Устройство для управленияТиРиСТОРНыМ АВТОНОМНыМ иНВЕРТОРОМ Советский патент 1981 года по МПК H02P13/18 

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к устройствам управления тиристорным автономным инвертором, содержащим выходной трансформатор.

Известен статический преобразователь напряжения, содерл ащий инвертор с выходным трансформатором и систему управления, в котором с целью исключения выбросов тока намагничивания выходного трансформатора при последующем включении преобразователя за счет подбора емкостей на входе инвертора и системы управления обеспечивается работа системы управления в течение всего времени разряда конденсатора на входе инвертора П Благодаря этому осуществляется размагничивание сердечника трансформатора при выключении и надежный запуск преобразователя при повторном включении.

Основным недостатком этого преобразователя является необходимость обеспечения безаварийной работы инвертора при изменяющемся входном напряжении за счет разряда входной емкости от величины входного напряжения до нуля. В результате, при срыве инвертирования трансформатор не размагничен и будет иметь определенное значение магнитной индукции, что при последующем включении может привести к насыщению трансформатора и резкому выбросу тока намагничивания, что, в свою очередь, приведет к последующему срыву инвертирования.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для управления тиристорным автономным инвертором, содержащее последовательно включенные задающий генератор, делитель частоты, пересчетный элемент, дешифратор, а также формирователь импульсов управления, счетчик импульсов, блок сравнения, реверсивный счетчик и блок управления 2.

Недостатком такого устройства является то, что оно не обеспечивает регулирования выходного напряжения инвертора от номинального значения до нуля и наоборот, как при включении, так и выключении инвертора.

Цель изобретения - обеспечение высоконадежного запуска при повторных включениях.

Указанная цель достигается тем, что устройство для управления тиристорным

автономным инвертором с выходным трансформатором дополнительно снабжено двумя формирователями переднего фронта, тремя триггерами, блоком задержки, двумя элементами И, двумя элементами ИЛИ,

формирователем заднего фронта, дещифратором подготовки к следующему счету и дешифратором минимально допустимого рабочего состояния реверсивного счетчика, причем вход первого формирователя переднего фронта подключен к выходу дешифратора нулевого состояния реверсивного счетчика, управляющий S-вход первого триггера которого подключен к управляющей тине, первый управляющий R-вход которого подключен к шине установки исходного состояния, а второй управляющий R-вход подключен к выходу первого формирователя переднего фронта, вход второго формирователя переднего фронта подключен к выходу делителя частоты, первый вход первого дополнительного элемента И соединен с выходом второго формирователя переднего фронта, второй вход первого дополнительного элемента Н подключен к выходу первого триггера, а выход соединен с пересчетным элементом и импульсным входом реверсивного счетчика, вход блока задержки подключен к выходу первого дополнительного элемента И, ,8-вход второго триггера подключен к выходу блока задержки, второй управляющий R-вход второго триггера подключен к шине установки исходного состояния, S-вход третьего триггера подключен к выходу первого дополнительного элемента И, первый управляющий R-вход третьего триггера подключен к шине установки исходного состояния, второй управляющий R-вход - к выходу блока сравнения, а выход подключен к первому входу дешифратора, второй вход второго дополнительного элемента И соединен с выходом второго триггера, выход соединен с импульсным входом счетчика, вход формирователя заднего фронта подключен к выходу задающего генератора, а выход соединен с первым входом второго дополнительного элемента И, вход дешифратора подготовки к следующему счету соединен с выходом счетчика, а выход подключен к первому управляющему R-входу второго триггера, первый вход первого элемента ИЛИ подключен к выходу дешифратора подготовки к следующему счету, второй вход - к шине установки исходного состояния, а выход соединен с управляющим R-входом счетчика, вход дешифратора минимально-допустимого рабочего состояния реверсивного счетчика подключен к выход} реверсивного счетчика, а выход соединен с инверсным входом третьего элемента И, первый инверсный вход второго элемента ИЛИ соединен с управляющей шиной, второй вход - с выходом третьего элемента И, а выход подключен к первому входу первого элемента И.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для управления тиристорным автономным инвертором с выходным трансформатором; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу отдельных

элементов устройств; на фиг. 3 - то же, но система управления в целом.

Предлагаемое устройство содержит за-дающий генератор 1, формирователь заднего фронта 2, блок управления 3, первый формирователь переднего фронта 4, делитель частоты 5, триггер 6, второй формирователь переднего фронта 7, элементы И 8 и 9, триггер 10, блок задержки 11, элемент И 12, элемент ИЛИ 13, элемент И 14, элемент ИЛИ 15, элемент И 16, триггер 17, счетчик 18, реверсивный счетчик 19, дешифратор подготовки к следующему счету 20, блок сравнения 21, дешифратор нулевого состояния реверсивного счетчика 22, дешифратор максимального состояния реверсивного счетчика 23, дешифратор минимально допустимого рабочего состояния реверсивного счетчика 24, пересчетный элемент 25, дешифратор 26, формирователи импульсов 27, тумблер 28, связанный с управляющей шиной и кнопку 29, связанную с шиной начальной установки.

На диаграммах показаны положительный полупериод частоты 2/, приходящий на формирователь переднего фронта 7 (см. фиг. 2а), выходной импульс формирователя переднего фронта 7 (см. фиг. 26), выходная частота задающего генератора 1 (см. фиг. 2в), импульсы формирователя заднего фронта 2 (см. фиг. 2г), начало формирования выходного импульса триггера 10 (см. фиг. 2д), и начало последовательности входных импульсов счетчика 18 (см. фиг. 2е).

На фиг. 3 показаны включающий импульс от тумблера 28 (см. фиг. За), выходная частота задающего генератора 1 (см. фиг. 36), выходная частота делителя 5 (см. фиг. Зв) и выходные импульсы триггера 17 (см. фиг. Зг).

Принцип работы устройства для управления для случая однофазного инвертора состоит в следующем. Перед включением устройство устанавливается кнопкой 29 в исходное состояние и выходные импульсы управления тиристорами не вырабатываются. При этом триггеры 6, 10, 17, счетчик 18 и реверсивный счетчик 19 находятся в нулевом состоянии. Задающий генератор 1 вырабатывает выходную частоту, например 60/ (где / - выходная частота инвертора), которая поступает на делитель частоты 5 с коэффициентом деления Кд 30 и с него в виде частоты 2/, на формирователь переднего фронта 7.

К моменту включения устройства на суммирующем выходе блока управления 3, которое в случае автоматического управления представляет собой набор всевозможных датчиков напряжения, датчиков тока и т. д., присутствует сигнал, который поступает на второй вход элемента И 12, первый вход которой соединен с управляющей щиной системы управления, третий инверсйый вход соединен с выходом дешифратора максимального состояния реверсивного счетчика 23, а выход - с суммирующим управляющим входом реверсивного счетчика 19, при этом сигнал на выходе дешифратора максимального состояния реверсивного счетчика 23 отсутствует. В момент вк.чючения тумблера 28 (см. фиг. 3) триггер 6 устанавливается в единичное состояние и выходные импульсы формирователя переднего фронта 7 с частотой 2f начнут поступать через элемент И 9 на S-вход триггера 17, пересчетный элемент 25, импульсный вход реверсивного счетчика 19 и линию в задержки 11. При включении на суммирующем управляющем входе реверсивного счетчика 19 появляется сигнал. С появлением первого импульса на выходе элемента И 9 триггера 17 устанавливается в состояние «1, в реверсивный счетчик записывается число «1, и через время тз триггер 10 также установится в состояние «1. Введение блока задержки 11 вызвано синхронностью импульсов формирователя заднего фронта формирователя переднего фронта 7, так как передний фронт частоты 2/ совпадает с задним фронтом частоты 60/ и Б случае отсутствия блока задержки 11 синхронность привела бы к одновременной записи числа «I в счетчик 18 и в реверсивный счетчик 19, а это вызвало бы сбой в работе системы управления. Время Тз определяется выражением: тз0бо/ Тз Teof, где Тз - время задержки; Т3060;- длительность импульса формирователя заднего фронта 2; Тбо; - период частоты 60/. После установки триггера 10 в единичное состояние через элемент И 14 на импульсный вход счетчика 18 (фиг. 2е) начнут поступать импульсы с частотой 60/ от формирователя заднего фронта 2. С приходом первого после установки триггера 10 импульса от формирователя заднего фронта 2 в счетчик 18 будет записана «1, т. е. состояние реверсивного счетчика 19 совпадает с состоянием счетчика 18. На выходе блока сравнения 2Г появится импульс, который сбросит триггер 17 в нулевое состояние, т. е. на выходе триггера 17 будет сформирован сигнал, длительность которого равна одному периоду частоты 60/ (фиг. Зг). Счетчик 18 по-прежнему продолжает считать поступающие на его импульсный вход импульсы от формирователя заднего фронта 2. При выбранном нами соотношении частоты 2/ и 60/ за время, равное одному периоду частоты 2/, в счетчик 18 может поступить тридцать импульсов частоты 60/. С приходом двадцать девятого импульса на выходе дешифратора подготовки к следующему счету 20 появляется импульс, который устанаЬливаёт триггер 10 непосредственно, а счетчик 18 через элемент ИЛИ 15 в нулевое состояние. С приходом второго импульса после включения от элемента И 9 триггер 17 вновь перейдет в состояние «1, в реверсивный счетчик будет записана «2 и через время Тз будет включен триггер 10, который через элемент И 14 на вход счетчика 18 разрешит прохождение импульсов от формирователя заднего фронта 2. После поступления уже двух импульсов на вход счетчика 18 блок сравнения 21 выработаег сигнал, который сбросит триггер 17 в нулевое состояние, т. е. длительность импульса, сформированного на триггере 17, будет равна двум периодам частоты 60/ (см. фиг. Зг). Как и в первом случае, с приходом двадцать девятого импульса дешифратор подготовки к следующему счету 20 выработает импульс, который установит в нулевое состояние триггер 10 и счетчик 18. С приходом третьего, четвертого и т. д. импульсов от элемента И 9 описанный процесс повторяется, при этом длительность импульса, формируемого на триггер 17 равна трем, четырем и т. д. периодам частоты 60/. При достижении номинального режима работы инвертора с выходным трансформатором блок управления 3 снимает сигнал « + и все последующие выходные импульсы триггера 17 по длительности будут соответствовать номинальному режиму работы инвертора с выходным трансформатором. Максимально возможная длительность выходных импульсов триггера 17 определяется максимальным состоянием реверсивного счетчика 19, в нашем случае число «28, которое определяется дешифратором максимального состояния реверсивного счетчика 23. После записи в реверсивном счетчике 19 числа «28 на выходе дешифратора максимального состояния реверсивного счетчика 23 появляется сигнал, который поступает на инверсный вход элемента И 12, при этом на ее выходе сигнал снимается и все поступающие на импульсный вход реверсивного счетчика импульсы частоты 2 им не воспринимаются. Длительность выходных импульсов триггера 17 при этом будет максимальна. При появлении вычитающего сигнала от блока управления 3, он поступает на первый вход элемента И 8 и в случае отсутствия сигнала на втором инверсиом входе элемента И 8 от дешифратора минимально допустимого рабочего состояния реверсивного счетчика 24 поступает на элемент ИЛИ 13, с выхода которого он поступает на первый вход элемента И 16. В случае отсутствия сигнала на втором инверсном входе элемента И 16 от дешифратора нулевого состояния реверсивного счетчика 22 на вычитающем управляющем входе реверсивного счетчика 19 появляется сигнал, и все поступающие на его импульсный вход импульсы будут вычитаться.

При достижении номинального режима работы инвертора с выходным трансформатором блок управления 3 снимает вычитающий сигнал и все последующие выходные импульсы триггера 17 по длительности будут соответствовать поминальному режиму работы инвертора с выходным трансформатором. Минимально возможная длительность выходных импульсов триггера 17 определяется минимальным рабочим состоянием реверсивного счетчика 19, в нашем случае «1, которое фиксируется дешифратором минимально допустимого рабочего состояния реверсивного счетчика 24. При появлении на вы.ходе дешифратора 24 сигнала он поступает на ипверсный вход элемента И 8 и блокирует вычитающий сигнал от блока управления 3, при этом с вычитающего управляющего входа реверсивного счетчика 19 сигнал снимается и на выходе триггера 17 формируются импульсы минимальной длительности, равные, например, одному периоду частоты 60/.

При снятии включающего импульса, при включении тумблера 28 в случае присутствия суммирующего сигнала от блока управления 3 он блокируется и независимо от наличия вычитающего сигнала от блока управления 3 на выходе элемента ИЛИ 13 появляется сигнал, который, проходя элемент И 16, поступает на вычитающий управляющий вход реверсивного счетчика 19. При этом все поступающие на его импульсный вход импульсы будут вычитаться. При достижении пулевого состояния реверсивным счетчиком 19 на выходе дешифратора нулевого состояния 22 появится сигнал, который поступает на инверсный вход элемента П 16, при этом с вычитающего управляющего входа реверсивного счетчика 19 сигнал будет снят. Сигнал с выхода дешифратора нулевого состояния 22 поступает также на формирователь переднего фронта 4, который вырабатывает импульс, переводящий триггер 6 в нулевое состояние. В этом случае на выход элемента И 9 импульсы частоты 2f не поступают, т. е. па выходе триггера 17 импульсы не формируются, а схема приведепа в исходное состояние.

Таким образом, на выходе триггера 17 при включении формируются нарастающие по длительности от периода к периоду импульсы с частотой 2f, пока инвертор с выходным трансформатором не войдет в номинальпый режим, и при включении на выходе триггера 17 формируются убывающие от периода к периоду импульсы с частотой 2f, пока вообще пе прекратятся.

Дешифратор 26 служит для выработки строго определенной последовательности импульсов управления тиристорами инвертора, используя пересчетный элемент 25, который подсоединен к его вторым входам,

Длительность выходных импульсов де

щифратора 25 определяется длительностью

выходных импульсов триггера 17, который

подсоединен к первому входу дешифрато

ра 26.

Формирователи импульсов 27 никакой логической нагрузки не несут и служат для согласования выходных импульсов дешифратора 26 с тиристорами инвертора с выходпым трансформатором.

Таким образом, изобретение обеспечивает высоконадежный запуск при повторных включениях.

Формула изобретепия

Устройство для управления тиристорным автономным инвертором с выходным трансформатором, содержащее задающий генератор, выход которого подключен к входу делителя частоты, пересчетный элемент, выход которого подключен к второму входу дешифратора, выход которого подключен к формирователям импульсов управления тиристорами, счетчик, выход которого подключен к первым входам блока сравнения, реверсивный счетчик, управляющий R-вход которого подключен к шине начальной установки, выход которого подключен к вторым входам блока сравнения, дешифратору нулевого состояния реверсивного счетчика, выход которого подключей к инверсному входу первого элемента И, выход которого подключен к вычитающему управляюи1.ему входу реверсивного счетчика, дешифратору максимального состояния реверсивного счетчика, выход

которого подключеп к инверспому входу второго элемента П, первый прямой вход которого соединен с управляющей птиной, блок управления, суммирующий выход которого подключен к второму прямому вхоДУ второго элемента И, выход которого подключеп к суммирующему управляющему входу реверсивного счетчика, третий элемент И, первый вход которого соединен с вычитающим выходом блока управления,

отличающееся тем, что, с целью обеспечения высоконадежного запуска при повторпых включениях, дополнительно снабжено двумя формирователями переднего фронта, тремя триггерами, блоком

задержки, двумя элементами И, двумя элементами ИЛИ, формирователем заднего фронта, дешифратором подготовки к слеующему счету и дешифратором минимально допустимого рабочего состояния реверсивного счетчика, причем вход первого формирователя переднего фронта подключен к выходу дешифратора нулевого состояния реверсивного счетчика, управляющий S-вход первого триггера подключен к управляющей шине, первый управляющий R-вход которого подключен к шине установки исходного состояния, а второй управляющий R-вход подключен к выходу первого формирователя переднего фронта, вход второго формирователя переднего фронта подключен к выходу делителя частоты, первый вход первого дополнительного элемента И соединен с выходом второго формирователя переднего фронта, второй вход первого дополнительного элемента И подключен к выходу первого триггера, а выход соединен с пересчетным элементом и импульсным входом реверсивного счетчика, вход блока задержки подключен к выходу первого дополнительного элемента И, S-вход второго триггера подключен к выходу блока задержки, второй управляющий R-вход второго триггера подключен к шине установки исходного состояния, S-вход третьего триггера подключен к выходу первого дополнительного элемента И, первый управляющий R-вход третьего триггера подключен к шине установки исходного состояния, второй управляющий R-вход - к выходу блока сравнения, а выход подключен к первому входу дешифратора, второй вход второго дополнительного элемента И соединен с выходом второго триггера, выход соединен с импульсным входом счетчика, вход формирователя заднего фронта подключен к выходу задающего генератора, а выход соединен с первым входом второго дополнительного элемента И, вход дешифратора подготовки к следующему счету соединен с выходом счетчика, а выход подключен к первому управляющему R-входу второго триггера, первый вход первого элемента ИЛИ подключен к выходу дешифратора подготовки к следующему счету, второй вход - к щине установки исходного состояния, а выход соединен с управляющим R-входом счетчика, вход дешифратора минимально допустимого рабочего состояния реверсивного счетчика подключен к выходу реверсивного счетчика, а выход соединен с инверсным входом третьего элемента И, первый инверсный вход второго элемента ИЛИ соединен с управляющей шиной, второй вход - с выходом третьего элемента И, а выход подключен к первому входу первого элемента И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 297099, КЛ..Н 02 М 7/04, 1968. 2.Тренихин В. В., Рябинин Г. А. Инвертор с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения. - В сб.: Устройства преобразовательной техники, вып. 1.- Киев, 1969.