Устройство для управления вентильным преобразователем Советский патент 1992 года по МПК H02M7/155 

Предлагаемое техническое решение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве системы управления для вентильного электропривода постоянного и переменного тока.

Известно многоканальное устройство для управления вентильным преобразователем по а.с. № 771848, состоящее из последовательно соединенных фазных формирователей синхроимпульсов, фазных RS-триггеров, счетчиков импульсов, формирователей импульсов, двухвходовых полуфазных схем И, ко вторым входам которых подсоединены полуфазные выходы фазных формирователей синхроимпульсов, выходных формирователей импульсов, а также общего для всех фаз генератора импульсов, подсоединенного к счетным входам счетчиков и состоящего из замкнутых в кольцо сумматора, управляемого генератора, формирователя, генератора пилообразного напряжениям, запоминающего элемента, причем ко второму входу запоминающего элемента подсоединен выход формирователя, а установочный вход R триггера RS- соединен с выходом формирователя импульсов.

Недостатками данного устройства являются:

-низкая надежность фазосдвигающего устройства из-за возможности срыва колебаний генератора импульсов при минимальных входных управляющих напряжениях, что приведет к аварии преобразователя.

-суженный диапазон углов управления из-за ограниченного диапазона частот генератора импульсов.

-усложнение из-за необходимости введения амплитудного ограничения входного сигнала для предотвращения срыва генератора импульсов и зависимость выставления напряжения ограничения от выставления напряжения угла согласования при раздельном управлении, что осуществляется в генераторе импульсов.

Известное фазосдвигающее устройство к тиристорной станции управления ТСУ-2- КЛУЗ ИЖКМ 626327.002ЭЗ предназначенное для плавного регулирования скорости вращения асинхронных электродвигателей, серийно выпускаемых Запорожским электроаппаратным заводом с 1986 года и состо-. ящее из последовательно соединенных блока задания, блока амплитудного ограничения входного сигнала, преобразователя напряжения-период, выполняющего функцию генератора импульсов и состоящего из последовательно соединенных источника опорного напряжения, интегратора, компа- ратора, а также ключа, подключенного параллельно интегратору, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, канальных счетчиков выходных формирователей импульсов, а также формирователя синхроимпульсов, выходы которых подсоединены к установочным входам счетчиков.

Недостатками данного устройства является суженный диапазон выставления углов

из-за ограниченного диапазона частот преобразователя напряжение-период, что делает его непригодным для использования в полноценном электроприводе постоянного и переменного тока (получаемый диапазон

углов 35-140 эл.грэд. вместо требуемых 10- 170 эл.град.) амплитудное ограничение узлов управления, что делает его зависимым по помехоустойчивости от выходного сигнала и ухудшающим динамику электропривода.

Известно устройство для управления вентильным преобразователем согласно а,с. Мг 1032982, содержащее последовательно соединенные формирователь синхроимпульсов, фазодвигающее устройство, две полуфазные двухвходные схемы совпадения, выходные формирователи импульсов, а также формирователь импульсов ограничения, состоящий из последовательно соедипенных генератора импульсов ограничения, двухвходной схемы совпадения, счетчика, к выводам разрядов которого подсоединены формирователи импульсов ограничения «мин и «макс, своими выходами подсоединенные ко входам S и R триггера типа R-S, выход которого подсоединен ко вторым входам полуфазных двухвходовых схем совпадения, второго триггера типа R-S, выход которого подсоединен ко второму входу

двухвходовой схемы совпадения, вход R соединен со входом счетчика и выходом формирователя синхроимпульсов, а вход S соединен с выходом формирователя импульсов ограничения аМакс

Недостатками данного устройства являются: непригодность для использования в качестве фазосдвигающего устройства к электроприводу из-за большой дискретности между соседними значениями углов и сложности их переключения, суженный диапазон выставления углов, недопустимая асимметрия из-за возможности использования его только в многоканальных фазосдвитающих устройствах.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности, расширение диапазона углов управления, упрощение.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для управления вентильным преобразователем, содержащем в каждой фазе формирователь синхроимпульсов с выходами широких и узких импульсов, выход узких импульсов которого подключен к R-входу первого RS-триггера, выход которого подключен к первому входу выходного формирователя импульсов, счетчик импульсов, вход R которого соединен с R-входом первого RS-триггера, выход - со входом сборки S первого RS-триггера, формирователь импульсов ограничения, состоящий из первого и второго формирователей импульсов углов ограничения «мин и «макс второго RS-триггера, ко входу R которого подсоединен выход формирователя «мин, ко входу S- амакс, выход второго RS-триггера подсоединен ко входу выходного формирователя импульсов, к третьему входу которого подсоединен выход широких импульсов формирователя синхроимпульсов, общий для всех фаз генератор импульсов, состоящий из последовательно соединенных источника опорного напряжения, интегратора и первого входа первого компаратора, а также ключа, выходами включенного параллельно первому интегратору, к другим входам первого компаратора подсоединены источники согласующего и управляющего напряжения, новым является то, что в каждую фазу введены третий RS-триггер, двухвходовой элемент совпадения, общий для всех фаз третий формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход соединен с S-входом третьего RS-триггера и счетным входом счетчика, вход R третьего RS-триггера соединен с выходом узких импульсов формирователя синхроимпульсов, инверсный выход соединен с первым входом двухвходового элемента совпадения, ко второму входу которого подключен выход первого формирователя импульсов «мин блока формирователя импульсов ограничения, выход двухвходового элемента совпадения соединен с S-входом первого RS-триггера, в генератор импульсов введены вторые интегратор, ключ, компаратор, четвертый RS-триггер, причем вход второго интегратора соединен со входом первого интегратора, выход соединен с третьим входом второго компаратора, первый и второй вход которого соединен с источниками управляющего и согласующего напряженный соответственно, к R и S-входам четвертого RS-триггера подсоединены соответственно выход первого и второго компараторов, прямой и инверсный выход четвертого RSтриггера соединены с управляющими входами первого и второго ключа соответственно, причем прямой выход четвертого RS-триггера является выходом генератора 5 импульсов, а второй ключ подсоединен параллельно второму интегратору.

На фиг.1 представлена структурная схема одной фазы устройства для управления вентильным преобразователем: на фиг.2 0 диа рамма работы генератора импульсов, где а)выходное напряжение первого интегратора, б) выходное напряжение второго интегратора, в)выходные импульсы генератора импульсов , снимаемые с прямого вы5 хода RS-триггера.

Устройство состоит из последовательно соединенных генератора импульсов 1, третьего формирователя импульсов 2, третьего RS-триггера З, двухвходовой схемы

0 совпадения 4, счетчика 5 первого RS-триггера 6, выходного формирователя импульсов 7, а также формирователя имульсов ограничения 8, формирователя синхроимпульсов 9, выход широких импульсов которого под5 соединен ко второму входу выходного формирователя импульсов 7, а выход узких импульсов подсоединен ко входам R RS- триггеров3,6, счетчика 5. Генератор импуль- сов 1 состоит из последовательно

0 соединенных относительно напряжения Uon, первого интегратора 10, первого компаратора 11, выходы R RS-триггера 12, прямой выход которого подсоединен ко входу первого ключа 13, своими выходами подсо5 единенного параллельно интегрирующей емкости первого интегратора 10, а также последовательно соединенных второго интегратора 14, второго компаратора 15, входа S RS-триггера 12, инверсный выход

0 которого подсоединен ко входу второго ключа 16, своими выходами подсоединенного параллельно интегрирующей емкости второго интегратора 14. Ко вторым и третьим входам первого и второго компараторов

5 11, 15 подсоединены напряжения согласования исогл и напряжения управления иупр соответственно. Формирователь импульсов ограничения 8 состоит из первого и второго формирователей импульсов углов ограниче0 ния «мин и амакс 17. 18 соответственно, своими выходами подсоединенных ко входам R и S соответственно RS-триггера 19, выход которого подсоединен к третьему входу выходного формирователя импульсов 7. Выход

5 первого формирователя импульсов 17 подсоединен, кроме того, ко второму входу двухвходовой схемы совпадения 4

Выход третьего формирователя импульсов 2 подсоединяется к счетным входам счетчика фаз В. С. Ко входу фазного формирователя синхроимпульсов 9 подсоединен источник синхронизирующего напряжения Ф.А.

Фазосдвигэющее устройство в предлагаемом многоканальном устройстве гори- зоптального типа как обладающее меньшей ассиметрией, ограничение углов управления, формирующее зону изменения углов - импульсное.

Генератор импульсов (ГИ) представляет собой двухкаиальный преобразооатель напряжения - период следования импульсов с интеграторами 10, 14, компараторами 11, 15, ключами 13, 16, RS-триггера 12 на интегральных операционных усилителях и логи- ческих элементах любой серии. Третий формирователь импульсов (ФИ) 2 представляет собой в простейшем случае дифферен- цирующую цепочку, состоящую из разделительной емкости С и сопротивления R, формирующий узкий импульс с сигнала RS-триггера 12, RS-триггера З, 6, 19, схема совпадения 4, счетчик 5 обычного типа, выполненный на логических интегральных схемах. Формирователи импульсов (ФИ) ог- раничения «мин и «макс 17, 18 могу г быть выполнены по любому принципу, например, в виде генератора импульсов ограничения, счетчика импульсов, к выводам разрядов которого подсоединены формирователи узких импульсов. ФИ 2 может быть выполнен и в виде просто разделительного конденсатора, если выходом ГИ 1 является выход компаратора 11.

Формирователь синхроимпульсов (ФСИ) 9 обычно состоит из активного фильтра для формирования неискаженной помехами синусоиды, компаратора для формирования прямоугольного напряжения в моменты перехода этой синусоиды через ноль (формиро- ватель широких синхроимпульсов) и дифференцирующих цепочек для формирования узких синхроимпульсов в моменты перехода синусоиды через ноль.

Выходной формирователь импульсов (ВФИ) 7 из широких полуфазных синхроимпульсов и импульса управления, появляющегося в соответствующий Uynp момент, формирует полуфазные импульсы управления, потом усиливает и гальванически раз- деляет от силовой схемы.

Работает устройство следующим образом.

На фиг. 1 изображена структурная схема общего для всех фаз генератора импульсов 1 м канала фазосвдигающего устройства для одной фазы. Один из узких канальных синхронизирующих импульсов в ФСИ 9 устанавливает по входам R в исходное (нулевое) состояние RS-триггерэ 6, 3 и счетчик Б. Фазосдвигающее устройство согласно структурной схемы фиг.1 частотно-фазовое горизонтального типа,в котором угол отпирания формируется в момент появления выходного импульса последнего разряда счетчика 5 после его заполнения от момента его обнуления пропорционально частоте генератора импульсов 1, которая определяется напряжением управления Uynp. Выходной импульс счетчика 5 по входу сборки S RS-триггера 6 устанавливает его в 1 состояние, которое будучи поданным на первый вход ВФИ 7 при наличии соответствующего полуфазного синхронизирующего широкого импульса с ФСИ 9 на втором входе ВФИ 7 способствует выработке ВФИ 7 импульса управления тиристорным преобразователем, (если его положение находится в зоне возможного изменения углов управления #мин- «макс, которая вырабатывается RS- триггером 19 ФИО 8). Генератор импульсов представляет собой двухканальный преобразователь напряжения-период, в котором на вход интеграторов 10, 14 подается опорное напряжение U0n, которое, например, для данного случая является отрицательным, чтобы образовать на выходе интеграторов положительное развертывающее напряжение(фиг.2а, б). На выходы компараторов 11, 15 подается кроме соответствующих напряжений интеграторов еще напряжение управления Uynp и напряжение согласования Ucorn, необходимое для обеспечения возможности сравнения в компараторах 11, 15 однополярного пилообразного напряжения с интеграторов 10, 14 сдвухпо- лярным напряжением управления ( Uynp), подаваемым с выхода регулятора тока (для реверсивного электропривода), Обычно необходимо обеспечить при угол согласования Осогл 90 - 100 эл.град. для обеспечения линейности регулированных характеристик, улучшению гармонического состава тока сети, для чего используют согласующий каскад на операционном усилителе. При такой структуре фазосдвигающего устройства (ФСУ) можно обойтись подачей Ucom на компараторы 11, 15. Тогда отрицательное напряжение будет соответствовать выпрямленному режиму, положительное - инверторному, причем минимальному углу управления будет соответствовать максимальное отрицательное напряжение, Максимальная частота одноканального преобразователя напряжение-период ограничена конечным временем разряда интегрирующей емкости интегратора (например, при использовании быстродействующих операционных усилителей типа

КР5444У2 и компараторов К554СЛ для интегратора и компаратора соответственно fM3KC 150 кГц), что соответствует углу управления «мин 25 эл.град.. что недостаточно для электропривода).

Поэтому предлагаемая двухканаль- нэя схема преобразователя напряжение- период, в котором каждый канал, состоящий из интегратора с разрядным ключом, компаратора работает поочередно, причем управляет каналами RS- триггер, переключающийся узкими импульсами компараторов 11, 15 по входам R и S и управляющий поочередно работой ключей 13,16. Формирование выходных импульсов RS-триггера 12 показано на фиг.2в. Данная структура преобразователя напряжение-период обеспечивает четкую поочередную (за счет триггера 12)работу каналов, а конечное время разряда емкостей интеграторов 10, 14 не ограничивает fM3Kc, так как каждый канал переключается в момент достижения развертывающими напряжениями интеграторов порогового значения напряжения Unop, определяемого суммарным воздействием напряжений Ucorn и Uynp на компараторы 11, 15. Это дает возможность поднять максимальную частоту fM3Kc до 450 кГц,что соответствует углу управления Cfynp 5-8 эл.град. Максимальная частота ГИ 1 образуется при приближающейся к нулю амплитуде пилообразного напряжения, т.е. суммарное напряжение Uynp и Ucorn, подаваемое на входы компараторов Unop приближается к нулю. При неизбежен срыв работы ГИ1, RS-триггер 12 залипает в одном из состояний (0 или 1), пропуск импульсов ФСУ может вызвать авария электропривода. Поэтому в подобных структурах дают амплитудное ограничение Uynp (отрицательного, максимального, например) с большой жесткостью (наклон меньше 0,1V из-за гипербологической зависимости Uynp от Uynp), что требует применения сложных ограничителей (2). Изменение угла вызывает необходимость в перестройке и ограничении Uynp. Выставление ограничения Uynp с запасом суживает диапазон изменения углов управления. Для устранения этого недостатка в предлагаемом устройстве введен узел опознавания пропадания импульсов ГИ1 и заведения в ФСУ в-этом случае угла «min, состоящего из ФИ2, RS-триггера З, схемы совпадения 4. Работа схемы происходит следующим образом. С прямоугольного выходного напряжения (меандр) ГИ1 с помощью ФИ2 (в простейшем случае дифференцирующая цепочка) формируются узкие импульсы, которые подсчитываются счетчиком 5 и устанавливают RS-триггер З в 1, до этого установленный узкими синхроимпульсами в О состояние. Через некоторое время идущий 5 после синхроимпульсов импульс Ямин с ФИ

17формирователя импульсов ограничения

18не проходит через схему совпадения 4, так как на другом ее входе присутствует О с инверсного выхода триггера 3. В случае

0 срыва импульсов ГИ1 его RS-триггер 12 залипает в состоянии О или 1. Это состояние не передается на вход RS-триггера З из-за наличия в составе ФИ2 емкости дифференцирующей цепочки.

5 Обнуленный синхроимпульсами с ФСИ9 RS-триггер З не перекидывается в 1 состояние первым импульсом с ГИ1, на первом входе схемы совпадения 4 присутствует разрешающая 1, импульс Омин с ФИО 18

0 через второй вход схемы совпадения 4 проходит на сборку RS-триггера 6, переключая его состояние.

Фазосдвигающее устройство формиру- 5 ет угол управления, соответствующий «мин. Таким образом при срыве ГИ1, вызванном слишком большим по величине (выше допускаемого) Uynp устройство управления вентильным преобразователем формирует угол 0 «мин. Необходимость в амплитудном ограничении сигнала Uynp отпадает. амин мы можем выставить в ФИО 18 как угодно малым (8-10 эл.град,), не опасаясь нарушения работы системы управления из-за срыва рабо- 5 ты ГИ1.

Технико-экономические преимущества видны по сравнению с прототипом, так как предложенное устройство позволяет:

-повысить надежность работы вентиль- 0 ного преобразователя за счет устранения

влияния пропадания импульсов ГИ1 при недопустимом изменении величины Uynp на образование импульсов фазосдвигающим устройством (в этом случае на выход будет 5 проходить импульс Омин).

-расширить диапазон углов управления вентильным преобразователем (10-170 эл.град) за счет выполнения ГИ1 подвухка- нальной схеме, что устраняет влияние ко0 нечного времени разряда емкостей интеграторов на получение максимальной частоты, повышение которой уменьшает минимальные углы управления. Кроме того, введение элементов схемы опознавания

5 пропадания импульсов ГИ1, позволяет опустить «мин в ФИО 8 до нужной величины без запаса на нестабильность узла амплитудного ограничения (в случае отсутствия элементом 2,3,4 со своими связями),

- упростить фазосдвигающую систему управления и ее регулировку и эксплуатацию за счет отсутствия специального узла амплитудного ограничения по цепи Uynp (в том числе устраняется элемент регулировки).

Формула изобретения Устройство для управления вентильным преобразователем, содержащее в каждой фазе формирователь синхроимпульсов с выходами широких и узких импульсов, выход узких импульсов которого подключен к R- входу первого RS-триггера, выход которого подключен к первому входу выходного формирователя имульсов, счетчик импульсов, вход R которого соединен с R-входом первого RS-триггера, выход - с S.-входом сборки первого RS-триггера, формирователь импульсов ограничения, состоящий из первого и второго формирователей импульсов углов ограничения амин и «макс второго RS-триггера, к R-входу которого подсоединен выход формирователя амин, к S-входу «макс, выход второго RS-триггера подсоединен к входу выходного формирователя импульсов, k третьему входу которого подсоединен выход широких импульсов формирователя синхроимпульсов, общий для всех фаз генератор импульсов, состоящий из последовательно соединенных источника опорного напряжения, интегратора и первого входа первого компаратора, а также ключа, выходами включенного параллельно первому интегратору, к другим входам первого компаратора подсоединены источники согласующего и управляющего напряжений, отличающееся тем, что, с целью

расширения диапазона углов управления при одновременном повышении надежности и упрощения, в каждую фазу введены третий RS-триггер, двухвходовой элемент

совпадения, общий для всех фаз третий формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход соединен с S-входом третьего RS- триггера нечетным входом счетчика, R-вход

третьего RS-триггера соединен с выходом узких импульсов формирователя синхроимпульсов, инверсный выход соединен с первым входом двухвходового элемента совпадения, к второму входу которого подключей выход первого формирователя импульсов «мин блока формирователя импульсов ограничения, выход двухвходового элемента совпадения соединен с S-входом первого RS-триггера, в генератор

импульсов введены вторые интегратор, ключ, компаратор, четвертый RS-триггер, причем вход второго интегратора соединен с входом первого интегратора, выход соединен с третьим входом второго компаратора,

первый и второй входы которого соединены с источниками управляющего и согласующего напряжений соответственно, к R и S-входам четвертого RS-триггера подсоединены соответственно выход первого и

второго компараторов, прямой и инверсный выходы четвертого RS-триггеров соединены с управляющими входами первого и второго ключей соответственно, причем прямой выход четвертого RS-триггера является выходом генератора импульсов, а второй ключ подсоединен параллельно второму интегратору.

Устройство содержит генератор импульсов (1), формирователь импульсов (2), RS- триггер (3), двухвходовой элемент совпадения (4), счетчик (5), RS-триггер (6). выходной формирователь импульсов (7), формирователь импульсов ограничения (8), формирователь синхроимпульсов (9), интеР- ратор (10), компаратор (11), RS-триггер (12), ключ (13), интегратор (14), компаратор (15), ключ (16), формирователь импульсов углов ограничения «мин и «макс (17, 18), RS-триггер