Цифровое устройство одноканального фазового управления вентильным преобразователем Советский патент 1979 года по МПК H02P13/16 

(54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОКАНАЛЬНОГО ФАЗОВОГО , УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

Наиболее близким к изобреГеГгийте иичес- : КИМ ращением является устройство, содержащее блок формирбвания импульсов синхронизации, подключенный к источнику переменного напряжения питания преобразователя, два5 фазосдвигающих блока, выполненных из общего блока формирования управляющего коДа Подк йчённого к источнику управляющего сигнала, и блока формирования опорного кода, содержащего генератор опорной частоты и ю счетчик импульсов, при соединенных к блоку сравнения кодов, а также распределитель импульсов и блок усилителей-формирователей, подключенный выходами к управляющим входам деталей вентилей преобразователя 3. Не- 15 достатками этого устройства являются ограниченный диапазон изменения угла управления (О- 20°), инерционность, сложность (применено два фазосдвигающих блока) и ргранйчейные функциеййльные возможности. 20

Цель изобретения - повыщение быстродействия и точности устройства; расШй{ еййё ;5иапазона его работы и функциональных возмо - .; ностей; Это достигается тем, что предлагаемое цифровое устройство для одноканального фазо- 25 вогО управления вентилБным преобр1зЬ1&а1елем, содержащее блок формирования импульсов синхронизации, подключенный первымвходОмк ИЬтЬчйййу переменного напряжения питания преобразователя, фазосдвигающий блой, состоя- 30 Щий из блока формирования управляющего кода, подключенного входом к источнику управляющего сигнала, и блока формирования опорного кода, присоединеннЬ х выходами к блоку сравйёййй кодов, и fйкже распределитель импуль- з5 сов и блок усилителей-формирователей, подключенный выходами к управляющим входам вентилей преобразователя, и задатчик режима работы преобразователя, снабжено блоком выбора режима запуска и группой, ключей,-фазссдви- 40 гающий блок снабжен блоком ШЧа)1ЬНь1Х уставок на блоке выбора уставок .-и запоминающем устройстве, а блок формирования onOpiHoro ко йШШненйа реверсивном счетчике и генераторе опорной частоты, причем выход блока 45 формирования имйулЬсов синхронизации подключен к первому входу блока выбора режима запуска, второй вход которого подключен к выходу блока фавнёйия кодОв, выход задатчика режима работы преобразователя подключен so ко п торому входу блока формирования импульсов синхронизации, первому входу блока йа 18ИЬШх уставок и зйаковому входу реверсивйОго счетчика, первый выход блока выбора режима запуска подключен к третьему входу бло- 55 ка фбрййрОвания импульсов синхронизации, второй выход - ко второму входу блЪШйачаль- йых уставок, третий вь1ход - к запуШающему

Ч-fвх6ду рёвёрс1йвй6гбс: етчйка и входу распределителя импульсов, выходы которого подключены к четвертому входу блока формирования импульсов синхронизации и входам управления группы ключей, импульснь1е входы которых подключены к выходу блока сравнения кодов, а выходы - к входам блока усИлителей-формирователей, выход же блока начальных уставок подключен к установочному входу реверсивного счетчика.

Для линеаризации выходной характеристики преобразователя фазосдвигающий блок снабжен дещифратором, подключенным к выходам разрядов реверсивного счетчика, и блоком лине риэацнИ, состояншм йз управляемого дёлителя частоты, запоминающего устройства и.блока выбора коэффициента деления, причем сигнальный вход управляемого делителя частоты подключен к выходу генератора опорной частоты, а выход к счетному входу реверсивйого счетчика, установочные входы управляемого дёййтеля частоты подключены к выходам запоминающего устройства, управляющие входы которого подключены к выхоДам блока выбора коэффициента деления, входы которого подключены к первому выходу дещифратОра, четвертому выходу блока выбора режима запуска и выходу задатчика режима работы преобразователя.

Для ограничения углов управления по максимуму и минимуму фазосдвигающий блок снабжен блОкоМ Ограничения, подключенным первым входом к выходу блока сравнения кодов, вторым входом ко второму выходу дешйфра 6раГ третьйм входом ко второму выходу блока выборареясйма запуска и четвертым входом к выходу задатчика режима работы преобразователя, а выход блока ограничения подключёй к йМйульСйЫМ входам группы ключей и второму входу блока выбора режима запуска.

Для компейсации ошибки От изменения частоты Питающего преобразователь напряжейня фазосдвйгающйй блок снабжен умножителем частоты на постоянный коэффициент, подключенIHbiM первым входом к пятому выходу блока выбора режима запуска, вторым входом к выходу генератора опорной частоты, а выходом к счетйому входу реверсивного счетчика.

На чертеже дайа блок-схема предложенйого устройства.

Устройство содержит блок формирования Импульсов синхронизации, блок 2 выбора режима запуска, фазосдвигающий блок 3, распределитель 4 импульсов, группу ключей 5 и блок 6 усилителей-формирователей. Блок 1 формирования ЙЙйуль ОВ синхронизации включает в себя коммутатор 7 и нуль-орган 8. Фазосдвигающий блок 3 состоит из блока 9 формирования управляющего кода, блока 10 формирования .опорного кода, блока 11 сравнения кодов, блоКЗ 12 начальных уставок, блока 13 ограничения, блока 14 линеаризации, умножителя 15 частоты и дешифратора 16, Блок формирования опорного кода выполнен на реверсивном счетчике 17, включающем блок управления им, и генераторе 18 опорной частоты. Блок линеаризации состоит из блока 19 выбора коэффициента деления,/запоминающего устройства 20 и управляемого делителя 21 частоты. Блок начальных уставок выполнен на блоке 22 выбора уставок и запоминающем устройстве 23.

Коммутатор 7 имеет выходы 24 и 25, задатчик режима работы преобразователя - выход

26,источник управлтбщего сигнала - выход

27.Блок 2 .выбора режима запуску имеет выходы 28-32, реверсивный счетчик 17 - выходы - 33 и 34, дешифратор - выходы 35 и 36, а блок 6 усилителей-формирователей - выходы 37.

Входы А, В, С, О блока 1 подключены к фазам и нулю питающего преобразователь переменного трехфазного напряжения. Выходы 24 и 25 коммутатора 7 подключены к входам нуль-органа 8. Выход 26 задатчика режима работы преобразователя подключен к управляюим входам коммутатора 7, блоков 2, 13, 19, 22 и знаковому входу реверсивного счетчика 17. Выход 27 источника- управлянпцего сигнала подключен к входу блока 9 формирования управляющего кода. Выходы блока 2 выбора режима запуска подключень следующим образом: выход 28, на котором форыгируется признак задержанного запуска, подключен к входу коммутатора 7; выход 29, на котором формируется признак режима запуска, подключен к входам, блоков 13 и 22; выход 30, на котором формируется последовательность импульсов с частотой следования i Stg ( частота питающей сети), подключен к входу умножителя 15; выход 31, на котЬром формируется импульс режима запуска, подключен к входу блока 19; выход 32)/на котором формируется импульс момента запуска, подключен к входу распределителя 4, запускающему входу реверсивного счетчика 17 и управляющему входу блока 13 ограничения, Вь1х6дЫ разрядов реверсивного Счетчика 17 по выходу 33 подключеШ) к входу блока 11 сравнения, кодов, а по В1.1ХОДУ 34 - к входу дещифратора 16, выход 35 которого подключен к входу блока 19, а выход 36 - к входу блока 13. Вьгходь 37 блока 6 усилителей-формирователей йодключены к управляющим входам вентилей преобразователя. Выход блока 1 подключен к одному сигнальному входу блока 2 выбора режима запуска,к другому входу которого подключен выход блока И сравнения кодов непсюредственно или через блок 13 при необходимости ограничения углов управления. Выхощ. распределителя 4 импульсов подключены к третьему входу коммутатора 7 и управляющим входам группы ключей 5, импульсные входы которых подключены к выходу блока II через блок 13, а выходы - к входам блока 6 усилителей-формирователей. Выходы блока 22 выбора уставок подключены к управляющим входам запоминающего устройства 23, кодовые выходы которого подключень к установочному входу реверсивного счетчика 17, к счетному входу которого подключен генератор 18 опорной частоты. При линеаризации выходной характеристики преобразователя между выходом генератора

18и входом реверсивного счетчика 17 устанавливается управляемый делитель частоть 21, установочные ходы которого подключены к запоминающему устройству 20, управляющие входь которого подключены к выходам блока

19выбора коэффициента деления. Для компенсации ошибки от изменения частоты питающей

сети между выходом генератора 18 и входом счетчика 17 (через управляемый делитель частоты при линеаризации) устанавливается умножитель 15 частоты на постоянный коэффициент.

Устройство работает следующим образо.м.

Угол управления а устройства может-меняться в поддиапазонах О- -w- и -Ф , соответственно, вьшрями.тельном if инверторном режимах работы 1феобразователя, признаки которых формируются либо задатчиком режима работы преобразователя, либо; спедаальным датчиком, связанным с управляющим сигналом юш каким-нибудь параметром преобразователя. Каждый вентиль преобразователя должен.

быть включен в момент . , где t момент его ectecTBeHirpro включения. Момент действительного включения определяется в канале сдвига, нормальный запуск которого происходат в вьшрямительном режиме в момет

to и в ттерторном режиме в момент -j , а величина сдаига равна, соответственно, а и .

При с1 или cL Y -j- (в инвертор-, Вом режиме) момент действительного включения предьздущего вентиля наступает позже момента нормального- запуска канала сдвига следующего вентштя и он запускается с задержкой ш . Щ , т.е. в момент 1 -g- (ил ® случае сдвиг выполняется на величину ot - ( %- ). Таким образом, при изменении угла управлений/в

ЙГ- игfS St

поддиапазонах 0 flL4f,f о. :| , « 4A4fit канал сдвига запускается в момейты времени, собтветственно,,, к и работает в одном из четырех режимов, формн- . руя сданг, соответственно, на величину а ,оС-

-1

В блоке 1, состоящем из коммутатора 7 и нуль-органа 8, из трехфазного напряжения шпга, ния преобразователя формируются импульсы синхронизации в моменты to)Vf eI в зависимости от признака режима работы преобразователя (на входе 26) и признака режима запуска (на входе 28). Для .каждого вентиля по признаку его работы, поступающему от распределителя 4 импульсов, в коммутаторе 7 выбираются два входа напряжения питания, совпадение значений на которых (Ufl 0 или ) соответствует моменту запуска канала сдвига в заданном режиме. На выходе нуль-органа 8 формируется последовательйость импульсов синхронизадии. В блоке 2 выбора режима, запуска подготавливается нормаль ный или задержанный запуск сдвига. На осноне логического сигнала последовательности поступления во времени импульсов синхрониза1щи с выхода блока 1 и импульсов управле,ния с выхода блока 3 на выходах блока 2 формируются сигналы и признаки рехсимов запуска,, управляюп ие работой блоков 1, 3 и 4. Импульсы на выходе 32 блока 2 запускают канал сдвига и переключают распределитель 4, выходами которого в группе ключей 5 подготавливается ключ, соответствующий включаемому вентилю, а в коммутаторе 7 выбираются входы питающего напряжения, соответствую щие следующему вентилю. На выход 28 блока 2 при этом вьодается признак нормального запуска и в блоке 1 подготавливается формирование синхроимпульса в момент нормального запуска канала сдвига для следующего веатиля (в момент to при выпрямительном режиме и tg 5 гфи инверторном). Если до этого момента появится импульс управления на выходе блока 13, то сформированный в блоке 1 импуЯьс используется Для нормального запус ка и он проходит на выход 32 блока 2. Если же Импульс управления появится позже момен та естественного включения следующего вентиля, то импульс „синхронизации в блоке 2 формирует на выходе 28 признак задержанного за пуска, по которому в блоке 1 через - фор мируется импульс синхронизации, пропускаемы в блоке 2 на выход 32. Производится задержа ный запуск канала сдвига. В блоке 3 осуществляется СДВИГ запускающего импульса в зависилсости от управляющего сигнала и режима работьг канала сдвига на величину а, ok- , ( jE или dl-sSF. Запускающим импульсом вклю|чается блок 10 форгиирования опорного кода с реверсивным счетчиком 17. На схеме не показан блок управления счетчиком, который по импульсу запуска обеспечивает До начала счета занесение в счетчик установочного кода, выбранного в запоминающем устройстве 23 в соответствии с режимом работы канала «даига. В ВБШрямитеЯьйбм 1«жй1йе ytipatuiH.-:

8 ющий сигнал при а О имеет максимальное значение и с увеличением а уменьщается, в инверторном же режиме управляемый сигнал увеличивается с О при оС а . Соответственно, в счетчике 17 импульсы генератора 18 суммируются с установочным кодом в инверторном режиме и вычитаются из него в выпрямительном режиме работы преобразователя. Установка режима работы реверсивного счетчика производится сигналом на входе 26 от задатчика режима работы преобразователя. В реверсивном счетчике 17 начинает формироваться опорный код, который непрерывно сравнивается в блоке 11 с управляющим кодом, формируемым в блоке 9, который представляет собой аналого-цифровой преобразователь напряжение код, если это частота следования импульсов, то блок 9 представляет собой быстродействзтощий частотомер мгновенных значений частоты (в каждом периоде вхощгого сигнала). Если в системе применяется цифровой регулятор с кодовым выходом, то блок 9 не . используется, а сигнал управления в виде кода поступает непосредственно в блок 11 сравнения. В момент совпадения сравниваемых кодов на выходе блрка 11 формируется сигнал управления, который поступает на один из входов блока 2 и через открытый ключ в группе 5 на усилитель-формирователь блока 6, с выхода которого импульс управления поступает на управляющий вход соответствующего вентиля преобразователя, открывая его. В зависимости от режима работы в реверсивный счетчик устанавливается различный начальный код. В первом режиме работь канала сдвига в момент запуска из запоминающего устройства 23 блока 12 начальных yctaaoK в счетчик 17 вводится начальное значение опорного кода максимальной величины N цкс Во втором режиме работы в счетчик 17 вводится начальный опорный код, соответствующий предварительному сдвигу из -g и равный при линейном изменении опорного кода или н1..0,81Н..„.,- при косинусоидальном изме MLf rjUW-.., Нении опорного кода. В третьем режиме работы (инверторном) в счетчик устанавливается нулевой код Я О, соответствующий предварительному сдвигу на . В четвертом режиме работы в счетчик устанавливается началь. ньш код, соответствующий сдвигу на и равный ° | f макс Р линейном изменении опорного Сигнала или М.угт1 мокс Р синусоидальном . сигнале. Выбор начального опорного кода производится в блоке 22 по сигналу с выхода 26 задатчика режима работы преобразрвателя я сигналу с выхода 29 блока 2 выбора режима запуска. На выходе блока 22 формируется управляющий сигнал, по которому в запоминающем устройстве 23 В)1бирается соответ ствующий устапово 1ый код, который в моме запуска переносится в очищенный счетчик 17. ли необходимо линеаризировать выходную хар теристику преобразователя, то опорный код до жен в выпрямителыюм режиме изменяться по косинусоидальному закону, а в иНверторном режиме - по синусоидальному. Требуемый эа кон изменения опорного кода обеспечивается при помощи блока 14 линеаризации, включенн го на счетном входе счётчика 17, в котором производится кусочно-линейная аппроксимация косинусоидальной и синусоидальной зависимос тей. Аппроксимация осуществляется путем изменения угла наклона характеристики опорного кода в узловых точках при помощи управляемого делителя 21 частоты. В зависимости о признака режима работы преобразователя на входе 26 и признака режима запуска на входе 31 при достижении опорным кодом величины, соответствующей узловой точке, на выходе 35 дешифратора 16 формируется сигнал, по которому в блоке 19 формируется сигнал управ1ления, выбирающий из запоминающего устройства 20 новое значение коэффидиента деления делителя 21. Частота следования импульсов на выходе делителя меняется и соответственно изменяется скорость изменения кода в счетчике 17. Для формирования косштусовдальной и скнусовдальной зависимостей с достаточной точностью обычно бывает достаточно 3-4 аппроксимирующих участков. Если необходимо ограничить углы уцравления по максимуму и минимуму, то на выходе блока 11 сравнения кодов устанавливается логический блок 13 ограничения, в котором момент формирования управляющего импульса сравнивается с моментами, соответствующими граничным значениям угла управления, получаемым с выхода 36 дешифратора 16. Если им пульс управления формируется. раньше импульса, соответствующего оСщи , то на выходе блока 13 формируется импульс управления в момент-, соответствующий углу . . Если импульс управления формируется после импульса, соответствующего оС„ .,„, то на выходе блока 13 формируется импульс управления в момент, соответствующий углуоС Измёнение частоты питающей преобразователь сети увеличивает погреипГость сдвига по фазе, так как величины начальных уставок опорных кодов выбираются из расчета i, con&t. Поэтому для коррекции ощибки от изменения час тоты сети необходимо изменять частоту импуль сов генератора 18 в соответствии с изменением частоты сети: Тогда изменяется фазовая дискретность, кода, формируемого в счетчике 17, пропорционально изменению фазы питающего напряжения. Лчя этого на выходе генератора 18 опорной частоты устанавливают умножитель 15 частоты, на сигнальный вход которого поступают с выхода 30 блока 2 импульсы с часто,тойследования 6{. . Эти импульсы умножаются в блоке 15 на постоянный коэффициент К 1 , выбираемый в зависимости от требуемой дискретности опорного кода в счетчике 17. Частота t генератора 18 является промежуточной. Умножитель 15 может быть выполнен, например, на управляемом делителе частоты, в котором частота i делится на переменный код N.-5 .Т{, , формируемый в управляющем счетчике через каждый период частоты Sfg путем заполнения его импульсами частоты i (где / - коэффициент деления неуправляемого делителя). Тогда на выходе управляемого делителя частоты формируется частота щ. ЬК1(, пропорциональная частоте сети. Применение умножителя позволяет использовать предлагаемое устройство в системах с переменной частотой питающей сети, например в тиристорных преобразователях частоты. Изобретение позволяет за счет выбора разных режимов работы канала сдвига в зависи,мости от поддиапазона изменения угла управления использовать один фазосдвигающий блок для uJtHpoKoro диапазона (О - flt ) изменения угла управления. в многофазном вентильном преобразователе и построить устройство на цифровых элементах, например интегральных микросхемах, обеспечивающих высокую точность его работь. .Использов,ание вертикального принципа управления и отсутствие инерционности в формировании заданного сдвига обеспечивают высокое быстродействие с частотой пропускания, равной граничной для вентильного преобразователя. Благодаря управлению работой коммутатора формирователя импульсов синхронизации признаками режима работы преобразователя, режима запуска и работы одного из каналов управления вентилями обеспечивается высокая надежность работы устройства и упрощается блок формирования, так как в нем используется один нуль-орган. Структура устройства позволяет расширить его функциональные возможности. Применение блока линеаризации и дешифратора позволяет линеаризировать выходную характеристику преобразователя. . Применение блока ограничения позволяет огранишвать УГЛЫ управления по максимуму и минимуму, а применеше умножителя частоты питающей сети - компенсировать ощибку от ее изменения. Формула изобретения 1. Цифровое устройство для одноканальногй фазового управления вентильным преобразователем, содержащее блок формирования импульсов сйнхрЬнйзадаи, подключенный первым входом к выходу для подключения к источнику переменного напряжения питания преобразЬвателя, фазосдвигаюишй блок, состоящий из блока формирования управляющего кода, подклю Чешш-о йходьм к источнику управляющего сигнала, и блока формирования onopHoi;o кода, присоединенных выходами к блоку сравнения кодов, а также распределитель импульсов и блок усилителей-формирователей, подключенный выходами к управляющим входам вентилей преобразователя, и задатчик режима работы 1феобразователя, о т л и ч а ю щ е ее я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, расщирения диапазона работы и функциональных возможностей, оно снабжено блоком выбора режима запуска и группой клю чей, фазосдвигающий блок снабжен блоком начальных уставок на блоке выбора уставок и запоминающем устройстве, а блок формйррваййя опорного кода выполнен на реверсивном счетчике и генераторе опорной частоты, причем выход блока формкрЬванйя импульсов синхронизации подключен к первому входу блока выбора режима запуска, второй вХбД ко торого подключен к выходу блока сравнения кодов, выход задатчика режима работы преобразователя подключен ко второму входу блока (Ования импу)гьсов синхронизации, перво,.;му входу блока начальных уставок и зн ковоMy входу реверсивного счетчика, первый выход блока выбора режима запуска подключен к третьему входу блока форМйров1айия импульсов синхронизации, второй выход - ко второму входу блока начальных уставок, третий вы™ Хвд-Т8Г запускающему входу реверсивного сче .,ij-.y...,выхо ды которого подключены к четвертому входу блока формирования импульсов синхронизации и входам управления группы ключей, импульсные входы которых подключены к выходу бло ка: Сравнения кодов, а выходы к ВХСПйМ блока усилителей-формирователей, в ь1хдд же блока начальных уставок подключен к устанОВОЧНОМу входу реверсивного счетчика. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью лйнеарйзагйш въгходной характеристики преобразователя, фШбсдвигающйй блок снабжен дещифрато рЭК, йЬДкЯЮqeMbMk вькОдам рйрдаов реверсишргр счет чика, и блоком линеаризации, состоящим из управляемого делителя частоты, запоминающего устройства и бЛока выбора коэффициента деления, причем сигнальный вход управляемого делителя Частоты подключен к выходу генератора опорной частоты, а выход - к счетному входу реверсивного счетчика, установочные ВХОДЫ уирмпяемогО делителя частоты подключены к выходам запоминающего устройства, упратвляющйе ТбхоДы которого подключены к выходам блока выбора коэффициента деления, входы которого подключены к первому выходу дешифратора, четвертому выходу блока выбора режима запуска и выходу задатчика режима работы преобразователя. 3.Устройство по п. 1, о. т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью ограничения углов управления по максимуму и минимуму, фазосдвнгающийся ёлбк снабжен блоком otpaнйчeния, подключешым первым входом к выходу блока сравнения кодов, вторым входом ко второму выходу дешифратора, третьим входом ко второму выходу блока выбора режима запуска и четвертЬШ вводом к выходу задатчйка режима работы гфеобразователя, а выход блока Ограничения подключей к ймпульс1п ш входам группы ключей и второму входу блока выбора реяшма запуска. 4.Устройство по п. 1, Q т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью .компенсации оишбКй от изменения частоты питающего преобразователь напряжения, фазосдвигающий блок снабжен умножителем частоты на постоянный козффицйент, подключенным первьш входом к пятому выходу блока выбора режима запуска, BtopblM входом к выходу генератора, опорной ТОШ, а выходом к счетному входу pieBepeHBMOio счетчика. Источники информгщии, принятые во внимание при зкспертйзе 1.Анхинюк В. Л, Одноканальная система уйрайпенйя с ишроким диапазоном угла зажигания. ЭлектрЬтехнйка, № 11, 1970, с. 8-10. 2.Обухов С. Г., Бйзйков В. А. Цифровая система $т1равлеНия преобразователем частоты с непосредственной связью. Труды МЭИ, ПроМышлевдая электротехника, вып. 91, 1971, с. 31. .- 3.Сипшк Н, X., Шурупов Г. Н. Силовые кремневьте вентильные блоки. Энергия , 1972, с. 29-38.