Многоканальное устройство для управления вентильным преобразователем Советский патент 1992 года по МПК H02M7/12 

Изобретение относится к электро- технике и может быть использовано для синхронизации системы управления электропривода постоянного или переменного тока.

Известна одноканальная цифровая система управления для тиристорного привода постоянного тока (cM.Si- mard R., Rajagopalan V. Economical equidistant pulse firing scheme for Hugric,torizt:d dt drives IEEE Trans, and Electron and Control Instrument, 1975, N 3. v.22, p.425-429), состоящая из последовательно соединенных с питающей сетью активного фильтра низких частот, генератора синхроимпульсов, включающего замкнутые в кольцо фазовый детектор, фильтр низких частот, управляющий генератор с

выходной частотой о Г

с

пересчетнои схемой с коэффициентом деления 6N, а также второго делителя частоты с коэффициентом деления N,

кольцевого распределителя, нуль-органа.

Недостатки устройства - пониженная избирательность фильтра низких частот, из-за которой искажение формы синхронизированной синусоиды может вызвать сбои в работе тиристорного преобразователя, ухудшенная динамика по сравнению с многоканальной СИФУ из-за задержки на отработку нового значения угла при скачке Uunp. на 16,67 мс при 60 Гц сети.

Известно устройство для синхронизации системы управления вентильного преобразователя согласно авт.св. СССР № 807473, содержащее последовательно включенные источник синхронизирующего напряжения, активный RC-фильтр, блок управления, генератор синхроимпульсов, включающий замкнутые в кольцо фазовый детектор, управляемый генератор, делитель частоты, включенный между выходом ис(Л

С

ч vi v

го

точника синхронизирующего напряжения и вторым входом блока управления, причем выход фазового детектора соединен с вторым входом активного фильтра.

Недостатком данного устройства является повышенная асимметрия импульсов при изменении температуры для трехфазной системы синхрониза- ции, состоящей из трех фазных активных фильтров из-за разброса значений емкостей фильтров, что вызовет изменение его настройки, а значит и появление фазовой погрешности. Коль- цо ФАПЧ в виде постоянного напряжения, подаваемого на активный фильт отрабатывает только лишь колебания частоты сети.

Известно многоканальное устройст- во для управления вентильным преобразователем по авт.св. № 771848, состоящее из последовательно включенных фазных формирователей синхроимпульсов, включающих в себя блок синхронизации с сетью (согласующий трансформатор, соединенный с активным фильтром) и формирователь широких импульсов в виде нуль-органа для определения полуволн соответ- ствующих фаз, RS-триггера, выполняющего роль формирователя узких импульсов (для определения моментов перехода через ноль напряжения соответствующих фаз), блок системы управле- ния, включающий фазные счетчики импульсов, формирователи импульсов, выходы которых соединены с первыми входами полуфазных элементов И и S-вхо дом RS-триггера, выходные формирова- тели импульсов, причем вторые входы полуфазных схем И соединены с соответствующими выходами формирователей синхроимпульсов, общий для всех фаз генератор импульсов, подсоединенный к счетным входам счетчиков и состоящий из замкнутых в кольцо сумматора, управляемого генератора, формирователя, генератора пилообразного напряжения, запоминающего устройства, второй вход которого соединен с выходом формирователя.

Недостатками данного устройства являются:

повышенная асимметрия системы

управления в диапазоне температур из-за индивидуальных для каждой фазы активных фильтров, изменяющих свою настройку из-за температурного

,- п д

0

5

изменения емкостей, что приводит к фазовой погрешности;

усложнения из-за необходимости иметь для каждой фазы активный фильтр и формировать для каждой фазы посредством нуль-органов и инверторов 180-градусных зон, подаваемых на схемы И ввиду одного отрабатывающего угол узла для обеих полуфаз;

ухудшенная помехоустойчивость из- за необходимости иметь полосовой активный фильтр пониженной добротности, чтобы нормированные колебания частоты сети (+2%) не вызвали превышающие допустимые погрешности (3 эл.град.).

Целью изобретения является уменьшение асимметрии управляющих импульсов и повышение помехоустойчивости.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальное устройство для управления вентильным преобразователем, содержащее блок синхронизации с сетью, формирователь узких импульсов и формирователь широких импульсов, выходами подключенные соответственно к входам определения полуволн соответствующих фаз и входам определения моментов перехода через ноль j соответствующих фаз блока импульсно- фазового управления, новым является то, что оно снабжено последовательно соединенными фазовым детектором, фильтром низких частот и управляющим генератором, формирователь широких импульсов выполнен в виде кольцевого сдвигающего регистра с перекрестными связями и корректирующего блока, входами соединенного с выходами триггера сдвигающего регистра, выходом - с установочным входом одного из три1- геров сдвигающего регистра, выходы триггеров сдвигающего регистра использованы как выходы формирователя широких импульсов, тактовые входы триггеров сдвигающего регистра под- ключены к выходу управляющего генератора, формирователь узких синхронизирующих импульсов выполнен в виде трех элементов ЗИ-2ИЛИ, причем первый вход каждого из элементов ЗИ соединены с выходом управляющего ге- нератора, вторые входы элементов ЗИ-2ИЛИ каждой пары соединены с прямым и инверсным выходами соответствующего триггера сдвигающего регистра, третьи входы каждой пары элементов ЗИ-2ИЛИ соединены с прямым и

517772

инверсным выходами последующего триггера сдвигающего регистра, выходы элементов ЗИ-2ИЛИ использованы как выходы формирователя узких импульсов, вход Фазового детектора подключен к прямому выходу одного из триггеров сдвигающего регистра.

Кроме того, корректирующий блок

выполнен в виде последовательно вклю

ценных элемента УЛ и формирователя импульсов.

На фиг.1 представлена структурная схема многоканального устройства для управления вентильным преобразовате- лем; на фиг.2 представлена диаграмма работы узлов устройства для управления вентильным преобразователем, где:

а - фильтрованное синусоидальное напряжение на выходе активного фильтра 2;

б - выходные импульсы управляющего генератора k;

в, ж - выходные импульсы сдвигаю- щего регистра;

з, м - выходные фазные синхронизирующие импульсы на выходе формирователя узких синхронизирующих импульсов 13.

Устройство состоит из последовательно соединенных блока синхронизации с сетью 1, фазового детектора 2, фильтра низких частот 3, управляемого генератора 4, делителя частоты 5, блока системы управления 6. а так же корректирующего устройства 7, состоящего их схемы ЗИ В, формирователя импульсов 9, вход которого соединен с выходом схемы ЗИ 8, делитель частоты 5 выполнен в виде кольцевого сдвигающего регистра с 1К-триггера- ми 10 - 12; формирователь узких синхроимпульсов 13 состоит из трех схем ЗИ-2ИЛИ, на входы которых подаются импульсы управляемого генератора k и попарно соответствующие соседние прямые и инверсные выходы фазных триггеров сдвигающего регистр а выходы соединены с блоком управле- ния 6.

Устройство выполнено на известных элементах.

Блок синхронизации с сетью 1 обычно состоит из последовательно соединенных согласующего разделительного трансформатора, активного фильтра, нуль-органа в случае, если фазовый детектор 2 является цифровым. В слу

10

д

20

25

0

0

5

5

166

чаг выполнения фазового детектора 2 в виде фазочувсувительного выпрямителя (см.Терехов В.И. Элементы автоматизированного электропривода. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 1б9) блок синхронизации с сетью 1 будет состоять из согласующего трансформатора. Фазовый детектор 2 может быть выполнен в виде фэзочувствитель- ного выпрямителя типа 1 (цифровой по схеме ИСКЛ.ИЛИ или аналоговый на операционном усилителе по схеме Нортона типа LM3900) или типа 2 - цифровой, срабатывающий по фронтам. В качестве фильтра низких частот 3 используются обычно интегрирующие RC-цепочки. Управляемый генератор Ь может быть любой - типа преобразователя напряжения - частота чаще всего на операционных усилителях. Кольцевой -сдвигающий регистр на 1К-тригге- рах 10 - 12, логические схемы И, И-ИЛИ могут быть построены на логических интегральных схемах любой из серий 1(155, К5&1, К511 и т.д. Формирователь импульсов 9 чаще всего представляет собой одновибратор на логической интегральной схеме. Блок системы управления 6 представляет собой многоканальную систему импульсно-фа- зового управления вертикального или горизонтального типа.

Устройство работает следующим образом.

Однофазное синусоидальное напряжение, прошедшее через согласующий трансформатор, фильтруется от коммутационных искажений, провалов, искажений формы активным, например, полосовым, фильтром. Далее с помощью нуль-органа выделяются моменты перехода через нуль неискаженного синусоидального напряжения. В случае использования в качестве фазового детектора фазочувствительного выпрямителя, а в качестве блока синхронизации с сетью 1 только согласующего трансформатора выбирать искажения синусоидального входного напряжения будет фазовый детектор 2 и фильтр низкой -частоты 3i Полученное прямоугольное напряжение со скважностью 2 подается на фазовый детектор 2. Для получения .минимальной асимметрии система уп- равления за счёт схемы синхронизации в многоканальной системе управления прямоугольное однофазное синхронизирующее напряжение умножается на

6 с помощью кольца Фазовой автотд- стройки частоты (ФАПЧ), состоящего из фазового детектора 2, фильтра низких чагтот 3, управляемого генерато- pa I+ и делителя частоты 5. Для возможности отслеживания за изменением фазы сетевого напряжения частота управляемого генератора k делится на 6 с помощью кольцевого сдвигающего регистра на 1К-триггерах 10-12. При отсутствии фазового рассогласования между прямоугольным синхронизирующим напряжением и напряжением обратной связи, т.е. когда фазовый сдвиг между входными сигналами фазового детектора 2 равен 90 эл.град., напряжение на выходе фильтра низких частот 3 равно О и управляемый генератор А выдает частоту на выходе 300 Гц (при 50 Гц частоте сети). Когда фазовое рассогласование увеличивается (90 эл. град. то ли за счет колебаний фазы частоты сети, то ли за счет нестабильности1 частоты управляемого генератора 4 (в диапазоне температур), фильтрованное выходное напряжение на выходе фильтра низких частот 3 становится отрицательным, импульсы управляемого генератора k смещаются по фазе, что приводит к смещению по фазе импульсов делителя частоты и фазовый детектор 2 отрабатывает этот сигнал ошибки. При фазовом сдвиге Ј 90 эл.град. выходное напряжение фильтра низких частот 3 положительно и частота управляемого генератора k увеличивается. Устойчивая работа фазовой автоподстройки частоты будет обеспечиваться в полосе захвата, которая определяется постоянными времени RC-цепей фазовой автоподстройки частоты, типом фазового детектора.

Кольцо фазовой автоподстройки частоты превращает таким образом однофазное прямоугольное синхронизирующее напряжение в трехфазное прямоугольное прямое и инверсное напряжение, точно отслеживающее колебания частоты сети (в пределах полосы захвата). Фазные синхронизирующие для полуфаз СИФу напряжения снимаются с прямого и инверсного выходов триггеров сдвигающего регистра. Сдвигающий регистр за счет обратной связи формирует на выходе прямоугольные напряжения длительностью 180 эл.град..сдвинутые друг относительно друга на 120 эл. град. (см.

фиг. 2з-2ж). Предполагается, что ТК-триггера срабатывают по заднему фронту выходных импульсов управляемого генератора (фиг.2(э). Если при включении питания триггера устанавливаются в состояние, например 101, то кольцевой регистр работает правильно, последовательно проходя через состояния 001, 011, 010, 110, 100, 101. Если при включении питания или в результате помех триггера установятся в состояние 111 или 000, сдвигающий регистр будет работать неправильно. Для обеспечения его нормальной работы в этом случае и введено корректирующее устройство 7, в котором при установке триггеров в состояние 000, на выходе схемы ЗИ 8 образуется скачок напряжения с О в 1, от которого с помощью формирователя импульсов 9 образуется короткий импульс, устанавливающий по входу S триггер IK 11 в состояние 1. Образовавшаяся комбинация состояния триггеров 010 далее способствует нормальной работе кольцевого регистра. Аналогично восстанавливается нормальная работоспособность регистра и при образовании комбинации 111, только на входе схемы ЗИ 8 необходимо подавать прямые выходы триггеров. Использование пересчетной схемы в качестве делителя частоты 5 позволяет сформировать узкие синхронизирующие импульсы, например, для обнуления отрабатывающих заданный угол фазных счетчиков в случае применения горизонтального типа СИФу, посредством схем совпадения из узких импульсов управляемого генератора 4 шестикратной сетевой частоты и широких синхронизирующих импульсов кольцевого регистра, что и сделано с помощью схем ЗИ-2ИЛИ Й-16, согласно рис.2з, 2л, 2м. В противном случае для формирования узких синхроимпульсов из широких пришлось бы дифференцировать передние и задние фронты фазных импульсов, а потом суммировать их. Образованные широкие и узкие импульсы синхронизации далее подаются на блок управления 6, например многоканальное СМФу горизонтального типа.

Технико-экономические преимущества видны в сравнении с прототипом. Предложенное устройство позволяет:

уменьшить асимметрию управляющих импульсов многоканальной СИФу, которая могла образоваться при использовании для каждой фазы индивидуальных активного фильтра и нуль-органа при их работе в диапазоне температур например, -AG - +40°С за счет температурных изменений величины емкостей, что привело бы к фазовому сдвигу. Это достигается посредством умножения частоты сети в 6 раз с по- мошью кольца ФАПЧ и использованием для непосредственного формирования трехфазных широких синхроимпульсов кольцевого сдвигающего регистра с перекрестными связями, который одновременно используется и как делитель частоты для подачи сигнала обратной связи на фазовый детектор 2. Формирование узких синхроимпульсов с помощью схем ЗИ-2ИЛИ служит для той же цели;

упростить систему управления за счет использования для многоканальной сети однофазного трансформатора синхронизации, одного активного фильтра и нуль-органа вместо трех (кольцо ФАПЧ усложняет схему незначительно, так как можно использовать микросхему 5бчГИ), формирования узких синхроимпульсов из импульсов управляемого генератора (вместо дифференцирования фронтов широких импульсов и последующего их суммирования);

улучшить помехоустойчивости пос- редством использования для трехфазной системы одного активного фильтра, имеющего меньшую фазовую погрешность, температурную стабильность которого можно себе позволить повысить:

повысить надежность системы управления посредством введения блока коррекции, который автоматически восстанавливает нормальную работу сдвигающего регистра при сбоях из-за помех или при включении (например, при использовании серии К511).

Испытания устройства в составе электропривода с макетным образцом тиристорного выпрямителя ТЛЕ 200/460 с имитацией искажений сети подтвердили, что цель предлагаемого технического решения достигается; При испытании системы управления в диапазоне температур - +4С°Сс фазными активными полосовыми фильтрами и многоканальной СИФУ максимальная междуфазная асимметрия составляла 6 эл.град. В случае использования

0

в качестве системы синхронизации предлагаемого технического POLVHMP междуфазная асимметрия обнаружена не была, наблюдалось лишь незначительное смещение углов, системы управления относительно силового напряжения порядка 1 эл.град., которое выбиралось системой регулирования.

Формула изобретения

5

0

С

1. Многоканальное устройство для управления вентильным преобразователем,-- содержащее блок синхронизации с сетью, формирователь узких импульсов и формирователь широких импульсов, выходами подключенные соответственно к входам определения полуволн соответствующих фаз и входам определения моментов перехода через ноль соответствующих фаз блока им- пульсно-фазового управления, отличающееся тем, что, с целью уменьшения асимметрии управляющих импульсов и повышения помехоустойчивости, оно снабжено последовательно соединенными фазовым детектором, фильтром низких частот и управляемым генератором, формирователь широких импульсов выполнен в виде кольцевого сдвигающего регисто- ра с перекрестными связями и корректирующего блока, входами соединенного с выходами триггера сдвигающего регистра, выходом - с установочным входом одного из триггеров сдвигающего регистра, выходы триггеров сдвигающего регистра использованы как выходы формирователя широких импульсов, тактовые входы триггеров сдвигающего регистра подключены к выходу управляемого генератора, формирователь узких синхронизирующих

5 импульсов выполнен в виде трех пар элементов ЗИ-2ИЛИ, причем первый вход каждого элемента ЗИ соединен с выходом управляемого генератора, вторые входы элементов ЗИ-2ИЛИ каждой

Q пары соединены с прямым и инверсным выходами соответствующего триггера сдвигающего регистра, третьи входы каждой пары элементов ЗИ-2ИЛИ соединены с прямым и инверсным выходами . последующего триггера сдвигающего регистра, выходы элементов ЗИ-2ИЛИ использованы как выходы формирователя узких импульсов, вход фазового детектора подключен к прямому выходу

5

С

5

одного из триггеров сдвигающего регистра.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что корректирующий (

блок выполнен в виде последовательно включенных элемента ЗИ и формирователя импульсов.

Сущность изобретения: устройство для управления вентильным преооразо- вателем содержит блок синхронизации с сетью (1), фазовый детектор (2), фильтр низких частот (3), управляемый генератор (4), делитель частоты

Фиг Л

f)

3П П П

4)L

,- v

JL

9b

П П.. П П(U

Q