Устройство для управления @ -фазным преобразователем Советский патент 1987 года по МПК H02M7/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления вентильными преобразователями повышенной надежности, предназначенными для электроснабжения ответственных потребителей не допускающих перерывов в электропитании на длительное время.

Целью изобретения является повышение надежности устройства для управления т-фазным статическим преобразователем.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема блока диагностики формирователей импульсов; на фиг. 3 - схема блока диагностики усилителей.

Устройство для управления преобразователем (фиг. 1) содержит три т-канальньГх формирователя 1.1 -1.3 импульсов, входы которых объединены и подключены к выходу источника 2 синхронизирующего и управляющего сигналов. Одноименные выходы каждого из формирователей 1.1 -1.3 (ai-аз, В|-вз, ..., ), подключены к входам одного из m мажоритарных элементов 3.1, 3.2, ..., З.гп. Выход каждого из элементов 3.1-З.т подключен к объединенным одноименным входам основного и резервного блока 4.1 и 4.2 усилителей. Каждый из m выходов каждого из боков 4.1 и 4.2 через индивидуальный предохранитель 5.1 и 5.2, импульсный трансформатор 6.1 и 6.2 и выпрямитель 7.1 и 7.2 подключен к одному из m входов управления преобразователя 8, таким образом, что одноименные выходы выпрямителей 7.1 и 7.2 объединены. К первым входам блока 9 диагностики формирователей импульсов подключены выходы формирователей 1.1 -1.3, к другим входам - выходы элементов 3.1, 3.2, ...: З.ш, и к тактовому входу - выход генератора 10 импульсов, подключенный также и к объединенным входам блоков 11.1 и 11.2 диагностики усилителей. Каждый из входов каждого из блоков 11.1 и 11.2 подключен к выходу соответствующего предохранителя 5.1 и 5.2. Выход каждого из боков 11.1 и 11.2 а также три выхода блока 9 подключены к соответствующим входам блока 12 индикации.

Блок 9 содержит (фиг. 2) три идентичных канала и состоит из трех групп элементов 13.1 - 13.3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, т-входовых элементов 14.1 -14.3 ИЛИ, элементов 15.1 -15.3 задержки, счетчиков 16.1 -16.3. В каждом канале m выходов группы элементов 13.1 - 13.3 подключены к m входам соответствующего элемента 14.1 -14.3, выход которого через элемент 15.1 -15.3 соединен с счетным входом соответствующего счетчика 16.1 -16.3. Выход каждого из счетчиков 16.1 -16.3 является выходом блока 9. Первые входы элементов 1-3.1 -13.3 связаны с выходами соответствующего формирователя 1.1 -1.3 (фиг. 1),адру гие входы элементов 13.1 -13.3 объединены

и связаны с выходами элементов 3.1, ..., З.т (фиг. 1) таким образом, что каждый элемент 13.1 -13.3 связан с выходом и входом одного и того же элемента 3.1, ..., З.т.

Кроме того, блок 9 содержит трехвходовой элемент 17 ИЛИ и делитель 18 частоты, выход которого соединен с его R-входом и подключен к объединенным R-входам счетчиков 16.1 -16.3, выходы каждого из которых подключены к входам элемента 17, выходы

которого соединен с входами управления счетчиков 16 и делителя 18, счетный вход которого связан с генератором 10.

Каждый из блоков 11.1 и 11.2 (фиг. 3)

содержит m инверторов 19.1 -19.т, вход каждого из которых связан с соответствующим выходом соответствующего усилителя импульсов через соответствующий предохранитель. Выход каждого из инверторов 19.1 - 19.т, подключен к R-входу од1Ъго из ш

счетчиков 20.1-20.т, йыход каждого из которых соединен с его входом управления и входом элемента 21 ИЛИ, выход которого является выходом блока 11. Счетные входы счетчиков 20.1-20.m объединены и связаны с выходом генератора 10.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии все формирователи 1.1 -1.3 (фиг. 1) и блоки 4.1 и 4.2 исправны. На выходах каждого из формирователей 1.1 -1.3 формируются m управляющих

импульсов необходимой длительности, фазовое положение которых относительно синхронизирующих импульсов задается управляющим сигналом с выхода источника 2. Выходной сигнал каждого из элементов 3.1, ..., З.т соответствует сигналам на одноименных выходах формирователей 1.1 -1.3 и поступает на объединенные одноименные входы блоков 4.1 и 4.2, на выходах каждого из которых формируются управляющие импульсы, усиленные по амплитуде и мощности. Эти импульсы через соответствующие предрохранители 5.1 и 5.2, трансформаторы 6.1 и 6.2 и выпрямители 7.1 и 7.2 поступают на управляющие переходы тиристоров преобразователя 8, который функционирует в соответствии заданными алгоритмами. На трех выходах бока 9 и на каждом из выходов блоков 11.1 и 11.2 сигналы «Неисправность отсутствуют, блок 12 не функционирует. За счет использования трех идентичных формирователей 1.1 -1.3 и элементов 3.1, ..., 3т осуществляется мажоритарное резервирование формирователей импульсов. Путем объединения одноименных входов бока 4.1 и 4.2 и одноименных выходов выпрямителей 7.1 и 7.2 осуществляется поканальное нагруженное дублирование выходных каскадов устройства.

При любом виде отказа или сбоя любого из формирователей 1.1 -1.3 на выходах элементов 3.1, ..., З.т формируются управляющие импульсы по большинству сигна

лов на их входах, что не приводит к отказу устройства и отключения преобразователя 8. Блок 9 путем сравнения входных и выходного сигналов каждого из элементов 3.1, ..., 3т определяет формирователь, Б котором возник отказ, сравнивает частоту сбоев этого формирователя с уставкой, и при превышении уставки запоминает отказавший формирователь, формирует на соответствующем выходе сигнал «Неисправность, включаюш,ий сигнализацию в блоке 12, соответствуюпдую номеру отказавшего формирователя 1. Это позволяет обслуживающему персоналу быстро осушествить замену вышедшего из строя формирователя на исправный, не отключая преобразователь и не нарушая его нормальное функционирование. Наличие уставки но частоте отказов в блоке 9 позволяет исключить срабатывание сигнализации при непериодических сбоях в формирователе, не являюшихся следствием его выхода из строя, а возникающих под действием внешних электромагнитных помех, что в свою очередь позволяет поддерживать высокую надежность работы системы более длительное время, так как исключаются замены исправных формирователей.

Отказ любого из блоков 4.1 и 4.2 также не приводит к отказу устройства и отключению преобразователя. Отказы ключевых усилителей могут быть двух типов: потеря управляемости усилителя (отсутствие переключения) и пробой выходного транзистора усилителя. При первом типе отказа канал, в котором возник отказ, не функционирует и преобразователь 8 управляется по каналу другого усилителя. При втором типе отказа преобразователь управляется также по дублирующему каналу, а неисправный канал отключается от источника питания при перегорании соответствующего предохранителя. При этом влияние отказавшего канала на исправный исключается за счет их развязки с помощью трансформаторов 6.1 и 6.2 и выпрямителей 7.1 и 7.2. Каждый из блоков 11 - 1 и 11-2 путем фиксации отсутствия изменения сигнала на выходе соответствующего предохранителя определяет отказавший усилитель и формирует сигнал «Неисправность, включающий соответствующую сигнализацию в блоке 12, что позволяет быстро осуществить замену отказавшего усилителя на исправный, не отключая преобразователь и не нарушая его работоспособность.

Блок 9 работает следующим образом.

При отсутствии отказов формирователей 1.1 -1.3 на выходах каждого из элементов 13 (фиг. 2) импульсы отсутствуют; импульсы на счетных входах счетчиков 16 также отсутствуют и на их входах формируются логические нули, что соответствует отсутствию неисправности формирователей 1. Делитель 18 под действием выходного сигнала (т генератора 10 и наличии разрешающего

0

5

0

5

0

0

5

сигнала «О на его управляющем входе с выхода элемента 17 переключается, формируя на выходе узкие импульсы частоты

Тед ,

fi

где k - коэффициент деления делителя 18.

Эти импульсы поступают на входы установки счетчиков 16.1.-16.3.

Элементы 15.1 -15.3 исключают прохождение узких импульсов с выходов элементов 13, вызванных несинфазностью работы формирователей импульсов, что исключает срабатывание блока 9 при допустимой не- синфазности, устанавливаемой путем выбора соответствующих значений задержек элементов 15.1 -15.3.

При отказе любого из формирователей импульсов (например, 1 - 1) на одном или нескольких входах элементов 13.1 формируются ложные сигналы, что вызывает на их выходах формирование импульсов, так как входные сигналы одного или нескольких элементов 13.1 не совпадают. Частота этих импульсов зависит от характера неисправности и стремится в пределе к частоте следования «истинных импульсов управления по каждому каналу, а длительность их превышает время задержки, так как при отказе формирователя на его выходах либо сигналы отсутствуют, либо присутствуют ложные импульсы нормальной длительности (импульсный сбой), так как выходными элементами формирователей 1 являются формирователи управляющих импульсов по длительности с импульсным входом и положительной обратной связью. При наличии неисправностей по нескольким выходам формирователей 1 частота сигналов на выходе элемента 14(fee), определяющая частоту сбоев, может быть определена из соотношения

П,

где fi. - частота следования истинных управляющих импульсов; п - количество отказавших каналов формирователя импульсов. При однократных сбоях формирователей импульсов, вызванных внешними непериодическими помехами, частота fee меньше. Импульсы с частотой fc6 поступают на счет ный вход счетчика 16.1, имеющего модуль счета J. При однократных сбоях и при

(r )

счетчик 16.1 не попадает в состояние j и отказ не фиксируется, так как частота fcfi выходных импульсов делителя 18, осуществляющих сброс счетчика 16.1, не позволяет ему перейти в состояние j. Попадание счетчика 16.1 в состояние j характеризует отказ. На выходе счетчика 16.1 формируется логическая «1, блокирующая его в этом состоянии по входу управления через элемент 17 запрещая переключение делителя 18 и подачу на установочный вход счетчика 16.1 импульсов установки. Нахождение одного из счетчиков 16 в состоянии j сигнализирует о выходе из строя соответствующего формирователя импульсов и является выходным сигналом блока 9, включающим соответствующую сигнализацию в блоке 12. Необходимая уставка срабатывания диагностики по частоте fee устанавливается путем соответствующего выбора соотнощения j/k. В качестве частоты ft могут быть использованы сигналы с выхода одного из мажоритарных элементов.

После замены неисправного формирователя осуществляется установка в «О счетчиков 16, после чего блок 9 готов к фиксации следующей неисправности.

Каждый из блоков 11.1 и 11.2 работает следующим образом.

При отсутствии отказа блока 4.1(4.2) на каждый из входов блока 11.1 (11.2) поступают импульсы с низким активным уровнем с частотой fu, так как выходной транзистор в каждом канале усилителя с частотой fu подключает соответствующий вход блока 11 к общей нулевой точке источников питания. На выходах инверторов 19.1, ..., 19.m формируются импульсы в виде логической «1, осуществляющие установку в «О каждого из счетчиков 20.1, ..., 20.т, имеющих модули счета 1. При выполнении соотнощения

,. Jни один из счетчиков 20.1, ..., 20.т не попадает в состояние 1 под действием частоты fr и отказ не фиксируется.

При отказе любого из каналов блока 4.1 (4.2), например из-за потери управляемости, на соответствующий вход блока 11.1 (11.2) импульсы не поступают, что приводит к попаданию соответствующего счетчика 20 в состояние 1; на его выходе формируется логическая «1, фиксирующая этот счетчик в состоянии 1 по входу управления и вызывающая на выходе элемента 21 появление логической «1, сигнализирующей об отказе соответствующего усилителя импульсов. При отказе усилителя из-за пробоя его транзистора -перегорает соответствующий предохранитель, что также вызывает формирование сигнала «Отказ на вы ходе блока 11.1. После замены отказавщего усилителя исправным блок 11.1 самовосстанавливается и готов к фиксации следующего отказа.

Отказ любого из усилителей импульсов не приводит к потере управляемости и отключению преобразователя; любой из отказов усилителей или формирователей с высокой вероятностью диагностируется с включением соответствующей сигнализации, что

5

позволяет осуществить быструю замену отказавшего узла и восстановить резерв устройства без отключения преобразователя. Использование предлагаемого устройства

позволяет повысить ресурс работы преобразователя за счет отстройки системы диагностики от непериодических однократных сбоев, вызванных внешними помехами. Указанные обстоятельства повышают надежность работы устройства.

Положительный эффект от использования изобретения может быть получен за счет снижения ущерба, возникающего при отказе системы управления, и отключения преобразователя, предназначенного для электропи2 тания ответственных потребителей.

Формула изобретения

Устройство для управления т-фазным

0 преобразователем, содержащее источник синхронизирующего и управляющего сигналов, выход которого подключен к входам трех т-канальных формирователей импульсов, выходы одноименных каналов которых соединены с входами одного из m мажоритарных элементов, выходы которых соединены с входами основного и резервного блоков усилителей импульсов, выходы основного блока усилителей импульсов через первые предохранители, первые трансформаторы и

„ первые выпрямители соединены с выходами устройства, выходы резервного блока усилителей импульсов подключены к вторым предохранителям, и два блока диагностики усилителей, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено вторыми трансформаторами и выпрямителями, генератором импульсов, блоком диагностики формирователей импульсов и блоком индикации, блок диагностики формирователей импульсов содержит три группы из m элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ три т-вхо0 довых элемента ИЛИ, трехвходовой элемент ИЛИ, три элемента задержки, три счетчика и делитель частоты, каждый из блоков диагностики усилителей содержит m инверторов, m счетчиков и элемент ИЛИ, причем тактовые входы счетчиков в блоке диагностики усилителей соединены и являются первым входом этого блока, его вторыми входами являются входы инверторов, выход каждого инвертора подключен к R-BXO- ду соответствующего счетчика, выход котоQ рого соединен с входом разрешения счета этого счетчика и с соответствующим входом элемента ИЛИ, выход которого является выходом бока диагностики усилителей. В блоке диагностики формирователей импульсов первые входы элементов ИСКЛЮЧАЮ

5 ЩЕЕ ИЛИ каждой из групп являются первыми, вторыми и третьими входами указанного блока, вторые входы соответствующих элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ каждой

группы соединены и являются четвертыми входами этого блока, выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ каждой группы через соответствующие ш-вхо- довой элемент ИЛИ и элемент задержки соединены с тактовым входом соответствующего счетчика, R-входы всех счетчиков и R-вход делителя частоты соединены с выходом делителя частоты, выход каждого счетчика соединен со входом разрешения счета этого счетчика и с соответствующим входом трехвходового элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу разрешения счета делителя частоты, выходы счетчиков являются выходами блока диагностики формирователей импульсов, тактовый вход делителя частоты является тактовым входом указанного блока и подключен к выходу

генератора импульсов и первым входам обоих блоков диагностики усилителей, выходы которых и выходы блока диагностики формирователей импульсов соединены с входами блока индикации, выходы первого, второго и третьего m канальных формирователей импульсов соединены соответственно с первыми, вторыми и третьими входами блока диагностики формирователей импульсов, четвертые входы которого подключены к выходам соответствующих мажоритарных элементов, выходы вторых предохранителей через вторые трансформаторы и выпрямители соединены с выходами устройства, а выходы первых и вторых предохрани- телей соединены с вторыми входами соот- вественно первого и второго блоков диагностики усилителей.

Изобретение относится к электро- технике и может быть использвано для управления вентильными преобразователями. Целью изобретения является повышение надежности. При любом виде отказа любого формирователя 1.1 -1.3 импульсов на выходах мажоритарных элементов 3.1, ..., З.гп формируются управляющие импульсы по большинству сигналов на их входах, что не приводит к отказу устройства и отключению преобразователя 8. Блок 9 диагностики путем сравнения входных н выходных сигналов каждого из мажориттарных элементов 3.1, .... З.т определяет формирователь, в котором возник отказ, сравнивает частоту сбоев этого формирователя с уставкой и при превышения уставки запоминает отказавший формирователь, формирует на соответ- ствуюшем выходе сигнал «Неисправность, включаюш.ий сигнализацию в блоке 12 индикации. Наличие уставки по частоте отказов в блоке 9 диагностики позволяет исключить срабатывание сигнализации при непериодических сбоях в формирователе, не являюшихся следствием его выхода из строя, а возникающих под действием внешних электромагнитных помех. При потере управляемости одного из блоков 4.1, 4.2 усилителей канал, в котором возник отказ, не функционирует и преобразователь 8 управляется по каналу другого усилителя. При пробое выходного транзистора одного из блоков 4.1, 4.2 усилителей преобразователь управляется также по дублирующему каналу, а неисправный канал отключается от источника питания. 3 ил. (Л Ю о о 4: 05 ОО