Устройство для синхронизации системы управления вентильным преобразователем Советский патент 1991 года по МПК H02M1/08 

О

ю VI

N

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к системам управления ти- ристорными компенсаторами реактивной мощности и другими тиристорными преобразователями.

Целью изобретения является повышение точности управления и надежности вентильного преобразователя путем повышения симметрии импульсов синхронизации.

На фмг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг, 2 - принципиальные схемы блоков; на фиг. 3 - схема датчика напряжения синхронизации; нз фиг, 4 - временные диаграмму работы устройства.

Устройство (фиг, 1) состоит из фазового детектора 1, выполненного, например, в виде фазочувствитального демодулятора, сумматора 2, фильтра 3 низкой частоты, выполненного, например, в виде RC-цепи, ПИ- регулятора 4, управляемого генератора 5, восьмиразрядного счетчика -6, первого 7, второго 8 и третьего 9 фазочувствительных демодуляторов, выполненных аналогично фазовому детектору 1, датчика 10 напряжения синхронизации, причем выход фазового детектора 1 и выходы первого 7, второго 8 и третьего 9 фазочуаствительных демодуляторов соединены с соответствующими входами сумматора 2, выходом подключенного через последов тельно соединенные фильтр 3 низкой «астоты, ПИ-регулятор 4 и управляемый генератор 5 к счетному входу двоичного сметчика б, у которого выходы пятого, шестого и седьмого разрядов соединены с управляющими входами третьего 9, второго 8 и первого 7 фазочувствительных демодулятооов, соответственно, а выход восьмого разряда - с управляющим входом фазового детектора 1, сигнальный вход фазового детектора 1 соединен с входом датчика 10 напряжения синхронизации, выход которого соединен с сигнальными входами первого 7, второго 8 и третьего 9 фазочувствительных демодуляторов.

Сумматор 2 и фильтр низкой частоты 3 могут быть выполнены в виде суммирующего резисторно-емкостного фильтра 11 (фмг. 2) и представляющего собой четыре резистора 12, каждый из которых соединяет соответствующий ему вход и выход суммирующего фильтра 11, и конденсатор 13, подключенный между выходом суммирующего фильтра 11 и общей точкой питания.устройства. ПИ-регулятор 4 (фиг. 2) выполнен на операционном усилителе 14, немнвертмру- ющий вход которого явпяется входом, а выход- выходом ПИ-регулятора4, на последовательно соединенных резисторе 15 и конденсаторе о в цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя 14 и на резисторе 17, включенном между инвертирующим входом операционного усилителя 14 и общей точкой питания.

Управляемый генератор 5 выполнен на

потенциометре 18(подстроечный резистор), включенном между положительным и отрицательным полюсами источника питания (разнополярный источник питания не показан). на шести резисторах 19-24, на первом 25 и втором 26 транзисторах, эмиттеры которых соединены через третий 21 и четвертый 22 резисторы соответственно с отрицательным полюсом -источника питания. а их базы соединены между собой и подключены через второй резистор 20 к средней точке потенциометра 18 и через первый резистор 19 - к входу управляемого генератора 5, на конденсаторе 27, включенном между коллекторами первого 25 и второго 26 транзисторов, на первом 28 и втором 29 элементах И-НЕ, причем первый вход первого элемента И-НЕ 28 соединен через пятый резистор 23 с коллектором первого транзистора 25, а второй вход - с выходом второго элемента И-НЕ 29, и первый вход второго элемента И-НЕ 29 соединен с выходом первого элемента И-НЕ 28, а второй вход - через шестой резистор 24 с коллектором второго транзистора 26, на первом диоде 30, катодом соединенном с коллектором первого транзистора 25. а анодом - с выходом первого элемента И-Н Е 28, на втором диоде 31, катодом соединенном с

коллектором второго транзистора 26, а анодом - с выходом второго элемента И-НЕ 29, выход которого является выходом управляемого генератора 5.

В данном случае элементы И-НЕ 28 и 29

подключены по питанию между дополнительным полюсом и общей точкой источника питания. Датчик 10 напряжения синхронизации может быть выполнен (фиг. 3) и в виде

элемента 32 выборки-хранения (микросхема), сигнальный вход которой является сигнальным входом датчика 10 напряжения синхронизации, формирователя 33 по фронту и спаду, выход которого соединен с

управляющим входом элемента 32 выборки- хранения, а вход - с входом управления датчика 10 напряжения синхронизации и инвертора 33 (выполнен на операционном усилителе), у которого вход соединен с выходом элемента 32 выборки-хранения, s выход является выходом датчика 1C напряжения синхронизации, причем (фиг. 1, пунктирные линии) сигнальный вход датчика 10 напряжения синхронизации соединен с выходом фазового дет-кторэ 1 а вход управления - с выходом восьмого разряда Х8 двоичного счетчика 6.

Устройство работает следующим образом (временные диаграммы, фиг. 4).

На сигнальный вход фазового детектора 1 (фиг. 1) поступает напряжение синхронизации Uc (фиг. 4), а на управляющий вход- импульсы синхронизации Uxac выхода восьмого разряда двоичного счетчика 6. На выходе фазового детектора 1 формируется напряжение (при сигнале 1 на управляющем входе фазового детектора 1 последний инвертирует напряжение синх- ронизации,при сигнале О - фазовый детектор работает как повторитель напряжения), которое содержит переменную составляющую и постоянную составляющую - ошибку регулирования. Величина и знак этой ошибки регулирования зависят от разности фаз между указанными сигналами на входах фазового детектора 1.

Сигнал с выхода фазового детектора 1 (временная диаграмма Ui) поступает на сумматор 2, где основная часть его переменной составляющей компенсируется (временная диаграмма компенсирующей составляющей UK показана пунктирной линией). Результирующий сигнал с выхода сумматора (временная диаграмма Da) обрабатывается фильтром низкой частоты 3, который устраняет помехи и высшие гармоники, и поступает на вход ПИ-регулятора 4, обеспечивающего соответствующий закон регулирования. Отфильтрованная таким образом ошибка регулирования воздействует через ПИ-регулятор 4 на вход управляемого генератора 5, управляя его частотой генерации. Импульсы с выхода управляемого генератора 5 поступают на счетный вход двоичного счетчика 6, который работает в коде 128- 64-32-16-8-4-2-1. В результате на выходах Х1...Х8 разрядов двоичного счетчика 6 формируются последовательности прямоугольных импульсов синхронизации со скважностью, равной 2 (например, временные диаграммы Uxs, Uxe, Uxv и Uxs).

Частота управляемого генератора 5 регулируется так, чтобы разность фаз между напряжением синхронизации Uc и прямоугольными импульсами синхронизации с выхода восьмого разряда Х8 двоичного счетчика 6 была равна л/2 (ошибка регулирования равна нулю). Такое состояние работы устройства именуют режимом синхронизма. Компенсация переменной составляющей напряжения с. выхода фазового детектора 1 осуществляется в сумматоре 2 следующим образом. Напряжение синхронизации ис поступает на вход датчика 10 напряжения синхронизации, ни выходе

которого формируется сигнал, равный амплитудному значению напряжения синхронизации (временная диаграмма Uio). Этот сигнал (Uio) преобразуется первым 7, вто- рым 8 и третьим 9 фазочувствительными демодуляторами в разнополярные симметричные прямоугольные импульсы (временные диаграммы U, Us и Ug). Первый 7, второй 8, и третий 9 фазочувствительные

0 демодуляторы управляются импульсами

синхронизации с выходов разрядов Х7, Х6 и

Х5 соответственно двоичного счетчика 6

(временные диаграммы Ux, Uxe и UXB).

Коэффициенты усиления первого 7, вто5 рого 8 и третьего 9 фазочувствительных демодуляторов равны 0,7; 0,3 и 0,15. Результирующий сигнал Utc Uy+Us+Ug в виде напряжения фазочувствительных выпрямителей 7, 8 и 9 является компенсирующей

0 составляющей (временная диаграмма Uk, показанная пунктирной линией), которая и нейтрализует действие переменной составляющей с выхода фазового детектора t в сумматоре 2. Таким образом осуществля5 ется фильтрация ошибки регулирования уже на выходе сумматора 2. Фильтр 3 низкой частоты устраняет лишь высокочастотные составляющие сигнала, имеет малую постоянную времени. В режиме слежения

0 устройства зг фазой напряжения синхронизации Uc (режим захвата) сигнал на выходе фильтра 3 низкой частоты практически отсутствует, что является условием стабильности генерации импульсов управляе5 мым генератором 5. Частота генерации с высокой точностью равна 256 f сети на любом отрезке времени. Следовательно, и высокую стабильность имеют параметры импульсов синхронизации на выходах дво0 ичного счетчикз 6. Это особенно важно в системах управления тмристорными преобразователями, когда в соот -.етствии с алгоритмом функционирования каждому состоянию счетчика ОТЕОДИТСЯ строго опре5 деленное время.

Кроме того, малая постоянная времени фильтра 3 низкой частоты повышает быстродействие слежения (регулирования) устройства за изменением фазы или частоты

0 напряжения синхронизации. Количество фазочувствительных демодуляторов (7, 8, 9) может быть увеличено до четырех или пяти. Тогда фильтрация ошибки регулирования в сумматоре 2 улучшается. Однако дальней5 шее увеличение числа демодуляторов, работающих на более высокой частоте, не дает видимого эффекта, поскольку возникающие помехи в контуре регулирования устройства становятся по величине и частоте сопоставимы с сигналами с выходов этих

дополнительных фазочувствительных демодуляторов, Сумматор 2 и фильтр 3 низкой частоты могут быть в виде суммирующего RC-фильтра 11 (фиг, 2), обладающего простотой реализации. Выход суммирующего фильтра 11 хорошо согласуется с входом неинвертирующего ПИ-регулятора 4 (фиг. 2), имеющего большое входное сопротивление. Его передаточная функция

W4(P) (1 +TiP)/T2P,

где Р - оператор Лапласа;

Ti R15C16;

T2 R17C16:

R15 и R17 - значения сопротивлений резисторов 15 и 17;

С16 - величина емкости конденсатора 16.

На фиг, 2 показана принципиальная схема управляемого генератора 5. На элементах И-НЕ 28 и 29 выполнен RS-триггер, который в процессе работы находится в одном из двух устойчивых состояний: либо когда на выходе первого элемента И-НЕ 28 сигнал 1, а на выходе второго элемента И-НЕ , либо, наоборот, когда на выходе первого элемента И-НЕ 28 - О, а на выходе второго элемента И-НЕ 29 - 1, Сигнал 1, по уровню близкий положительному напряжению источника питания, подается в первом случае через первый диод 30 и во стором случае - через диод 31 на соответствующую обкладку конденсатора 27, при этом вторая обкладка конденсатора остается под потенциалом, который уменьшается в результате перезаряда конденсатора 27 вторым источником тока (второй транзистор 26, четвертый резистор 22) - в первом случае и первым источником тока (первый транзистор 25, третий резистор 21) - во втором случае.

Так как обкладки конденсатора 27 связаны через защитные резисторы 23 м 24 со входами установки RS-триггера, то при снижении потенциала на указанной обкладке конденсатора 27 до нулевого порога срабатывания триггера последний перебрасывается, так что для первого случая на выходах первого элемента И-НЕ 28 устанавливается сигнал О, а на выходе второго элемента И-НЕ 29 1, и для второго случай, наоборот. Скорость перезаряда конденсатора 27 и, следовательно, частота управляемого генератора 5 регулируются источниками тока (транзисторы 25, 26 и резисторы 21, 22) путем подачи на базы транзисторов 25 м 26 соответствующего управляющего напряжения через первый резистор 19 с выхода ПИ- регулятора 4. Одновременно на базы

транзисторов 25 и 26 подается с выхода потенциометра 18 через второй резистор 20 напряжение смещения.

В рабочем состоянии устройства (в режиме захвата) потенциал на выходе потенциометра 18 устанавливается по величине таким, чтобы на выходе ПИ-регулятора 4 напряжение было близко нулевому значению, что необходимо для обеспечения симмет0 ричной зоны действия ПИ-регулятора 4 по выходному напряжению. Соотношение величин резисторов 19 и 20 определяет ширину этой зоны действия.

Датчик 10 напряжения синхронизации

5 (фиг. 3) работает следующим образом. Напряжение с выхода фазового детектора 1 (временная диаграмма Ui) поступает на сигнальный вход элемента 32 выборки-хранения, который управляется формирователем

0 33. По фронту и спаду импульсов синхронизации с выхода восьмого разряда Х8 (временная диаграмма Uxs) счетчика 6 формирователь 33 генерирует короткие импульсы управления (временная диаграмма Озз),

5 по времени совпадающие с моментами отрицательных максимумов напряжения с выхода фазового детектора 1, которые равны по величине амплитудному значению напряжения синхронизации Uc. На выходе

0 элемента 32 выборки-хранения формируется сигнал, равный амплитуде напряжения синхронизации Uc отрицательной полярности, который инвертируется затем инвертором 34, Таким образом на выходе датчика 10

5 напряжения синхронизации формируется сигнал, равный по величине амплитуде напряжения синхронизации Uc (временные диаграммы 1Нои U34).

Если осуществлять формирование им0 пульсов управления для элемента 32 выборки-хранения с помощью линейного дешифратора, подключенного входами к выходам двоичного счетчика 6, в моменты положительных максимумов напряжения Ui

5 с выхода фазового детектора 1, используя в качестве выходного дешифратора соответствующий выход, то указанный сигнал, равный амплитуде напряжения синхронизации Uc положительной полярности, можно фор0 мировать непосредстванно без инвертора 34, т. е. в устройство введены датчик напряжения синхронизации и фазочувствитель- ные демодуляторы, управляемые двоичным счетчиком, формирующие на5 пряжение компенсации, а также сумматор, в котором напряжение фазового детектора и напряжение компенсации суммируются так, что на выходе сумматора и, соответственно, на входе фильтра низкой частоты сиг- мал регулирования имеет малый уровень

пульсаций. На выходе фильтра низкой частоты пульсации напряжения практически отсутствуют. Управляемый генератор работает стабильно. Следовательно, на выходах двоичного счетчика формируются последо- вательности импульсов с высокими временными характеристиками.

Применение устройства синхронизации в системе управления вентильным преобразователем обеспечивает также высокую симметрию управляющих импульсов. Формула изобретения 1. Устройство для синхронизации системы управления вентильным преобразователем, содержащее фазовый детектор, сигнальный вход которого использован как вход напряжения синхронизации устройства, последовательно соединенные фильтр низкой частоты, управляемый генератор импульсов и двоичный счетчик, один из выходов которого соединен с управляющим входом фазового детектора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности управления и надежности вентильного преобразователя путем повыше- ния точности слежения за напряжением синхронизации, введены фазочувствитель- ные демодуляторы, датчик напряжения синхронизации и сумматор, причем выходы двоичного счетчика использованы как выхо- ды импульсов синхронизации устройства, управляющий вход фазового детектора соединен с последним выходом двоичного счетчика, вход датчика напряжения синхронизации соединен с входом фазового детектора, выход - с сигнальными входами фазочувствительных демодуляторов, управляющие входы которых соединены с соответствующими, начиная с предпоследнего, выходами двоичного счетчика, выходы - с одним входом сумматора, другой вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход - с входом фильтра низ- кой частоты.

2.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что сумматор и фильтр низкой частоты выполнены в виде суммирующего фильтра низкой частоты.

3.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что выход фильтра низкой частоты соединен с входом управляемого генератора импульсов через дополнительно введенный ПИ-регулятор.

4.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что датчик напряжения синхронизации выполнен в виде элемента выборки и хранения, у которого сигнальный вход соединен с выходом фазового детектора„а выход является выходом датчика напряжения синхронизации, и схемы управления, у которой выход соединен с управляющим входом элемента выборки и хранения, а входы соединены с выходами двоичного счетчика.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении тиристорными компенсаторами реактивной мощности и др. Цель изобретения - повышение точности управления и надежности вентильного преобразователя путем повышения симметрии импульсов Синхронизации. С этой целью введены датчик 10 напряжения синхронизации и фазо- чувствительные демодуляторы 7, 8, 9, управляемые двоичным счетчиком 6 и формирующие напркженме компенсации. Указанное напряжение суммируется с напряжением фазового детектора 1 в сумматоре 2 так, что на входе фильтра 3 низкой частоты сигнал имее/малый уровень пульсаций. В результате этого управляемый генератор 5 импульсов работает стабильно, а на выходах двоичного счетчика 6 формируется симметричная последовательность импульсов. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

- -ч г

12 (2,5)1 i

/4 Ј(ЈД-#7

I

-Un21 гь 20

ш

Пг.2

30

- J

Ui

U9

r-, f I-,,

1t «.

i «J

Uxe

Р«г.З

tit.

art

r- I

-V-V

Uii U4+UK

,J