граничное значение по быстродействию, происходящие непрерывно, приводят к постепенному выходу на номинальное напряжение инвертора тока. ПревьЕиение этого граничного значения в случае изменения выходного напряжения приводит либо к появлению лишних импульсов управления тиристорами компенсирующего звена при формировании первой и третьей четверти периода выходного напряжения (при уменьшении напряжения),; либо к кх отсутствию во второй и четвертой четверти и появлению в первой и третьей четверти периода (при увеличении напряжения , что приводит к срыву работы инвертора тока.Это снижает надежность работы инвертора тока при необходимости получения хороших диНс1Мических характеристик, при работе его на изменяющуюся нагрузку и отклонениях напряжения питающей сети. Цель изобретения - повышение быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что устройство для фазового управления инвертором тока с компенсирукяцим Звеном, содержащее первый счетчик импульсов, прямо й и инверсный выходы которого подключены к формирователям импульсов запуска тиристоров одной H3i стоек инвертора и- через первые входы первого и второго элементов И. - к формирователям ИМПУЛЬСОВ запуска тиристоров друг9й стойки инвертора, вторые входы первого и второго элементов И предназначены для подачи сигнала перегрузки инп вертора, задакадий генератор, выход которого через второй счетчик импульсов и первый вход третьего элемента И подключен.к первому входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с формирователем импульсов запуска . тиристоров компенсирующего звена, узел блокировки, на вход которого подается сигнал обратной связи, а и прямой выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, четвертый элемент И, снабжено формирователем импульсов в виде последовательно соединенных йуль-органа и трех одновибраторов, аналого-цифровым преобразователем, первым и вто рым реверсивными счетчиками импульсов, третьим счетчиков импульсов, блоком сравнения, одновибратором, пятым и шестым элементами И, первые входы которых, а также первый вход четвертого элемента И соединены с инверсным выходом узла блокировки,их вторые входы, а также вход первого счетчика импульсов и вход синхронизации аналого-цифрового.преобразователя подключены к выходу задающего генератора, третий вход четвертого элемента И соединен с выходом второго одновибрато ра, выход третьего одновибЕ5атора подключен к входу запуска -аналого-цифрового преобразователя, вход нуль-органа соединен с входом узла блокировки и информационным входом аналого-цифрового пребразователя, информационные выходы которого соединены с информационныи входс1ми первого реверсивного- -.. четчика импульсов, управляющий вход которого подключен к выходу, эавершения преобразования аналого-цифрового реобразов.ателя, а его информационные выходы соединены с первыми:.вхоами блокасравнения, вторые входы которого предназначены для подачи эталонного кода, а первый и второй Ю выходы подключены через третьи входы пятого и шестого элементов И соответственно к суммирующему входу первого, соединенного с вычитающим ВХОДОМвторого реверсивного счет-чика 15 импульсов и вычитакяцим входом первоо,соединенного с суммирующим входом, второго, причем информационные а второго реверсивного счетчика импульсов соединены с информационны- 20 ми входами третьего, управляющий . вход которого-соединен с третьим выходом блока сравнения, его счетный вход - с выходами.четвертого элемента И, а выход через одновибратор 25 подключен к второму входу элемента ИЛИ. ..

На фиг.1 приведена схема инвертора тока с тиристорно-компенсирующим звеном на фиг.2 - схема предлагае- мого устройства; на фиг.З - диаграммы напряжений, поясняющие его работу; на фиг.4 - -одна из возможныхсхем формирователя импульсов измерения и счета и диаграммы ее работы; на фиг.5 - одна из возможных схем 35 узла блокировки

Инвертор тока (фиг.1) содержит тиристоры 1-4, включенные по мостовой схеме, в диагональ которой включенй компенсирующее звено в виде 40 дросселя 5, включенного через встречно-параллельно соединенные тиристоры 6 и 7 и нагрузка 8. Одна стойка инвертора содержит тиристоры 1 и 4, другая - тиристоры 2 и 3.45

i

Устройство (фиг.2) содержи-т задаквдий генератор 9, счетчики 10-12 мпульсов, элементы И 13-18 и ИЛИ 19, узел 20 блокировки, .формирователь 21 импульсов, aнaлoгo-цифi5oвoй преобразователь 22, реверсивные счетчики 23 и 24 импульсов, блок 25 сравнения, одновибратор 26 и формирователи 27-31 импульсов.запуска тиристоров 1-4 ий- . вертора и 6 и 7 компенсирующего эве-55 на соответственно. На вторые входы элементов И 13 и 14 поступает сигнал 32 перегрузки (при перегрузке инвертора тока он становится равным нулевому уровню). На входы узла 20 бло- 60 кировки, формирователя 21 и аналогоцифрового преобразователя 22 подается сигнал 33 обратной связи, пропорциональный выходному напряжению инвертора. На вторые входы схемы 65

сравнения поступает эталонный-код 34 соответствующий номинальному выходному напряжению. Устройство (фиг.2) содержит импульсы 35-47 на элементах схемы. Формирователь 21 (фиг.4) содержИт нуль-орган 48 и одновибраторы 49-51. Сигнал 52 обратной связи поступает на вход нуль-органа 48, на выходе которого формируются импульсы 53, поступающие на вход первого одновибратора 49. Выходны импульсы 54 одновибратора 49 поступает на второй одновибратор 50, выхрд которого является первым выходом формирователя 21, импульсы 55 которого являются запускающими импульсами аналого-цифрового преобразователя 22, а их длительность определяется длительностью цикла преобразования (его быстродействием). Момент формирования импульса 55 совпадает с максимумом синусоиды выходного напряжения инвертора. Импульсы 56 с второго выхода формирователя 21, формируемые посредством одновибратора 51, определяют диапазон изме- нения фазы импульсов запуска тиристоров компенсирующего звена по.отношению к импульсам запуска тиристоров инвертора. За время действия импульса с одновибратора 51 полученная информация о выходном напряжении инвертора считывается и обрабатывается.

Узел 20 блокировки состоит из усилителя 57 с парафазнЕлли выходами, соединенный с установочными входами К$-триггера 58. (фиг.5).

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 9 вырабатывает на выходе высокочастотную последовательность икшульсов, поступаквдих на входы первого 10 и второго 11 счетчиков импульсов, вход синхронизации аналого-цифрового преобразователя 22 и .вторые входы четвертого 16, пятого 17 и шестого 18 элементов И.

Импульсы прямого 35 и инверсного 36 выхода первого счетчика 10 импульсов поступают на формирователи 27 и 30 и через элементы И 13 и 14 на форми 5ователи 28 и 29 импульсов запуска тиристоров, выходные импУльсы 37 и 38 которых управляют тиристорс1ми 1-4 инвертора тока соответственрр.;

Импульсы с выхода в.торого счетчика 11 импульсов через третий элемент И 15 и элемент.ИЛИ 19 поступают на вход формирователя 31, который формирует импульсы 46 запуска тиристоров 6 и 7 компенсирующего звена.

При пуске инвертора тока узел 20 блокировки вырабатывает на -прямом выходе единичный уровейь, поступающий на вход элемента И 15, и на инверсном выходе - сигнал блокировки .нулевой уровень, поступающий на третьи входы элементов И 16-18, исключая возможность изменения фазового сдвиг-а импульсов 46 управления тиристорами 6 и 7 компенсирукидего звена по отношению к импульсам 37 и 38 управления тиристорами 1-4 инвертора, и пуск инвертора происходи, при постоянных параметрс1Х реактивных . элементов схемы.. Когда выходное напряжение инвертора достигнем определенной величины (войдет в зону стабилизации), уровень сигнала на прямом и инверсном выходе узла 20 блокировки изменяется на :противоположный, благодаря чему появляется возможность изменять фазовый сдвиг и тем самым влиять на уровень выход ного напряжения инвертора. В момент максимума выходного напряжения инвертора на первом выход формирователя 21 формируется импульс 41 (35 на фиг.4), поступающий на вход запуска аналого-цифрового прео разователя 22. Сигнал.33 обратной связи Сп15опорциональный выходному н пряжению) , поступаюашй на его инфор мационные входы, преобразуется в параллельный, код. Время () преобразования аналоговой величины в цифровую и ее сравнение, а .следовательно, и минимальная длительность импульса 4 в случае использования аналого-цифро вого преобразователя 22 поразрядного взвешивания равно 2Ьг-2 Ч% S где п - разрядность аналого-цифро вого преобразователя 22., равная раз рядности реверсивных счетчиков 23 и 24 импульсов, fpj-- период следовани импульсов задающего генератора 9 (частота задающего генератора 9 определяется быстродействием peisepсивных счетчиков 23 и 24 импульсов); ot-tnin - минимальный угол открытия тиристоров компенсирующего звена, отсчитываемый от точки максимума выходного напряжения (порядка. 10- 29 эл.град.). По окончании цикла преобразования импульс с выхода завершения преобразования аналого-цифрового преобразователя 22 поступает на управляющий вход первого реверсивного счетчика 23 импульсов и данные с информа ционных выходов аналого-цифрового преобразователя 22 заносятся в реверсивный счетчик 23 импульсов. Затем параллельный код, соответствующий выходному напряжению инвертора поступает с информационных выходов первого реверсивного счетчика 23 на первые входы блока 25 сравнения, на вторые входы которого поступает эталонный код 34, соответствующий номинальному выходному напряжению инвертора. В зависимости от соотношения кодов на одном из трех выходов блока сравнения 25 формируется импульс. Прии,)ормкруе1ся импульс 43 на его первом вьпсоде; при вык (иом импульс 44 на его втором выходе и при равенстве кодов, т.е. при --LfHOM на его третьем выходе формируется импульс 45. В номинальном режиме импульсы 45 с третьего выхода блока 25 сравнения поступают на управляющий вход т 1етьего счетчика 12 импульсов и код, соответствующий фазовому сдвигу при номинальном выходном напряжении, записывается с информационных выходов второго .реверсивного счетчика 24 импульсов в третий счетчик 12 (код 34, соответствуквдий положению импульсов управления тиристорами компенсирующего звена, при котором выходное напряжение 40 инвертора тока будет номинальным, заносится во второй реверсивный счетчик 24 импульсов в момент пуска инвертора). На втором выходе формирователя 21 фор-. мируется импульс 42 (56 на фиг.4) разрешающий фазовый сдвиг и определяющий область его изменения, который поступает на третий вход четвертого элемента И 16 и обесГпечивает прохождение импульсов с выхода задающего генератора 9 через элемент И 16 на счетный вход третьего счетчика импульсов. Старший разряд третьего счетчика 12 импульсов .вырабатывает импульс переполнения, поступающий на вход одновибратора 26, который формирует импульс 40, прступанвдий через элемент ИЛИ 19 на формирователь 31 импульсов запуска тиристоров 6 и 7 компенсирующего звена, обеспечивающий необходимое его усиление. При увеличении .выходного напряжения выше номинального вырабатывается импульс 44 на вторсм выходе блока 25 сравнения, разрешающий прохождение импульсов с выхода задающего генератора 9 через элементЬ 17 на вычитаиндий вход первого реверсивного счетчика 23 и суммирукйций вход второго реверсивного счетчика 24 импульсов. Таким образом, содержимое первого реверсивного счетчика 23 уменьшается до величины, равной эталонному коду 34, а содержимое втоого реверсивного счетчика 24 увелиивается на ту же величину, т.е. в нем записывается код, соответствуюий выходному напряжению. При достиении равенства кодов, поступающих а входы блока 25 сравнения, на ее ретьем выходе появляется единичный мпульс 45, который поступая на упавляющий вход третьего счетчика 12, азрешает запись кода с информацион

ных выходов второго реверсивного счетчика 24. При появлении импульса 42 на втором, выходе формировате пя 21 (56 на фиг.4) импульсы с выхода генератора 9 через элемент И 16 поступают на счетный вход третьего счетчика 12 импульсов, выходной импульс переполнения которого поступает на одновибратор 26. Выходной импульс 40 вдновибратора 26 через элемент ИЛИ 1 поступает на формирователь 31 импульсов. запуска тиристоров 6 и 7 ксжпен сирующего звена. Так как запрлнениё третьего счетчика 12 импульсов увеличиваетс.я, импульс его переполнения появится раньше,- а следовательно,r;.-i; раньше откроется тиристор компенсирующего звена. Через дроссель 5 компенсирующего звена ток увеличится на величину, компенсирующую повышение напряжения на нагрузке и уменьшится: до номинального. Аналогично, при уменьшении выходного напряжения ниже номинального формируется импульс 43 на первом выходе блока 25 сравнения, разрешающий прохождение импульсов с выхода задающего генератора 9 через элемент И 18 на суммирующий вход первого 23 и вычитающий вход -второго 24 реверсивных счетчиков импульсов. Содержимое первого реверсивного счетчика 23 увеличивается до величины, равной эталонному коду 34, поступающему на вторые входьа блока. 25 сравнения, а содержимое второго реверсивного счетчика 24 уменьшается на соответствующую отклонению велйчину выходного напряжения (в цифровом представлении) от эталонного, кода 34 В момент равенства содержимого первого реверсивнЬго счетчика 23 эталонному коду 34 блок сравнения 25 .вырабатывает импульс 45 на своем третье.М выходе,, поступающий на управляющий вход третьего, счетчика 12 импульсов, и в нем происходит запись кода с иНформационных выходов второго реверсивного счетчика 24. При появлении .разрешающего импульса 42 на втором выходе формирователя 21 импульсов измерения и счета импульсы с выхода задающего генератора 9 через элемент И 16 поступают на счетный вход третьего счетчика 12 импульсов, котсфый вырабатывает импульс переполнения, фиксирующий момент времени включения одновибратора 26. Поскольку заполнение третьего счетчика 12 импульсов уменьшается, выходные импульсы 40 одновибратора, поступающие через элемент ИЛИ 19 на формирователь 31 им-пульсов запуска тиристоров 6 и 7 компенсируквдего звена появляются пОзже времени включения тиристоров компенсирующего звена, соответствующего номинальному выходному напряжению-инвертора. Тиристоры компенсирующего звена открываются позже и ток через

дроссель 5 уменьшается, что приводит к увеличению выходного напряжения инвертора тока.

Длительность (Т) импульса 42, формируемого на втором выходе формирователем 21 импульсов измерения и счета равна

Т - , . -г y() w-rniriy - or /где Трыу - период выходного напряжени

инвертора тока/ - число старших разрядов

третьего счётчика 12 им пульсов, равное разрядности аналого-цифрового преобразователя и разрядности реверсивных счетчиков 23 и 24; fij - число младших разрядов

третьего счетчика 12 импульсов, причем разрядность (п) третьего счетчика 12 равна

3 1 2

п

Коэффициент деления первого счетчика 10 и К второго счетчика 11 импульсов определяется соотношениями

к -for 1/ - for

. J где JQJ, - выходная частота импульсов

задающего генератора 9; jj - выходного напряжения инвертора тока. При возникновении перегрузки инвертора тока по сигналу 32 перегрузки (нулевой уровень) на входах элементов И 13 и 14 иМпульсы с выхода первого счетчика 10 импульсов не поступают на формирователи 28 и 29 импульсов запуска тиристоров 2 и 3 стойки инвертора. В следунмций после появления сигнала блокировки на вхо.дах элементов И 13 и 14, полуперйрд выходного тока инвертора (при работающих в предшествующих полупериод тиристорах, например 1 и 2 инвертора), импульс запуска тиристора 4 инвертора приводит к запиранию.тиристора 2 и естественному гашению тиристора 1 инвертора. Ангшогично происходит процесс отключения когда в момент перегрузки инвертора работают тиристоры 3 и 4 инвертора.

При снятии перегрузки сигнал 32 перегрузки становится равнйЛл 1 инвертор тока возобновляет работу.

Таким образом, введение в устройство аналого-цифрового преобразователя, -реверсивных счетчиков и третьего счетчика импульсов, формирователя импульсов измерения и счета, одновибратора, элементов И позволяет повысить надежность работы инвертора тока путем устранения ограничег НИИ на быстродействие. Устранение ограничений на быстродействие обеспечив ётся тем, что измерение выходного напряжения, его сравнению с эталонным и обработка полученной информации происходит за время ,, а отработка требуемого фазового у.глаза время Tg причемТ Т «; в отличие от базового, где изменение фазового сдвига занимает в лучшем случае несколько полупериодов, что обес печивает надежную работу инвертора тока при резких изменениях нагрузки от холостого хсэда до номинальной.

-УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ ТОКА С КОМПЕНСИРУЮЩИМ ЗВЕНОМ, содержащее первый счетчик импульсов, прямой и инверсный выходы которого подключены к фор мирователям импульсов запуску тиристоров одной из стоек инвертора и через первые входы перзогр, и второго элементов И - к формирователям импульсов запуска тиристоров другой стойки инвертора, вторые входы первого и второго элементов И предназначены для подачи сигнала перегрузки инвертора, заданзщий генератор, выход которого через второй счетчик импульсов и первый вход третьего эле.мента И подключен к первому входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с формирователем импульсов запуска тиристоров .компенсирующего звена, узел блокировки, на вход которого подается сигнал обратной связи, а : прямой выход соединен со вторым входом третьего элемента И, четвертый элемент И, отличающееся тем, что, с целью попыш1Э 1ия быстро- действия, оно снабжено формирователем импульсов в виде последовательно соединенных нуль-ортана и трех дноБИбраторов, аналог1:)-цифровым . преобразователем, первым, и вторым реверсивными счетчиками импульсов, третьим счетчиком импульсов, .блоком сравнения, одновибраггором, пятым и шестым элементами И, первые входы которых, а также.первый вход четвертого элемента И соединены с инверсным ВЫХОДОМ узла блокировки, их вторые входы, а также вход первого счетчика импульсов и вход синхронизации аналого-цифрового преобразователя подключены к выходу задающего генератора, третий вход четвертого элемента И. соединен с выходом второго одновибратора, выход третье-го одновибратора подключен к входу запуска аналого-цифрового преобразователя, $ вход нуль-органа соединен с входом «Л узпгС блокировки и информационным входом аналого-циф|5ового преобразователя, информационные выходы которого соединены с информационными входами первого реверсивного счетчика импульсов, управляющий вход ,которого подключен к выходу за вершения Преобразования аналого-цифрового преобразователя, а его информационные выходы соединены с первыми входами блока сравнения, вторые входы которого предназначены для подачи эталонного кода, а первый и второй выходы п9Дключены через, третьи входы пятого и шестого элементов И соот.ветствённо к суммирующему входу первого, соединенного с вычитающим входом второгореверсивного счетчика импульсов и вычитающим входом первого, соединенным с суммирующим входом второго, причем информацконные выходы второго реверсивного счетчика импульсов соединены с информационными входами третьего, управляющий вход которого соединен с третьим выходом блока сравнения, его счетный вход с выходами четвертого элемента И, а выход через одновибратор подключен к второму входу элемента ИЛУ.

36J7|L

JL

38to

X 7 /X 7

JL jjlLn n П П n rn n n m П П П m n n.