Устройство для контроля и настройки систем импульсно-фазового управления вентильными электроприводами Советский патент 1987 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к электрическим испытаниям и контролю систем импульсно-фазового управления (СИФУ) вентильными электроприводами и предназначено для исследования и настройки параметров систем управления ти- ристорными преобразователями -в процессе пусконаладочных работ и эксплуатационных испытаний и проверок.

Цель изобретения - повьш ение точности, сокращение длительности настройки и повышение ее качества.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - схема формиро- 15 анализа поступают импульсы с часто- вателя интервала анализаj на фиг.З - той, кратной частоте напряжения пита- схема блока измерения амплитуды на ющей сети и во много (1000... 10000). фиг.4 - блок-схема блока измерения .длительности.

раз превышающей ее.

Анализатор 5 гармоник на сфор- Устройство (фиг.1) содержит первый о мированном интервале анализа Т вьще- коммутатор 1, блок 2 согласования, ляет амплитуды синфазной uf и квад- формирователь 3 импульсов, формирователь 4 интервала анализа, анализатор 5 гармоник, преобразователь 6 напряжение - частота, канал 7 обмена информацией, вычислительный блок 8, измеритель 9 фазы, блок 10 синхронизации и управления, первьм индикатор 11, второй 12 и третий 13 коммутатотт с 1fTl

ратурнои и. составляющих первой гармоники линейного напряжения питающей сети, поступающего с выхода пре 25 образователя 6 напряжение - частота.

Преобразователь 6 напряжение - частота преобразует пониженное блоком 2 согласования (трансформатором) нейное напряжение питающей сети в имры, блок 14 измерения амплитуды, блок зо пульсные сигналы, частота следования

15 измерения длительности, блок 16 автоматического запуска, второй блок 17 согласования, второй индикатор 18, блок 19 преобразования информации.

Первый коммутатор 1 предназначен для подключения линейного напряжения

35

которых пропорциональна мгновенному значению преобразуемого напряжения. Частотный диапазон преобразователя выбирается из условия получения требуемой точности.

Канал 7 обмена информацией предназначен для ввода данных, поступающих из анализатора 5 гармоник и измерителя 9 фазы, в вычислительный блок 8 и вывода результата вычисления на первьм индикатор 11,

и.

сети

(и

АВ

и

6С

или и.д) к блоку 2

согласования (трансформатору) с помощью, . например, переключателя. Блок 2 согласования (трансформатор) понижает соответствующее линейное напряжение до более низкого уровня (например, 5... 10 В) для согласования с входами формирователя 3 импульсов и преобразователя 6 напряжение - частота и осуществляет гальваническую развязку между входными клеммами и измерительной частью и корпусом устройства.

Формирователь 3 импульсов формиру- ет из выходного напряжения блока 2 согласования последовательность коротких И1у пульсов (длительностью порядка 0,1... 1,0 мкс) с частотой, равной частоте основной гармоники питающей сети.

Формирователь 4 интервала анализа (фиг.2) содержит фазовый детектор 20,, фильтр 21, управляемый генератор 22 и делитель 23 частоты и предназначен

для автоматического слежения за частотой напряжения питающей сети по схеме фазовой автоподстройки частоты, обеспечивающей высокую точность такого слежения. Формирователь 4 интервала анализа вьзделяет по первому своему выходу промежутки времени, равные заданному числу периодов (например, одному) напряжения питающей сети для управления работой блока 10 синхронизации и управления, анализатором 5 гармоник и измерителем 9 фазы. С второго выхода формирователя 4 интервала

Анализатор 5 гармоник на сфор- мированном интервале анализа Т вьще- ляет амплитуды синфазной uf и квад-

тт с 1fTl

ратурнои и. составляющих первой гармоники линейного напряжения питающей сети, поступающего с выхода пре образователя 6 напряжение - частота.

Преобразователь 6 напряжение - частота преобразует пониженное блоком 2 согласования (трансформатором) нейное напряжение питающей сети в им5

0

которых пропорциональна мгновенному значению преобразуемого напряжения. Частотный диапазон преобразователя выбирается из условия получения требуемой точности.

Канал 7 обмена информацией предназначен для ввода данных, поступающих из анализатора 5 гармоник и измерителя 9 фазы, в вычислительный блок 8 и вывода результата вычисления на первьм индикатор 11,

Вычислительный блок 8 служит для оперативной обработки данных, поступающих через канал 7 обмена информа5 цией, в соответствии с алгоритмом вычисления фазового положения импульсного сигнала управления или переменного напряжения фильтра относительно начала положительного полупериода

Q первой гармоники линейного напряжения. Канал 7 обмена, информацией, вычислительный блок 8 и блок 10 синхронизации и управления могут быть ис- пользованы от стандартной быстродейg ствующей микроэвм.

Измеритель 9 фазы формирует временной промежуток от начала интервала анализа Т. до момента появления очередного импульса управления СИФУ или

начала положительного полупернода выходного напряжения фильтра (в зависимости от режима измерения), преобразуется этот промежуток в код Lfj путем заполнения его импульсами, поступающими с второго выхода формирователя А интервала анализа.

Блок 10 синхронизации и управления в конце каждого сформированного интервала анализа вырабатывает последовательность сигналов, определяющих работу канала 7 обмена информацией.

Первый индикатор 11 преобразует результат вычисления в цифровую фор- му, удобную для визуального отсчета, и сохраняет этот результат до окончания следующего цикла вычислений.

Коммутатор 12 предназначен для

подключения выхода импульсного сигна- 20 состояние селекторов и обнуления

счетчиков в этих блоках и предст ет собой делитель частоты, испол ющий сформированные из сетевого пряжения импульсы.

ла управления или выхода переменного напряжения фильтра через блок 17 к входам измерителя 9 фазы и блоков 14 и 15 измерения амплитуды и длительности соответственно.

Блок 17 согласования осуществляет гальваническую развязку по постоянно- му току между входными клеммами коммутатора 12 и измерительной частью, а также корпусом устройства (напри- Mepi с помощью разделительных конденсаторов) , преобразует уровни входных сигналов и восстанавливает их постоянные составляющие для согласования с диапазонами входных напряжений измерителя 9 фазы и блоков 14 и 15 измерения амплитуды и длительности соответственно.

Блок 14 измерения амплитуды содержит (фиг.З) преобразователь 24 амплитуды в длительность, селектор 25, ключ 26, счетчик 27 и генератор 28 заполняющей частоты, формирует прямоугольные импульсы, длительности которых пропорциональны амплитудам измеряемых импульсов управления СИФУ, выделяет заданное число сформированных импульсов (например, один) и преобразует их (его) суммарную длительность в код, путем заполнения счетчика стабильной частотой генератора.

Блок 15 измерения длительности содержит (фиг.4) формирователь 29 уровня, формирователь 30 сигнала, селектор 31, ключ 32, счетчик 33 и генератор 34 заполняющей частоты и осуществляет автоматическое формирование по стоянного напряжения заданного уровня по отношению к амплитуде измеряемых импульсов (например, уровень, равный половине амплитуды), суммирование сформированного постоя нного напряжения и измеряемого импульсного сигнала и формирование, таким образом, прямоугольного импульса, длительность которого равна длительности измеряемого импульса на заданном уровне от его амплитуды. Выделение заданного числа сформированных импульсов и преобразование их в код ос5тцествля- ется так же, как в блоке 14 измерения амплитуды.

Блок 16 автоматического запуска вырабатывает сигналы для управления работой блоков 14 и 15 измерения амплитуды и длительности соответственно, запуска и возвращения в исходное

0 состояние селекторов и обнуления

5

5

счетчиков в этих блоках и представляет собой делитель частоты, использующий сформированные из сетевого напряжения импульсы.

Коммутатор 13 предназначен для подключения выходов блока 14 или 15 к второму индикатору 18.

Второй индикатор 18 преобразует коды измеренных параметров в цифровую 0 десятичную форму, индицирует их и сохраняет результат до окончания следующего цикла измерений.

Фазовый детектор 20 формирует прямоугольные импульсы, скважность которых изменяется пропорционально фазовому сдвигу импульсов двух входных частотных последовательностей. Фильтр 21 преобразует выходные импульсы фа зового детектора 20 в управляющее напряжение генератора 22. Управляемый генератор 22 вырабатывает импульсы с частотой, в 1000...10000 раз превышающей входную частоту фазового детектора и изменяющейся обратно пропорционально входному напряжению генератора. Делитель 23 частоты понижает выходную частоту генератора 22 до уровня входной частоты фазового детектора 20.

Преобразователь 24 амплитуды в длительность формирует прямоугольные импульсы, длительности которых про- цорциональны амплитудам измеряемых импульсов управления (например, путем линейного разряда емкости, заряженной до амплитудного значения импульса) . Селекторы 25 и 31 выделяют за данное число сформированных импуль- сой (например, один импульс). Ключи

0

5

0

5

26 и 32 пропускают импульсы заполняющей частоты на соответствующие счетчики. Счетчики 27 и 33 формируют коды, пропорциональные измеряемым амплитуде и длительности импульсов. Генераторы 28 и 34 заполняющей частоты вьфабатывают высокочастотные и стабильные последовательности импульсов

и представляют собой, например, квар- д ния фильтра) относительно начала инцевые генераторы.

Формирователь 29 уровня осуществляет автоматическое формирование напряжения заданной по отношению к амплитуде измеряемых сигналов величины (например, уровень, равный половине их амплитуды) и представляет собой активный делитель напряжения и аналоговое запоминающее устройство.

Формирователь 30 сигнала - операционный усилитель, суммирующий с противоположными знаками сформированное постоянное напряжение и измеряемые импульсные сигналы и работающий в режиме насыщения по выходу,

Устройство работает следуюп5им образом.

На входы первого коммутатора 1 подключаются фазные напряжения U,,, ,

2

Ugc и питающей сети. Линейное на- зо числительньш блок 8, где производится

35

вс

пряжение, например, с выхода первого коммутатора 1 через блок 2 согласования (трансформатор) и формирователь 3 импульсов поступает на формирователь 4 интервала анализа. На выходе формирователя 4 образуется сигнал, по длительности равный периоду питающей сети Т, который поступает на первьш .вход анализатора 5 гармоник. Кроме этого, сигнал с выхода 40 формирователя4 интервала анализа поступает на измеритель 9 фазы для запуска его по началу периода, а также на вход блока 10 синхронизации и упвычисление фазы сигнала управления и относительно начала положительного полупериода первой гармоники лисети -If По окончалинеиного напряжения arctg(U, /Ul) - f.

im 2

НИИ расчета, величины Lf выводится через канал 7 обмена информацией на первый индикатор 11.

Одновременно с измерением фазы -ц производится измерение амплитуды и„ и длительности о импульса управления СИФУ, который через коммутатор 12 и блок 17 поступает на блоки 1 измерения амплитуды 14 и длительности 15.

равления, который начинает свою рабо- 45 Измерение амгшитуды и длительности

производится циклически. Длительность цикла задается с выхода блока 16 автоматического запуска, которьй синхронизируется выходным сигналом формирователя 3 импульсов.

ту в конце интервала анализа.

Анализатор 5 гармоник на сформированном интервале анализа Т выделяет синфазную и и квадратурную U , составляющие первой гармоники линейного напряжения питающей сети, которое поступает на первый вход анализатора 5 с блока 2 согласования через преобразователь 6 напряжение частота. Одновременно с вьщеленртем синфаз- eg деляет один сформированный блоком 24 ной и квадратурной U состав- импульс, длительность которого иэме Р1 A i Fuk Ji t-tAJFt AiVJi VJ.J

ляющих происходит измерение фазового положения сигнала управления измерителем 9 фазы. Это измерение начинаетряется путем счета числа импульсов, поступающих через ключ 26 от генератора 28 на вход счетчика 27. Код амся с момента начала интервала анализа Т путем подсчета числа счетных импульсов от генератора (не показан) и заканчивается в момент прихода импульса управления. В измерителе 9 фазы образуется код фазы ц импульса управления СИФУ (или начала положительного периода выходного напряже

тервала анализа Т, формирование которого производится схемой (фиг.2), содержащей фазовый детектор 20, фильтр 21, управляемый генератор 22 и делитель 23 частоты.

В конце интервала анализа Т на выходах анализатора 5 гармоник имеются сигналы синфазной U и квадратурной и составляющих первой гармо- НИКИ линейного напряжения, а на выходе измерителя 9 фазы образован сигнал фазы (/ . В момент окончания интервала анализа Т происходит запуск блока 10 синхронизации и. управления, который вырабатывает заданную последовательность сигналов, определянлцих работу канала 7 обмена информацией. По этим сигналам происходит ввод данных о величинах i , U, и в вы

2

Itn

числительньш блок 8, где производится

о числительньш блок 8, где производится

5

0

вычисление фазы сигнала управления и относительно начала положительного полупериода первой гармоники лисети -If По окончалинеиного напряжения arctg(U, /Ul) - f.

im 2

НИИ расчета, величины Lf выводится через канал 7 обмена информацией на первый индикатор 11.

Одновременно с измерением фазы -ц производится измерение амплитуды и„ и длительности о импульса управления СИФУ, который через коммутатор 12 и блок 17 поступает на блоки 1 измерения амплитуды 14 и длительности 15.

Измерение амгшитуды и длительности

производится циклически. Длительность цикла задается с выхода блока 16 автоматического запуска, которьй синхронизируется выходным сигналом формирователя 3 импульсов.

При измерении амплитуды в блоке 14 производится преобразование амплитуды Б длительность импульса преобразователем 24. Первый селектор 25 выряется путем счета числа импульсов, поступающих через ключ 26 от генератора 28 на вход счетчика 27. Код ам713

плитуды с выхода счетчика 27, который является выходом блока 14 измерения амплитуды (фиг.1), поступает через коммутатор 13 на второй индикатор 18

При измерении длительности в блоке 15 измерения длительности в формирователе 29 производится формирование уровня напряжения, равного , поступающего на формирователь 30 сигна- ла, на выходе которого образуется прямоугольный импульс, длительность которого равна длительности импульса управления на уровне половины амплитуды. Импульс с выхода формирователя 30 сигнала через селектор 31 поступает на ключ 32, котбрый открывается на время длительно.сти одного импульса и и пропускает на счетчик 33 импульсы с генератора 34. По -окончании длительности одного импульса Г на выходе счетчика, которьй является выходом блока 15 измерения длительности (фиг.1), образуется код длительности импульса, который через комму- татор 13 поступает на второй индикатор 18.

Описанные операции формирования сигналов в каналах измерения амплитуды и длительности производятся по циклам. Длительность циклов задается выходным сигналом блока 16 автоматического запуска, который сбрасывает предьщущее показание счетчиков 27 и 33 (в блоках 14 и 15) и запускает селекторы 25 и 31 в блоках 14 и 15 для вьщеления очередного измеряемого импульса.

Вывод на индикацию амплитуды или длительности производится путем пе- реключения коммутатора 13 оператором.

. Технико-экономическая эффективность от использования изобретения состоит в увеличении точности измерения параметров сигнала управления.

сокращении длительности процесса настройки СИФУ, повышений качества наладки технологических систем, содержащих управляемьш выпрямитель как элемент системы.

Формула изобретения

.1, Устройство для контроля и настройки систем импульсно-фазового управления вентильными электропривода--, ми, содержащее формирователь импульсов, первый индикатор и последова- ; тельно соединенные коммутатор и блок

8

Q 5 о 5

0

Q

5

5

0

5

согласования, к соответствующим входам коммутатора подключены фазные провода сети, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, сокращения длительности настройки и повьшения ее качества, в устройство дополнительно введены два коммутатора, второй блок согласования, измеритель фазы, преобразователь напряжение - частота, формирователь интервала анализа, блок преобразования информации, анализатор гармоник, блок автоматического запуска, блок измерения длительности и второй индикатор, причем выход первого блока согласования соединен с входом формирователя импульсов и входом преобразователя напряжение - частота, подключенного выходом к первому входу анализатора гармоник, выход второго блока согласования связан с первым входом измерителя фазы, первым входом блока измерения длительности и первым входом блока измерения .амплитуды, выход формирователя импульсов связан с входом формирователя интервала анализа и входом блока автоматического запуска, выход которого подключен к вторым входам блока измерения длительности и блока измерения амплитуды, выход формирователя интервала анализа соединен с входом синхронизации блока преобразования информации, с вторым входом анализатора гармоник и вторым входом измерителя фазы, третий вход которого подключен к второму входу формирователя интервала анализа, выходы блока измерения амплитуды и блока измерения длительности соединены соответственно с первым и вторым входами второго коммутатора, выход которого подключен к входу второго индикатора, первый и второй выходы анализатора гармоник соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока преобразования информации, третий информационный вход которого подключен к выходу измерителя фазы, выход блока преобразования информации связан с входом первого индикатора, вход второго блока согласования соединен с выходом третьего коммутатора, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами устройства для контроля и настройки

систем импульсно-фазового управления.

2.Устройство по п.1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что формирователь интервала анализа содержит последовательно соединенные фазовьй детектор, фильтр, управляемый генератор и делитель частоты, причем выход делителя частоты соединен с первым входом фазового детектора и первым выходом формирователя интервала анализа, вто- рой вход фазового детектора подключен

к входу формирователя интервала анализа, выход управляемого генератора подсоединен к второму выходу формиро- вателя интервала .анализа,

3.Устройство по П.1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что блок измерения амплитуды содержит преобразователь амплитуды в длительность, селектор, генератор заполняющей частоты, ключ и счетчик, первый вход блока измерения амплитуды соединен с входом преобразователя амплитуды в длительность

выход которого связан с первым входом селектора, второй вход блока измерения амплитуды подключен к второму входу селектора и первому входу счетчика, выход селектора соединен с управляющим входом ключа, другой вход которого связан с выходом генератора заполняющей частоты, выход ключа подсоединен к второму входу счетчика, выход которого связан с выходом блока измерения амплитуды,

4. Устройство по п.3, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что преобразователь амплитуды в длительность выполнен в виде последовательно соединенных формирователя уровня и формирователя сигнала, выход -которого является выходом преобразователя амплитуды в длительность, второй вход формирователя с игнала связан с входом формирователя уровня и входом преобразователя амплитуды в длительность.

Фиг.1

CPU г. 2

Фиг.З

Изобретение относится к электрическим испытаниям и контролю систем имйульсно-фазового управления вен- тильными электроприводами и предназначено для настройки и исследойания параметров систем управления тирис- тЬрными преобразователями в процессе пусконаладочных работ и эксплуатационных испытаний. Целью изобретения является повьппение точности, сокращение длительности настройки и повышение ее качества. Поставленная цель достигается введением в устройство новых узлов и блоков, повышающих точность путем исключения неоднозначности начала положительного полупериода линейного напряжения сети из-за многократного пересечения нулевого уровня, измеряются амплитуды синфазной и квадратурной составляющих первой гармоники линейного напряжения на вьщеленном с произвольной фазой (относительно переходов через нуль) интервале анализа и по измеренным амплитудам этих составляющих вычисляется фазовое положение первой гармоники сетевого напряжения относительно начала сформированного интервала анализа. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л с со 00 со ел о

Редактор В.Петраш

сриг.

Составитель С.Никишов Техред М.Ходанич

Заказ 4218/36Тираж 863Подписное

ВНШПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор А.Тяско