Устройство для управления вентильным преобразователем Советский патент 1984 года по МПК H02P13/16 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в си ловых тиристорных преобразователях систем автоматического, управления электроприводами технологических ус тановок, например, прокатных станов Известна система импульсно-фазового управления преобразователем, содержащая в каждой фазе последовательно включенные сумматор, интегра тор, усилитель и формирователь импульсов управления тиристорами сило вого блока, причем выход усилителя соединен с вторым входом сумматора, третий .и четвертый входы которого подключены соответственно к источни ку управлякнцего сигнала . эталонного напряжения XQ lj . Однако устройство имеет низкую надежность из-за возможности ложног срабатывания формирователя импульсо управления тиристорами силового бло ка под действием внешних помех, поступающих, например, со стороны питающего напряжения. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для управления вентильньм преобразо вателем, содержащее в каждой фазе последовательно включенные релейный элемент, первый вход сумматора, интегратор, усилитель, выход которого соединен с вторым входом сумматора, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к источни ку управляющего и опорного напряжений, формирователь импульсов управления, предназначенный для подключения к управляющему электроду соответствующего вентиля, датчики тока и напряжения нагрузки, кнопочный нормально разомкнутый контакт, вход которого соединен с первым источником эталонного напряжения 2J. Недостатком известного устройства является низкая надежность из-за воз можности ложного срабатывания формирователя управляющих импульсов. Кроме того, в известных устройствах при исчезновении синхронизирующего сигнала (напряжения одной из фаз) СИФУ соответствующей фазы входит в режим собственных автоколебаний, ког да фронты ее выходного сигнала оказьшаются не фиксированы во времени по отношению к питающему напряжению. При появлении напряжения соответствующей фазы на тиристор силового блока может быть подан случайный импульс управления, что вызовет ошибку процессов регулировання в системе, либо неработоспособность преобразователя. Целью изобретения является повышение надежности работы вентильного преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления вентильным преобразователем, содержащее в каждой фазе последовательно включенные релейный элемент, первый вход сумматора, интегратор, усилитель, выход которого соединен со вторым входом сумматора, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к источнику управляющего и опорного напряжений, формирователь импульсов управления, предназначенный для подключения к управляющему электроду соответствующего вентиля, датчики тока и напряжения нагрузки, кнопочный замыкающий контакт, вход которого соединен с первым источником эталонного напряжения, в каждой фазе снабжено дифференцирующим элементом,. демодулятором, ключевым элементом, с зоной нечувствительности и элементом НЕ, первым элементом ИЛИ, ключевым элементом, элементом РАВНОЗНАЧНОСТЬ, общими для всех фаз, вторым источником эталонного напряжения, RS-триггером и вторым элементом ИЛИ, причем вход дифференцирующего элемента подключен к выходу релейного элемента, а его выход через демодулятор, ключевой элемент и элемент НЕ к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу RS-триггера, первый вход которого соединен с выходом кнопочного контакта, а второй вход подключен к выходу второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу датчикрв тока и напряжения, выход усилителя соединен с первым входом элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ и с замыкающим контактом клю чевого элемента, второй вход элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ через размыкающий контакт ключевого элемента соединен с вторым источником эталонного напряжения, а управляющий вход ключевого элемента соединен с выходом элемента ИЛИ, выход элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ подключен к входу соответствующего формирователя импульсов управления. На фиг. 1 показана функциональная схема устройства} на фиг. 2-4 временные диаграммы его сигналов. Устройство содержит последовательно включенные релейные элементы 1-3 сумматоры 4 ,- 6, интеграторы 7-9, усилители 10 - 12, элементы 13 - 15 РАВНОЗНАЧНОСТЬ, формирователи 16-18 импульсов управления, блок 19 вентилей, нагрузки 20, блоки 21 - 23, дифференцирующий элемент 24, демодулятор 25, ключевой элемент 26 с зоной нечувствительности и логический элемент НЕ 27, каждый из. блоков 21-23 включает в себя входные 28 - 30 и вы ходные 31 - 33 клеммы, ключевые элементы 34 - 36 первые элементы ИЛИ ЗУ 39, датчик 40 тока, датчик 41 напряжения, второй элемент ИЛИ 42, тригге 43, кнопочный контакт 44, клемма 45 для подключения сигнала управления Хц, клемма 46 для подключения источника X{j опорного напряжения, клеммы 47 и 48 для подключения источников эталонного сигнала Х,, Х, входные клеммы 49 и 50 датчиков тока и напряжения соответственно, Устройство работает следующим образом. Датчики 40 и 41 (фиг. 20,5) включают в себя непосредственно преобразователи 51 и 52 контролируемого параметра (тока, напряжения), в аналоговый сигнал например, каскады, выполненные по принципу модулятор-демодулятор с разделительным трансфор матором, (характеристика на фиг.2Ь) и выходные пороговые элементы 53 и 54 с характеристикой, показанной на фиг; 32. Порог срабатьгаания звеньев 53 и 54 соответствует максимально допусти мому уровню тока и напряжения в цепи нагрузки вентильного преобразователя Релейные элементы 1-3 (фиг. 1) имеют нулевое значение порогов пере;Ключения и предназначены для преобра :3ованш1 напряжения соответствующей фазы питания (фиг. 2е) в сигнал типа меандр со средним нулевым значением (фиг. 2Ж). Каскады образованные сумматорами 4-6, интеграторами 7 - 9 и усилите лями 10 - 12 представляют собой системы, которые в исходном состоянии работают в режиме автоколебаний, час тота которых нормируется инерционностью интеграторов 7 - 9 и усилителей 10 - 12. Усилители 10 - 12 имеют неинвертирующую характеристику. Под действием выходного сигнала релейного элемента 1 (фиг. За) звенья 4, 7, 10 переходят из режима автоколе баний в режим принудительной синхронизации с частотой напряжения фазы С, В интервале времени t (фиг. з5) изменение выходного сигнала Y7(t) интегратора 7 происходит под действием разности сигналов Y (t) (фиг. За) и ) (фиг. 35).. В момент времени изменения знака сигнала на выходе релейного элемента 1 (фиг. 1 и За)происходит смена знака производной выходного сигнала интегратора 7. Переключение усилителя 10 осуществляется в момент времени t перехода выходным сигналом интегратора 7 нулевого уровня. В интервалах tJ, t4 формирование развертывающей функции Y7(-b) происходит аналогичным образом. В результате на выходе усилителя 10 формируется сигнал (фиг. 36) с периодом Т равным периоду сетевого напряжения (фиг. Зс(), но отстающей от него по фазе на угол порядка 60-80 эл.град., который зависит от а54плитуды синхронизирующего сигнала на входе сумматора 4. Под действием сигнала управления (фиг.ЗЬ) подаваемого на клемму 45 (фиг. 1), выходной сигнал интегратора 7 смещается вертикально относительно нуля устройства, причем в сторону, противоположную знаку управляющего воздействия (фиг. Зг). При этом изменяется положение во времени фронтов выходного сигнала усилителя 10 по отношению к синхронизирующему воздействию (напряжению соответствующей фазы). С помощью опорного напряжения XQ, подключаемого к клемме 46 (фиг. 1), производится начальная установка угла, при котором открывается соответствующий вентиль блока 19. Принцип работы остальных фаз аналогичный рассмотренному. Знак выходного сигнала элементов 13 - 15 соответствует произведению знаков сигналов на их входах. В исходном состоянии ключей 34 - 36, показанном на фиг. 1, на второй вход эле-. ментов 13 8- 15 подключен источник эталонного сигнала Х (фиг. 1, клемма 47) положительной полярности. Это обеспечивает формирование на выходе элементов 13-15 сигналов, ко торые полностью повторяют форму выходных импульсов звеньев 10 - 12.

S10

Формирователи 16 - 18 выполнены на основе одновибраторов, синхронизация которых может осуществляться как от переднего, так и от заднего фронтов выходных импульсов усилителей .10 - 12, Выходные сигналы формирователей 16 - 18 подаются на управляющие электроды соответствующих тиристоров блока 19 (на фиг. 1 с целью упрощения рисунка отсутствует линия связи блока 19 с сетевым напряжением ) . Постоянная времени дифференцирующего элемента 24 выбирается таким образом, чтобы передать с минимальными искажениями на вход демодулятора 25 переменную составляющую выходного сигнала релейного элемента 1(фиг.4о1,о

В демодуляторе 25 выходной сигнал дифференцирующего элемента 24 (фиг. 5 и 6) выпрямляется (фиг.4Ь) и усиливается таким образом, чтобы . его амплитуда при нормальном режиме работы устройства превышала бы зону нечувствительности С ключевого элемента 26. В этом случае на выходе ключевого элемента 26 формируется сигнал .постоянного уровня (фиг. 4г), который обеспечивает нулевое значение напряжения на выходе элемента НЕ 27 (фиг. 4). Предположим, что в момент времени t О напряжение фазы С оказалось равным нулю. Тогда выходной сигнал релейного элемента 1 принимает фиксированное, например, положительное значение (фиг. 46). Это приводит к уменьшению до нуля выходного сигнала дифференцирующего звена 24 и демодулятора 25 (фиг. 4ж) . При выполнении условия YUJ () С ключевой элемент 26 закрывается (фиг. 4g), а на выходе элемента НЕ 27 появляется сигнал (фиг. За), под действием которого переключается ключевой элемент 34. В результате оба входа элемента 13 оказываются подключенными к выходу усш1ите.пя 10. При этом независимо от знаков импульсов на выходе блока 10 выходной сигнал элемента 13 принимает положительное значение, что исключает возможность формирования импульсов управления вентилями на выходе блока 16.

96

При появлении напряжения фазы С ключевой элемент 34 переходит в исходное состояние послеТОГО, как заканчивается переходной процесс синхронизации в фазе управления. Это достигается путем соответствующего выбора постоянной времени блока 21. Работа блоков 22 и 23 аналогична рассмотренной.

Таким образом, в устройстве исключается подача ложных импульсов управления тиристорами при исчезновении соответствующей фазы напряжения питания преобразователя.

Второй элемент РШИ 42 и RS-триггер 43 служит для отключения усилителей . 10 - 12 от формирователей 16 -. 18 в случае превышения выходными координатами преобразователя (ток, напряжение в цепи нагрузки) допустимых уровней. При этом на выходе второго элемента ИЛИ 42 формируется сигнал логической 1, который переводит RSтриггер 43 в состояние, при котором на вход первых элементов ИЛИ 37 - 39 также подается логическая 1.

Это приводит к переключению ключевых элементов 34 - 36 и фиксации выходного напряжения элементов 13-15 на положительном уровне, когда исключается возможность запуска формиро вателей 16 - 18. Для перевода RSтриггера 43 в исходное состояние логического О служит кнопочный контакт 44 и источник эталонного сигнала Xg-f (фиг. 1, к.пемма 48). Выход-, ной сигнал второго элемента ИЛИ 42 может подаваться также в схему отключения блока 19 от напряжения сети.

Таким образом, предлагаемое устройство характеризуется более высокой надежностью при работе в системах управления технологическими процессами. Это достигается за счет устранения возможности формирования импульсов управления тиристорами при исчезновении напряжения какой-либо из фаз и отключение преобразователя от сети при одновременном снятии напряжения с управляющих электродов тиристоров силового блока ВП.

игЛ

Н0Н5

r

.

L

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ, содержащее в каждой фазе последовательно включенные релейный элемент, первый вход сумматора, интегратор, усилитель выход которого соединен с вторым входом сумматора, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к источнику управляющего и опорного напряжений, формирователь импульсов управления, предназначенный для подключения к управляющему электроду соответствующего вентиля, / датчики тока и напряжения нагрузки, кнопочный замыкающий контакт, вход которого соединён с первым источником эталонного напряжения, отличающееся тем. Ч.о, с целью повышения надежности работы вентильного преобразователя, оно в каждой фазе снабжено дифференцирующим элементом, демодулятором, ключевым элементом с зоной нечувствительности и элементом НЕ, первым элементом ИЛИ, ключевым элементом, элементом РАВНОЗНАЧНОСТЬ, общими для всех фаз, вторым источником эталонного напряжения, RS-триггером и вторым элементом ИЛИ, причем вход дифференцирующего элемента подключен к выходу релейного элемента, а его выход через демодулятор, ключевой элемент и элемент НЕ - к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу RS-триггера, первый вход кото- 8 рого соединен с выходом кнопочного контакта, а второй вход подключен к выходу второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу датчика то§ ка и напряжения, выход усилителя соединен с первым входом элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ и с замыкающим контактом ключевого элемента, второй вход элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ через размы;о 4i кающий контакт ключевого элемента соединен с вторым источником эталонного напряжения, а управляющий вход о ;о ключевого элемента соединен с выходом элемента ИЛИ, выход элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ подключен к входу соответствующего формирователя импульсов управления.

r

1

У/Л

:j

ж 0

фаг2

УГ(}

/

То

$ О

У7(}

/.

г

.

О

И

ФигЗ

,yf(f)

У2()

Г-i-Г-1-,У2б()

/f/27)0

УГ()

y2f(f)

X

фе/г.4

t t t