Широтно-импульсный регулятор для управления вентильным преобразователем Советский патент 1985 года по МПК H02M1/08 

RS-триггера, прямой выход которого подключен к R-нходу второго Т-триггера и второму входу четвертого и пя1181074

того элементов И, а прямой выход второго RS-триггера подключен к второму входу третьего элемента И.

ЩИРОТЧО-ИШУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ, содержащий первый генератор, формирователь напрядения обратной связи, выход которого подключен к входу первого интегратора, формирователь опорного напряжения, выход которого подключен к входу второго интегратора, входы формирователей напряжения обратной связи и опорного напряжения предназначены для подключения сигналов обратной связи и опорного напряжения соответственно, оба интегратора снабжены входом сброса, выходы интеграторов соединены с входами компаратора, отличающийс я тем, что, с целью ограничения диапазона регулирования и повышения надежности при пуске, он снабжен вторым генератором, двумя Т-триггерами, тремя RS-триггерами, шестью одновибраторами, двумя элементами задержки, пятью элементами И, формирователи напряжения обратной связи и опорного напряжения вьтолнены в в;аде модулятора-демодулятора с входами модуляции, причем выход первого генератора через первый одновибратор подключен к входу второго одновибратора и к первому входу первого элемента И, выход второго одновибратора является первым выходом широтно-импульсного регулятора и соединен с входами сброса обоих интеграторов и через третий одновибратор - с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу компаратора, выход второго элемента И соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого через червертьм одновибратор подключен к первому входу третьего элемента И, § выход которого является вторым выходом широтно-импульсного регулятора, (Л выход второго генератора соединен с первым входом четвертого элемента И и через первый Т-триггер - с входами модуляции формирователя напря жения обратной связи, выход четвертого элемента И подключен к входу второго Т-триггера, инверсный выход -. которого соединен с первым входом пятого элемента И, входы модуляции 00 формирователя опорного напряжения соединены соответственно с прямым выходом второго Т-триггера и выхо дом пятого элемента И, входы первого RS-триггера предназначены для подключения к пусковому переключателю, прямой выход через пятьй одновибратор соединен с S-входом второ- го RS-триггера и с входом первого элемента задержки, инверсный выход через шестой одновибратор с R-BXOдом третьего RS-триггера и входом второго элемента задержки, выход которого подключен к R-входу второго RS-триггера, выход первого элемента задержки соединен с В-входом третьего

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах управления автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией, широтно-импульсных преобразователях, регулируемых выпрямителях. Цель изобретения - ограничение диапазона регулирования и повышение надежности при пуске. На фиг. 1 представлена схема пред лагаемого регулятора; на фиг. 2 временные диаграммы работы регулятора; на фиг. 3 - структура интегратора и компаратора; на фиг. 4 - диаграммы работы интеграторов и компаратора. Устройство широтно-импульсного регулятора для управления вентильным преобразователем (.фиг. 1) содержит задающий генератор 1, к которому последовательно подключены три одновибратора 2-4, два интегратора 5 и выходы которых подключены к входам компаратора 7, первый и второй элементы И 8 и 9, подключенные первыми входами соответственно к выходу пер вого и третьего 2 и 4 одновибраторов третий элемент И 10, подключенный первым входом через четвертый одновибратор 11 к выходу первого элемен та И 8, второй генератор 12 повышенной частоты к выходу которого вх первого Т-триггера 13 подключен непосредственно, а.вход второго Т-три гера 14 - через четвертый элемент И 15, формирователи 16 и 17 напряжени обратной связи и опорного нaпpяжeни входы 18,19 jH 20,21 которых соответственно предназначены для подключения обратной связи и опорного напряжения, входы 22 и 23 модуляции первого и 24 и 25 второго формирова телей подключены к выходным шинам первого Т-триггера 13, непосредственно, а к выходным шинам второго Т-триггера 14 - через пятый элемент И 26. Собраны первый и второй формирователи, соответственно, на основе транзисторов 27-30 и 31-34, промежуточных трансформаторов 35 и 36, потенциометров 37 и 38, выходных трансформаторов 39 и 40 и выпрямителей 41 и 42, три RS-триггера 43-45, причем на входе первого триггера 43 установлен пусковой переключатель 46, его прямой выход через пятьй одновибратор 47 соединен с S-входом второго RS-триггера и с входом первого элемента 48 задержки, инверсньй выход первого RS-триггера 43 через шестой одновибратор 49 соединен с R-входом третьего RS-триггера 45 и с вхЮдом второго элемента 50 задержки выходные зажимы 51 и 52 устройства, на которых формируется соответственно опорная и выходная последовательности импульсов, 53 - входной зажим первого интегратора для подключения сигнала питающей сети вентильного преобразователя 54 - зажимы источника питания, Интегратор 5 (фиг. 3) состоит из операционного усилителя 5.1, накопительного элемента (конденсатора) 5.2, ключа 5.3, шунтирующего накопительный элемент, и сопротивлений 5.4 и 5.5, через которые на вход операционного усилителя подключены вьпсоды датчика питающей сети вентильного преобразователя Ugg и формирователя опорного напряжения UQ. Второй интегратор 6 собран на операционном усилителе 6.1, накопительном элементе (конденсаторе) 6.2, ключе 6.3, шунтирующего накопительньй элемент, и сопротивлениях 6.4 и 6.5, через которые на вход операционного усилителя подключены напряжение обратной связи преобразователя Uoj. и опорное напряжение . Ключи 5.3 и 6.3 собраны идентично Так, ключ 6.3 содержит транзистор 6.3.1, ограничительный резистор 6.3. включенный во входной цепи транзистора, трансформатор 6.3.3, пер.вичная обмотка которого подключена к выходу инверторной микросхемы 6.3.4, вход которой подключен к выходу первого одновибратора 2. В состав блока 6 входит также инвертирующий каскад, собранный на операционном усилителе 6.6 и резисторах 6.7 и 6.8. Выходы первого и второго интеграторов через резисторы 7.1 и 7.2 поданы на компаратор 7.3. ГОиротно-импульсный регулятор для управления вентильным преобразователем работает следующим образом. Длительности импульсов опорной последовательности, которую формирует задающий генератор 1 (фиг. 1) с помощью одновибратора 2 устанавливают равными г, углу ограничения диапазона фазового регулирования сверху. С помощью второго одновибратора 3 вьщеляют вторую опорную после довательность импульсов. Она поступает на третий одновибратор 4, который формирует первую вспомогательную -последовательность импульсов с длительностями импульсов равными углу ограничения диапазона фазового регулирования снизу. Выходные сигналы блоков 2-4 приведены на фиг. 2 а, & и В. Работа интеграторов 5 и 6 (фиг. 1) синхронизируется второй опорной последовательностью импульсов. Их выходные сигналы поступают на компаратор. Выходной сигнал компаратора 7 приведен на фиг. 2х. Генератор 12 вырабатывает высокочастотную последовательность импульсов, которая на триггер 13 поступает непосредственно, а на триггер 14 через схему И 15. Входы 22 и 23 моду ляции формирователя напряжения обрат ной связи и подключены к прямому и инверсному выходам триггера 13. Вслед ствие этого на вторичных обмотках промежуточного трансформатора 35 фор мируется высокочастотная последовательность импульсов, график которой при веден на фиг. 2 2 .Она поступает на вхо ды транзисторов 29 и 30 модулятора напряжения обратной связи, трансформатор 39 которого через согласующий потенциометр 37 подключен к зажимам 1 744 18и 19, на которые поступает сигнал напряжения обратной связи. Триггеры 43-45 блока управления в исходном положении Стоп обезнуле- ны. По команде Пуск триггеры 43 и 44 сразу переводятся в единичное состояние, тем самым на выходе триггера 44 вырабатьгоается первое разрешающее напряжение, которое приведено на фиг. 2 . Тем самым разрешается прохождение выходной последовательности импульсов на выходной зажим 52. Появляется на зажимах 18 и 19напряжение обратной связи, модулируется (с помощью трансформатора 39 можно осуществить масштабное умножение) и через демодулятор 41 поступает , начиная с момента времени tp (фиг. 2е ), на вход второго интегратора. Третий триггер 45 управления вы- рабатывает по заднему фронту сигна- ла первого элемента 48 задержки второе разрешающее напряжение (фиг. 2 ж). Единичный сигнал с выхода триггера 45 поступает на элементы И 15 и 26, R-вход второго Т-триггера 14. На вход триггера 14 начинают поступать сигналы генератора 12. Входы 24 и 25 модуляции формирователя опорного напряжения подключены теперь соответственно к прямому и инверсному выходам триггера 14. Начиная с этого момента t, на промежуточном трансформаторе 36 формируется вторая высокочастотная последовательность импульсов, график которой приведен на фиг. 2j. Она поступает на входы транзисторов 33 и 34. В результате опорное напряжение U модулируется, трансформируется и через демодулятор 42 поступает на входы интеграторов. В соответствии с появлением на выходе демодулятора 41 (Аиг. 2 е) напряжения обратной связи в момент времени to и на выходе демодулятора 42 (фиг.2ц) опорного напряжения в момент времени t приведена (фиг.21с ) вторая вспомогательная прследовательность импульсов, вырабатьгеаемая . компаратором 7. Формируемый компарато-. ром 7 выходный сигнал показьшает что при пуске устройства компаратор как до момента времени t, так и в вырабатывает интервале времени минимальные по длительности импульсы. Пусть, например, время установления электромагнитных процессов в силовой схеме вентильного преобразо вателя tg- t (фиг. 2) составляет один период частоты опорной последовательности импульсов. Соответственно этому второе разрешающее напряжение триггером 45 формируется с указанной задержкой. Только начин с момента времени t длительности импульсов второй вспомогательной по ледовательности импульсов уста.навли ваются равными номинальному режиму. Ограничение диапазона фазового регулирования снизу осуществляется (фиг. 1) элементом И 9, который под ключен входами к выходам компаратора 7 и одновибратора 4. Происходит сравнение первой и второй вспомогательных последовательностей импул сов (фиг. 2 Б и к) и получают резуль тирующую последовательность импульсов (фиг. 2л) .либо с длительностями импульсов,устанавливаемых в фун ции сигналов обратной связи и опорного напряжения, однако не меньшими времени ограничения диапазона фазового регулирования снизу , либо с длительностями импульсов, равными времени ограничения диапазона фазового регулирования g снизу. Ограничение диапазона фазового регулирования сверху осуществляется (фиг. 1) элементом И 8, на который поступает первая опорная последовательность импульсов с одновибра тора 2 и результирующая последовательность импульсов с элемента И 9 (фиг. 2 о( и л). Выходная последовательность импульсов после вторсгго ограничения показана на фиг. 2 м . Длительности импульсов на каждом периоде опорной частоты могут регулироваться в номинальном режиме раб ты вентильного преобразователя в ди пазоне от Jj до Т - ;, , С помощью одновибратсра 11 получают выходную последовательность.импульсов (фиг. 2 Н). При включении устройства пусково тумблер 46 переводится в положение Стоп. При этом триггеры 43 и 45 обезнуливаются по сигналу выключения . Снимается выходной сигнал три гера 45 со схем И 15 и- 26, R-входа Т-триггера 14 и тем самым прекращается выработка второй высокочасто ной последовательности импульсов. Соответственно компаратор 7 переводится в режим выработки минимальных по длительности, ограниченных величиной , импульсов. Спустя длительность импульса, вырабатываемого вторым элементом 50 задержки, переводится в нулевое состояние второй RS-триггер 44 управления. Он снимает первое разрешающее напряжение со схемы И 10, тем самым .запрещая прохождение на выходной зажим 52 устрой-ства выходной последовательности импульсов. Схемы интеграторов 5 и 6 и компаратора 7 (фиг. 3) приведены для случая использования их для управления либо автономным инвертором с 1ЧИМ по прямоугольному синусу, подключенному к промышленной сети через неуправляемый выпрямитель, либо широтно-импульсным преобразователем, также подключенному к промышленной сети через неуправляемый выпрямитель. Б этом случае наряду со стабилизацией выходного напряжения преобразователя осуществляется компенсация пульсаций выпрямленного напряжения питающей сети, в частности низкочастотных пульсаций, вызванных несимметричностью трехфазной сети как по амплитуде, так и по фазе. Принцип работы приведенной схемы состоит в следующем. На ключи 5.3 и 6.3 с частотой, равной выбранной частоте модуляции, поступают короткие импульсы (фиг. 4а). Это приводит к кратковременному включению транзисторов 5.3.1 и 6.3.1 и закорачиванию накопительных конденсаторов, разряжая их. В этот момент времени напряжение на вьгходе операционных усилителей 5.1 и 6.1 равно нулю. j Блоки 5 и 6 интегрируют соответственно результаты сравнения напряжения питающей сети и напряжения обратной связи с опорным напряжением. Временные диаграммы на выходе операционных усилителей 5.1 и 6.1 приведены соответственно на фиг. 4S,B. На фиг. 4 2 показано проводимое сравнение сигналов блоков 5 и 6 компаратором 7.3, на фиг. 4 о приведено выходное напряжение компаратора. Увеличение напряжения на вьгходе преобразователя (фиг. 4г) т.е. увеличение приводит к уменьшению длительности формируег ых импульсов ФСУ, а уменьшение приводит к увеличению длительности импульсов, формируемых компаратором. Тем самым достигается срабилизация среднего выходного напряжения преобразователя . Увеличение напряжения питающей сети приводит к уменьшению длительности формируемых импульсов компаратором, а уменьшение приводит к увеличению длительности импульсов, формируемых компаратором. Тем самым реализуется компенсация пульсаций напряжения питающей сети, учитьшая, что несущая частота преобразователя как минимум на порядок превьш1ает частоту питающей сети.

При выключении устройства вначале снимают второе разрешающее напряжение тем самым исключают воздействие опорного напряжения на вьфаботку выходной последовательности импульсов, длительности импульсов которой снижаются до минимальных, не менее величины а затем, спустя время установления минимального напряжения на выходе преобразователя, обезнливают первое разрешающее напряжение Таким образом при пуске и выключении преобразователя исключается формирование повьш1енньпс напряжений.

Кроме того, ограничения предельных углов регулирования связаны в основном с динамическими параметрами силовых ключей инвертора. Поэтому данные длительности имеют конкретное временное вьфажение. Задаваясь величинами и о g формирования длительностей импульсов первым и третьим одновибратором, тем самым в предлагаемом устройстве осуществляется ограничение предельных углов регулирования независимо от выходной частоты инвертора. При необходимости длительности импульсов, формируемых одновибраторами, могут быть реализованы в прямой зависимости от выходной частоты преобразователя. В этом случае сохраняется постоянной относительная длительность ограничения предельных углов фазового регулирования .

SI

Я

-гП

п

л

Ц,

ш1пляяпллл1шллляш1

-

Lолялллштштаплппг

.

П

П

П

П.

Л

Гг

ч.

Л-i

л

л

т

и

-к

,

г

«/«j

П

1

1