Цифровое устройство для управления преобразователем частоты с непосредственной связью и однократной модуляцией Советский патент 1985 года по МПК H02M5/22 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления непосред ственными преобразователями частоты предназначенными, например, для частотного управления электроприводами и дл.я автономных систем энерго снабжения. Целью изобретения является повышение надежности работы преобразователя путем сокращения затрат време ни на поиск и локализацию неисправностей ключей. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для управл ния преобразователем частоты мостового типа; на фиг. 2 - эпюры напряжений и временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 3 - принци пиальная схема устройства для управления . , . , Силовая схема преобразователя ча тоты с непосредственной связью и однократной модуляцией (фиг. I) содержит две группы полностью управляе мык ключей с двусторонней проводимостью 1,2,3 и 4,, образующих моссиловые входы которой товую схему, фазам А,В,Стрехфаз,подключены к ной питающей сети, имеющей нулевую клемму О, а выходы к нагрузке 7. Силовые ключи выполнены на тралзисторах. Сигнал логической единицы на управляющем электроде транзистора соответствует открытому состоянию ключа, а логического нуля - закрытом Устройство для управления преобразователем содержит задающий генератор 8 регулируемой последовательности па тактовых импульсов, выход 9 которого подсоединен к счетному входу 10 четырехбитного счетчика I1 тактовых импульсов. Й51ХОДЫ 12 счетчика 11 сое динены с адресными входами 13 первого ПЗУ-14, выходы которого через yen лители мощности 15-20 подсоединены к управляющим входам ключей 1-6 преобразователя. Клеммы нагрузки 7, связанные с различными группами ключей, подсоединены к входам 21 и 22 датчиков 23 и 24 положительного напряжения и к входам 25 и 26 датчик 27 и 28 отрицательного напряжения, а KneMNW фаз А,В,С входной питающей сети соединены с входами 29-31 датчиков 32-34 полярностей напряжени фаз питающей сети. Выходы всех датчи ков подключены к первой группе адресных входов 35-41 второго ПЗУ 42, вторая группа адреснь гх входов 43 которого подсоединена с выходам 12 счетчика 11. Выход 44 второго ПЗУ 42 подсоединен к входу 45 предварительной записи счетчика 11 и совместно с выходами 46 к блоку индикации 47. Обозначения эпюр и временных диаграмм на фиг. 2 соответствуют обозначениям фиг. 1. Согласно фиг 3 обозначения 48 51соответствуют номерам проводов в шине, соединяющих блоки 11, 14 и 42. Эти блоки выполнены на интегральных микросхемах К155ИЕ7, К155РЕЗ, К556РТ6 соответственно. Функционирование блоков ПЗУ характеризуется тем, что определенной кодовой комбинации на адресных входах соответствует определенная кодовая комбинация на его информационных выходах. Сброс счетчика 11 в нулевое состояние осуществляется при появлении двоичного кода 1100 на выходах 12. Для сброса счетчика используется логическая интегральная микросхема К155ЛИ1. Длительность нахождения кодовой комбинации 1100 на выводах 12 пренебрежимо мала по сравнению с основными временными соотношениями и определяется временем задержки распространения сигналов через логическую микросхему К155ЛИ1. Датчики 23,24,27,28,32-34 выполнены на операционных усилителяхограничителях и формируют на выходах сигналы с логическими уровнями, зависящими от полярности входных напряжений. На выходах датчиков 32-34 полярностей фаз питакнцей сети и датчиков 23 и 24 положительного напряжения при положительных значениях напряжений на входах 21,22, 29-31 относительно нулев1Ой клемьы 52питающей сети формируется уровень логического нуля, а при отрицательных напряжениях или отсутствии напряжения - уровень логической единицы. При отрицательных значениях напряжения на входах датчиков 27 и 28 отрицательного напряжения на их выходах формируются уровни логической единицы, а при положительных значениях или отсутствии напряжения - уровни логического нуля. функционирование устройства подразумевает управление силовыми ключами в нормальном режиме при исправном состоянии последних и в аварийном режиме, когда какойлибо из ключей неисправен. Неисправности могут быть типа Короткое замлкание (КЗ) или Обрыв. Рассмотрим функционирование устройства при отсутствии неисправностей силовых ключей, когда ключ К находится в положении В (Включено) и работа счетчика разрешена высоким уровнем сигнала на входе 45 предварительной записи. На выходе 9 задающего генератора формируется периодическая последовательность пар импульсов (диаграмма 9 4ИГ. 2). В задающем генераторе должна быть реализована возможность изменения интервалов времени , , и т.д. между парами импульсов, .а также интервалов , , ty-tf и т.д. между импульсами каждой пары. Длительности интервалов to-t,... определяют частоту ;2, -4 основной гармоники выходного напряжения, а интервалов tij-t 2, ,.. его величину. Импульсы,, формирующие.ся в чётньге моменты времени t, t. .., осуществляют подключение фаз А, В, С питакицей сети к нагрузке 7 преобразователя. Импульсы, формирующиеся в нечетные моменты времени t, осуществляют замыкание -3 нагрузки накоротко и формируют паузы обеспечивающие регулирование выходного напряжения. Эти импульсы поступают За счетный вход +1 10 счетчика П (г. 1,3) и изменяют значение двоичного кода на его выходах 12 от О до 12 (1100). При значении кода 12 счетчик. 11 через схему К155ЛИ1 (фиг. S) обнуляется, после чего значение кода вновь увеличивается от О до 12 и т.д., таким образом обеспечивается цикличность его работы. Код с выхода 12 счетчика 11 поступает-на адресные входы 13 первого ПЗУ 14. При этом с его выходов через усилители мощности 15-20 импульсы управления поступают на управляющие входа ключей 1-6 (фиг. 1-3). Диаграммы 14.1-14.6 (фиг. 2)поясняются табл. 1, в которой приведены двоцчные коды на адресных входах 13 первого ПЗУ 14 и соответствукицие им двоичные коды на его выходах (нижний 84 индекс в обозначении адреса означает разряд кода, а верхний соответствует группе входов 13). Когда ключ К находится .в положении О (Отключено), на входе 45 предварительной записи С присутствует потенциал, работа счетчика 11 запрещена и На его выходах 12 установлен двоичный код 1111, в соответствии с которым силовые ключи 1-6 разомкнуты до момента времени t, (фиг, 2).. В момент времени t ключ К переключается в положение В и разрешается работа счетчика 11. Из диаграммы фиг. 2 и табл. 1 следует, что в интервале времени . tg-t на выходах 12 счетчика И устанавливается двоичный код 0000, соответственно которому на выходах ПЗУ 14 устанавливается двоичный код 010001, формирующий через усилители мощности 15-20 сигналы замыкания силовых ключей 1 и 5, и к нагрузке 7прикладывается напряжение фаз А и 8(диаграмма 7, фиг. 2).-В момент времени t, импульс с выхода 9 задающего . генератора 8 устанавливает счет- чик 11 в состояние 0001 на выходах 12, и в интервале времени на. выходах ПЗУ 14 устанавливается код 00100 , формирующ11й на нагрузке 7 с помощью упомянуть:х усилителей 1520 паузу в выходном напряжении посредством подключения обоих клемм нагрузки к фазе А через замкнутые ключи 1 и 4. В интервале ty-t на выходах ПЗУ 14 устанавливается код 100001, формирующий сигналы замыкания ключей 1-й 6, и к нагрузке 7 подключается напряжение фаз А и С. В интервале снова формируется пауза выходного, напряжения путем подключения обоих клемм нагрузки 7 к фазе С через ключи 3 и 6 и т.д. В момент времени t при достижении на выходах 12 счетчика 11 значения кода 12 (0) происходит обнуление счетчика 11, и на нагрузке 7 вновь формируется участок кривой с.помощью напряжения фаз А и В. В результате происходит циклическое подключение фаз питающей сети к нагрузке 7 через силовые ключи 1-6 по алгоритму, запрограммированному в первом ПЗУ 1А. Таким образом, по двоичному код/ с выходов 12 счетчика 11 в любой момент времени можно определить, какие.ключи должны.быть по алгоритму работы замкнуты, а какие разомкнуты На эпюрах 21 и 22 (фиг. 2) привеч дены кривые напряжений на соответствующих входах датчиков 23,24,27 и 28 положительного и отрицательного напряжения, подключенных входами к нагрузке, а также логические сигналы на выходах этих датчиков и датчиков 32-34 полярности напряжений фаз, подключенных входами 29-31 к фазам А,В,С питающей сети диаграммы 3531, фиг. 2), где положительному напряжению на входах 21,22,25,26,29-31 соответствует нулевой уровень на выходах 35-37,36,38,39-41, а отрицательному - положительный уровень. Устройство для управления выполня ет также функции непрерывного слежения за состоянием силовых ключей .и при обнаружении неисправностей выполняет определенные управляющие воздействия в аварийном режиме работы. Рассмотрим функционирование устройства по обнар5таению и локализации неисправностей.. . Комбинации логических элементов 35-41 на первой группе адресных входов второго ЙЗУ 42 совместно с комбинациями логических сигналов на выходах 12 счетчика 11, поступающих на другую группу адресных входов 43 этого ПЗУ, определяет полный код адреса в ПЗУ, по которому на его выходах 44 и 46 появляется информация об исправном или неисправном состоя НИИ преобразователя и о виде неисправности. В табл. 2 представлены двоичные коды на первой группе адресных входо 35-41 второго ПЗУ 42, обозначенные соответственно А , А| , ..., , двоичные коды на второй группе адресных входов 43, обозначенные соответственно ,.,., А ,0 , а также со- ответствуюпще им двоичные коды на выходах 44 и 46, обозначенные D ,.. D, с комментариями о состоянии си ловых ключей 1-6. -Всю программу ЙЗУ 42 (табл . 2) можно разбить на группы по три строк соответствующие одинаковому коду на адресных sxpfjax 43 этого ПЗУ, В каждой группе только первая строка соот ветствует нормальному режиму работы преобразователя. Две остальные строк группы отличаются от первой аварийными кодами датчиков положительпхтго И отрицательного напряжений и соответствуют, следовательно, аварийным режимам. При периодическом появлении тактовых импульсов на выходе задающего генератора 8 происходит последовательная смена адреса на адресных входах 43 ПЗУ 42. В случае работы преобразователя в нормальном режиме когда неисправности силовых ключей отсутствуют, функционирование устройства определяется соответственно последовательной сменой кодов на выходах ПЗУ 42, соответствующих только первым строкам указанных групп (вторые и третьи строки каждой группы пропускаются). В табл. 3 представлен перечень двоичных кодов на выходах данных 44 и 46 второго ПЗУ 42 и соответствую- щие им возможные неисправности ключей 1-6 преобразователя. В соответствии с двоичным кодом на выходах 44 и 46 блок индикации сигнализирует о состоянии ключей преобразователя. Блок индикации в простейшем случае может быть выполнен в виде шести светоизлучающих сигнальных приборов, f связанных через усилители с выходами второго ПЗУ, двоичныйкод которых указывает на определенный вид неисправности в соответствии с табл. 3. Пусть на второй группе адресных входов второго ПЗУ 42 (А ), соединенных с выходами 12 счетчика 11, установлен двоичный код 0000, на адресных входах 39-41 (А , А, Aj) установлен код 010, указывающий на полярность напряжения фаз А,В,С питающей сети в интервале (фиг. 2), к на адресных входах 3538 (АО , А , А, А|) установлен код 1100, указывающий на полярность . напряжения на клеммах нагрузки в / указанном интервале . Тогда в соответствии с полным двоичным кодом 0000 010 1100 на первой и второй группе адресных входов второго ПЗУ 42 на входах 44 и 46 (D о Dj ) появляется код 1II111, характеризующий сой ояние силовых ключей как исправное (строка 1, табл. 2). В этом случае на вход записи С 45 счетчика 11 поступает сигнал с уровнем единицы, который не изменяет состояние двоичного кода на выходах счетчика. Код 111111 с выходов 44, 46 инициируется блоком индикации :7. 47 - Ключи исправны. Если полный двоичный код на адресных входах второго ПЗУ 00000100000, то это означает что ключ 5 не замкнулся, как требуется по алгоритму. Этому состо нию преобразователя соответствует код 001001 на выходах 44 и 46 (стро ка 3, табл. 2).. В этом случае нулевой уровень на выходе 44 второго ПЗУ 42 устанавливает по входу С счетчик 11 в единичное состояние, а блок индикации 47 указьшает на неисправность - Обрыв ключа. Когда счетчик 11 установится в единичное состояние, все ключи преобра |3ователя оказываются разомкнутыми и при прежней полярности напряжений фаз А,В,С питающей сети на адреснь1х входах второго ПЗУ появляется код 11110100101. При 3том на выходах 44 и 46 появляется код 1ХХХХХ (строка 37, табл. 2), где X - безразличное состояние двоичной -переме ной. При коде 1ХХХХХ блок индикации не меняет своего состояния, т.е по-прежнему указывает на неисправност Обрыв ключа 5. Но при этом коде запрещение; работы счётчика 11 по входу записи С 45 с выхода 44 второ го ПЗУ снято, и следующий импульс генератора 8 по счетному входу 10 счетчика 11 установит на его выходе код 0000, т.е. устройство вернется в рабочее состояние. Если ранее ключ 5 не замкнулся по причине случайного сбоя и ключ 5 исправен, то это рабочее состояние вновь соответствует строке 1 табл. 2 и на выходах 44 и 46 второго ПЗУ появится код 111111, т.е. устройство окажетс исправным и указанный сбой на его р боту влияние не окажет. Если же клю 5 действительно вьшел из строя, то счетчик 11 также перейдет в состояние 0000, но при коде 010000 на первой группе адресных входов 35-42 на выходах 44 и 46 второго ПЗУ 42 появится код 1ХХХХХ (строка 37, табл. 2) и т.д., т.е. при появлении неисправности типа Обрыв ключа 5 дальнейшая работа устройства по алгоритму оказывается невозможной, пока неисправность не будет устранена . сли полный двоичный код на адресных: входах второго ПЗУ 000001011 то имеет место обрыв ключа 1. Этому 38 состоянию преобразователя соответствует код 000001 на выходах 44 и 46 (строка 3, табл. 2). При этом, как в случае по строке 2, счетчик 11 по входу С установлен в единичное состояние, блок индикации 47 укажет на неисправность - Обрыв ключа 1, на адресных входах второго ПЗУ появится тот же код 11110100101 (строка 37, табл. 2) и для дальнейшей работы по алгоритму потребуется устранить неисправность. Если в результате вьтолнения первого шага (интервал , фиг. 2) преобразователь исправен, то счетчик 11 переходит в следующее по алгоритму состояние. На его выходах появляется код 0001 (интервал ). Тогда при прежней полярности напряжений сети (код 010 На входах 39-41 второго ПЗУ 42) на входах 35-38 ПЗУ 42 может установиться код 0000. В этом случае в соответствии с полным двоичным кодом 00010100000 на адресных входах второго ПЗУ на выходах 44 и 46 установится код 11 1 1 11 (строка 4, табл. 2), свидетельствующий об иЛгравном состоянии ключей. Счетчик 11 при этом готов к переходу в следующее по алгоритму состояние. Если же полный двоичный код на входах 35-41,43 00010101 10.0, то такой код оказывается возможным только в том случае, если ключ 5 не разомкнулся, т.е. имеет место короткое замыкание ключа 5. При.этом на выходах ПЗУ 42 код 001000 (строка 5, табл. 2). В этом случае нулевой уровень на выходе 44 второго ПЗУ 42 также устанавливает по входу С счетчик 11 в единичноесостояние, а блок индикации 47 указывает на неисправность - КЗ ключа 5. При прежней полярности напряжений в сети на адресных входах вто.рого ПЗУ.появится код 11110101111, на выходах ч4 и .46 - код ОХХХХ (строка 38, табл. 2), т.е. дальнейшая работа счетчика 11 и всего устройства по алгоритму прерывается. Если состояние КЗ ключа 5 вызвано слу чайным сбоем и сразу пропадает, то на входах 44 и 46 второго ПЗУ при попадании вызванного имже ложного сигнала установится код 1ХХХХХ, при котором разрешена работа счетчика 11 и он перейдет в рабочее состояние 0000, т.е. функционирование устройства по алгоритму возобновится. Пусть теперь в интервале на входах 35-41,43 второго ПЗУ 42 установится код 00010100011. Это возможно только в том случае, если ключ 2 не разомкнулся, т.е. имеет место короткое замыкание ключа 2. При этом на выходах 44 и 46 ПЗУ 42 появляется код 000010 (строка 6, табл. 2). В этом случае, как и ранее, нулевой уровень на выходе 44 устанавливает счетчик I1 в единичное состояние, блок индикации 47 указывает на неисправность КЗ ключа 2, на адресных входах второго ПЗУ появляется код 1111010111 на выходах 44 и 46 - код ОХХХХХ (строка 38, табл. 2), Если состояние КЗ ключа 2 вызвано неисправно стью ключа 2, то дальнейшая работа счетчика блокируется, и функционирование устройства по алгоритму ока зывается невозможным до устранения неисправности. Аналогично устройство функционирует на следующих шагах алгоритма. Со строки 40 (табл. 2) коды на второй группе адресных входов 43 второ 3810 го ПЗУ 42 повторяются при новой комбинации полярностей фазА,В,С питающей сети - код 110 на адресных входах 39-41. Таких комбинаций фаз А,В,С может быть шесть и смена их отмечена также строками 79 (код 100), 118 (код 101), 157 (код 001) и 196 (код 011). В аварийных режимах неисправности устраняются обслуживающим персоналом путем замены неисправного блока или ключа исправным. .Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет быстро обнаружить неисправность и нарушение алгоритма работы силовых ключей преобразователя за счет дополнительного введения датчиков положительного напряжения, датчиков отрицательного напряжения, второго постоянного запоминающего устройства, блока индикации и связей между ними. При этом существенно уменьшается общее время поиска и устранения неисправностей, что приводит к повьшению надежности работы преобразователя. Таблица ю см :§ S in CM ю S s Snn i-§.§. t;ЮЮ tdоо

ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ .УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ И ОДНО. КРАТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, выполненным по мостовой схеме на полностью управляемьк ключах с двухсторонней проводимостью, силовые входы которого подсоединены к трехфазной питающей сети, а выходы - к однофазной нагрузке, содержащее последовательно соединенные заданяций генератор регулируемой последовательности пар тактойлх импульсов, че.тырехбитный счетчик тактовых импульсов и первое постоянно запоминающее устройство (ПЗУ) с четырехбитным входом и шестибитным юпсодом, выходы которого через усилители мощности предназначены дпя соединения с управляющлмк входами ключей, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем сокращения затрат времени на поиск и локализацию неисправностей ключей, введены три датчика полярности напряжений фаз питающей сети, два датчика положительного напряжения,.два датчика отрицательного напряжения, второе ПЗУ с двумя группами адресных входов и шестибитным информационным выходом и блок индикации, причем входы датчиков полярности напряжений фаз питающей сети предназначены для подключения к фазам питающей (Л сети, входы одного датчика положительного напряжения и одного датчика отрицательного напряжения предаазначены для подсоединения к каждой ..КЗ клемм нагрузки, выходы всех датчиков подключены к первой группе адресных входов второго ПЗУ, информационный выход которого подсоединен о к входу блока индикации, при этом 4iii выход одного бита информационного 00 СО 00 выхода второго ПЗУ подключен к % - . входу предварительной записи счетчика, информационный выход которого подсоединен к второй группе адресных входов второго ПЗУ.

„„o- - OO - ООт-ОО - - - - о о - о-™

- OO - OO - OO - - - o - - o - - o

- OO - OO - OO-O.O - о о - OO - OO - OO O о

о о - OO - о о оо - оо - оо - о о -о - о - о о - о р - о -о - о - о о - о о - о ооооо. ооооооо ОООООООООООО

ООО - - - рОООООООО- - - -

ОООООООООООО- - оо о ооооооо о о

- см - lA.vO f оо (f

о о - о -. -

-о о о -

-о о

Q , ем fo - in O - -. - o - - - о о -, --о - о о - - о о - - оооо ОООО оооо

см

tn чО - Л)П) nt nl Ш Ш I s a

- «- -. о о о - -О - - о - - о

о о « ,-. о

- о - о о ОО - о о-СЭО - ОО - iocb - ОО о о - ОО

- - о - - о - -- о о - о -

о - - - о

- о -

о - о - о о о о о о ОО о о. О

-1 о о . о « - о о о

о о

- о о о о о о - - -1

о о о о о ло о ОО ОООО о о Г ОО О о S f Ю f - Г Ю 1П1П Ю Ю 1О Щ r -

о о. - о о -: - -

о - - о - о

о о - оо - о о -

- о - - о - о - о -

о о

- о -- о о

о - - о - о о «сэ о СЧ) (d ct} (d Ц) p. e Ю Ю woo - о - - - о о - -- о о -- о О о о ОО ОО о о о о 00 (7 о - CN lA Ю vO vO .vO

i

л к

CU

л о

i «и ta

S S

СП

w;

о о - о о- --- - - о -

о - - о

- о -

- о

-.О- - оо - -

- о о--о о - о о - о о

- о о - о о

о - оо - оо о -

о - оо - ооо -

о о - о о -

о о - о о -- -. О- - о - - о -

о оо о о о о о Оо о о о о о

ооооооооооооооо

о о о - - - о о о о о о

о о о о о оо о о о о о -, -

ооооооооооооооо

- (SrO- 1 f COO O--CslfO

г ооооооаооооооооооооос 1СГ|СЛ0ч

3 -

чо-

ЧОСЧ

sI

.

at п) a

ЯГnt

п)

си

a

,

Bfa

I g

у

II

с

с u

« у

У«

XX

s

nШ

nm

g.E

EI

13 2

сЮ

оо

оо

0 - 00

- о о

о о

о о - о о - оо

-О о о -

- о о о -

о - - о -

о -

-о о о

о о -

-о о о

s

fO in П))

& у

p.

Ck К

с

и

s

s n n s

I I I I

Ю о

о о

-00-0 ХМХ-ОО-О

- о---

- о - -о-Х«Х-0 - -

- о о -о )« - ОО - о

-ОО-ОО - - ОО - О

о - о - о

- о

о - о-ооо о - -

о - оо - - о- о. о - - о

О - оо - ОО- 00 - - о

О о оо о о о.о - - - - -

ООООООООООООО

о о о -

ОООООО -

00

- сч со ю vo

о о о -

CN

VO

.s

tn

n

(0 3- 3

П)

р. с о

p с u

m

ш

0)

IS

к

s

n

n

S

2 P.

a

к

so.

S§ S

Ю

Ю

S

S Ю

о

о

о

оок XX - - - - о

о о

о - - -

о о о - -

«

о о о о о

- о о о о о

- .о о о о о

г 00 о о - сч - - - сч см CS

1Л

- ш

VO

о)

tr

§ ё

П) V

г

S аffl

и к

§.

а§

т

ю о

on

XX

,-,,лОО

t

- о о

«X

- ОО - о - - о о - о -

Х.Х

- о - -а - - о - - о о

XX

- о о

-ОО - оо-оо- оо

ОО

„о - - -о-о-о.-о

о-

0-

-о - - -о-о-о -о

о о - - о-оо-ОО-

о-

ОО --О-ОО-ОО- о-

о о /о о оооооо оо

00

о о оооооооо оо

о о о- - --ооо- -.-ч

ОО о о оо---«.,-«

о о р о оооооо оо

о ОО о оооООо оо

г а о - м (О

о

ю ш

ю 1Л1Л О vO лО vO vO4 vO

ю

v

I

fo

к

П

о cd р, ц

л се

«

&

о.

ю

U

см

о) у

cd

cd

g

ё

сб

V

tr

S

у

к

о.

о. ю

2 S

5 S 12 ю о

о

о - - о - - о -

- о - о о ОО

с5 p5 (SCM «Nl (N CS СЧ CS

см СЧ cv| tv| S CM CM S CM (M (M Г4 ГЧ

о , ts fo « со СП fo со е) . CV1 еч М сч

43116483844

ТаблицаЗ № II ILIMI II II II, 11 il 11 11 11 il il M N jSte fptrv II r-J i| HilM |l|ll IMTI f| I

Фиг. 2 II l{ f

«ч t-j сэ

чГ

I