Цифровое устройство для фазовогоупРАВлЕНия МНОгОфАзНыМ ТиРиСТОРНыМпРЕОбРАзОВАТЕлЕМ Советский патент 1981 года по МПК H02P13/16 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в сис темах прямого цифрового управления электроприводами, питающимися от мно гофазных тиристорных преобразователей, где в качестве регулятора испол зуется ЦВМ. Известна цифровая система управления многофазным .тиристорным преобразователем, содержащая генератор тактовых ймпульров, блок синхронизации, счетные приборы, преобразовател напряжения в частоту, распределитель импульсов на управляющие электроды тиристоров D-1 Недостатком системы является то, что управляющий сигнал имеет аналого вую форму, в силу чего для согласования подобной системы цифрового управления с ЦВМ потребуется дополнительный преобразователь код-аналог, что значительно усложняет систему, снижает точность управления ухудшая тем сакйлм качество переходных процессов. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изрбретению является цифровое устройство для управления многофазным тиристорным пре образователем, содержащее генератор тактовых импульсов, блок синхронизации, счетчики тактовых импульсов, узел совпадения, регистр угла управления, распределитель импульсов на управляющие электроды тиристоров преобразователя i2j. Недостатком предлагаемого цифрового устройства для управления являются низкие динамические показатели, обусловленные ограничением предельно возможного изменения управляккиего воздействия (угла управления) от интервала к интервалу. Цель изобретения - улучшение динамических характеристик цифрового устройства фазового управления многофазныгли тиристррными преобразователями за счет увеличения предельно возможного изменения управляющего воздействия между инте валами дискретности. Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно снабжено тремя элементами запрета, элементом ИЛИ и узлом превышения, одна группа информационных входов которого подключена к,выходам счетчиков тактовых импульсов через элементы запрета, вторая группа информационных входов подключена к выходам регистра угла управления, блокировочные входы подключены к промежуточным възходам , узла совпадения, а разрядные выходы подсоединены к N-1-му входам элемен та ИЛИ, N-ый вход которого подключе к конечному выходу узла совпадения, а выход подключен к распределителю импульсов. I На фиг. 1 изображена структурная схема цифрового устройства фазового управления тиристорным преобразоватёлём; на фиг. 2 - структурная схема узла совпадения и узла превышения; на фиг. 3 - тиристорный преобразователь, силовая часть. Устройство фазового управления многофазным тиристорным преобразователем содержит счетчики 1, 2 и 3 так товых импульсов, тактовые входы которых подсоединены к выходу генератора 4 тактовых импульсов, а установочные входы подсоединены к выходам блока 5 синхронизации. Информационные выходы счетчиков 1-3 поразрядно подсоединены ко входам элементов запрета соответственно 6-8, выходы которых поразрядно соединены между собой и подключены к первым группам одноименных разрядных информационных входов узла совпадения 9 и порогового узла 10. Вторые группы разряд ных информационных входов 9 и 10 узлов подсоединены к одноименным разрядным выходам 11 регистра угла упра ления. Одновременно промежуточные выходы узла 9 совпадения подсоединены к разрядным блокировочным входам узла 10, а оконечный выход подсоединен к N-му входу элемента ИЛИ 12, остальные входы которого подсоединены к разрядным выходам узла 10. Выход 12 элемента ИЛИ соединен с тактовым входом 13 распредели теля 18 импульсов. На фиг. 3 обозначены датчики 14-19 проводящего состояния тиристоров 20-25. В свою очередь узел 9 совпадения содержит элементы 9-1... 9-4 разрядного совпадения, одни входы которых (первая группа разрядных информационных входов узла 9 совпадения) подсоединены к одноименным разрядным выходам элементов 6-8 вторые входы (вторая группа разрядных информационных входов узла 9 совпадения) подсоединены к одноименным разрядным выходам регистра 11 угла управления, а выходы подсоединены к одним из входов элементов И, 9-5... 9-7 (фиг. 2). Одновременно элементы И, 9-5...9 соединены между собой таким образом что выход каждого из. элементов И, 9-5,.,9-7, один вход которого соединен с выходом элемента разрядного совпадения (из элементов 9-2.,.9-4) более старшего разряда подсоединён ко второму входу того элемента И (из элементов 9-5.,.9-7), первый вх которого подключен к выходу элемент разрядного совпадения (из элементов 9-2...9-4) последу1мцего более младшего разряда. Нумерация .разрядов идет от элемента 9-4 - самый младший разряд к элементу 9-1 - самый старший разряд. Выходы элементов 9-1, 9-5, 9-6 являются промежуточными выходами узла 9 совпадения. Второй вход элемента И 9-5 подсоединен.к выходу элемента разрядного совпадения 9-1 самого старшего разряда, а выход элемента И 9-7 (оконечный выход узла 9 совпадения) подсоединен к N-входу элемента ИЛИ 12. Узел 10 содержит инверторы 10-1 ...10-4, входы которы.х (вторая группа разрядных информационных входов узла 10 превышения подсоединены к одноименным разрядным выходам регистра 11 угла управления, а .выходы подсоединены к одним из входов элементов И, соответственно к 10-5.,. 10-8. Вторые входы элементов И, 10-5...10-8 (первая группа разрядных информационных входов узла 10) подсоединены к одноименным разряднЕлм выходам элементов запрета (6-8), Третьи входы элементов И, 10-6.,.10-8 (разрядные блокировочные входы узла 10, исключая старший разряд) подключены к промежуточным выходам узла 9 совпадения соответственно к выходам элементов 9-1, 9-5, 9-6. Выходы элементов И 10-5,.,10-8 (разрядные выходы узла 10) подсоединены к N-1-входам элемента ИЛИ 12. Изложение принципов работы уз- лов 9 и 10 проведено дпя четырехразрядных вариантов упомянутых узлов. Распределитель 13 и 1пульсов содержит элементы токового контроля 13-1 ,.,13-6, выполненные в виде элементов И, одни входы которых подсоединены к выходу 12 элемента, вторые к датчикам проводящего состояния тиристоров соответственно 17-19, 14-16 (фиг, 3), Выходы элементов токового контроля 13-1...13-6 подсоединены к тактовым входам триггеров памяти, соответственно к 13-7,.,13-12, выходы . которых подсоединены к третьим входам упомянутых элементов токового контроля соответственно к 13-2 ,.13-6; 13-1 и к входам элементов контроля напряжения, соответственно к 13-13 ...13-18, выполненных в виде элементов И. Вторые входы элементов контроля напряженияподсоединены к выходам блока 5 синхронизации , Выходы элементов контроля напряжения попарно, т.е; 13-13 и 13-16, 13-14 и 13-17, 13-15 и 13-18 соединены со входами элементов управления элементами запрета соответственно с 13-19...13-21, выполненных в виде элементов ИЛИ. Выходы последних соединены с блокировочными входами элементов запрета соответственно с 7, 8 и 6. В свою очередь входы выходных усилителей, выполненных в виде элементов ИЛИ, попарно т.е. 13-22 и 13-27, 13-23 и 13-24, 13-24 и 13-25, 13-25 и 13-26, 13-26 и 13-27, 13-27 и 13-22 соединены с выходами элементов токового контролй 13-1...13-6. Выходы усилителей соединены с управляющими электродами ти ристоров силовой схемы преобразовате ля. Устройство работает следукичим образом. В процессе работы счетчики 1-3 производят счет тактовых импульсов, поступающих на их тактовые входы с генератора 4. На установочные входы счетчиков 1-3 поступают последовательности узких импульсов, синхронизированных по точкам естественного зажигания с периодом 180 эл. град, и сдвинутые по фазе друг относительно друга на 60 эл. град. Эти импульсы осуществляют периодический сброс счетчиков 1-3 в ноль. На один из входов элементов 13-13 ...13-18 контроля напряжения поступа ют сигналы с выходов блока 5 синхронизации. Эти сигналы соответствуют зонам возможного включения тиристоров силовой части преобразователя, поэтому они сформированы таким образом, что их передний фронт совпадает с точками естественного зажигания для соответствующих тиристоров., длительность равна 180 эл, град, период следования равен 360 эл. град. Соответствие между сигналами, поступающими с блока 5 синхронизации на элементы контроля напряжения 13-13... 13-18 (фиг. 1) и зонами возможного включения тиристоров силовой части преобразователя следующее: иу-з - 20 Uff-a Запись нового значения угла управ ления в регистр 11 осуществляется в начале каждого интервала дискретности, т.е. в точках естественного зажигания тиристоров преобразователя. Новое значение угла управления посту пает на вход регистра 11 либо с пуль та ручного ввода, либо с выхода управлякяцей цифровой вычислительной ма шины. Допустим, тиристорный преобразова тель находится в инверторном режиме. В регистре 11 угла управления записа но значение кода, соответствующее эл. град. Предположим, что в т текущем интервале дискретности импул сы подаются на управляющ| е электроды тиристоров 23 и 22,они открылись в процессе коммутации между тиристора- ми 23 и 21 закончилися. При этом эле менты устройства находятся в следующем состоянии. Все триггеры памяти, кроме триггера 13-10, сброшены в ноЛь. Выходной сигнал триггера 13-10 поступает на один из входов элемента контроля напряжения 13-16, на второй вход которого поступает сигнал Ug. с одного из выходов блока 5 синхронизации. В результате этого на выходах элементов 13-16 контроля напряже,ния и соответственно элементов 13-19 управления присутствуют сигналы. Выходной сигнал последнего осуществляет разблокировку элемента 7 запрета, в- результате чего информация со счетчика 2 поступает на первые группы разрядных информационных входов 9 и 10 узлов. На вторые группы разрядных информационных входов узлов 9 и 10 поступает информация с регистра 11, соответствующая углу управления d. 150 зл. град. Код, записанный в регистр 11 угла управления, превышает код на выходе счетчика 2, в силу чего сигналы на оконечном выходе узла 9 совпадения, разрядных выходах 10 узла и соответственно на выходе элемента ИЛИ отсутствуют. На входых входах элементов токового контроля 13-1 и 13-6 присутствуют сигналы, поступающие с датчиков проводящего состояния тиристоров 23 и 20 соответственно датчиков 17 и 14.Предположим, что требуется перевести тиристорный преобразователь в выпрямительный режим, для чего в начале нового интервала дискретности в регистр 11 записывают новый код, соответствующий углу управления, лежащему в пределах 0$о(.490 эл. град. Допустим, значение угла управления dL-30 эл. град. В момент записи нового значения угла управления в регистр 11 код на счетчике 2 соответствует 120 эл. град., что превышает новое значение кода, записанного в регистре 11. В силу чего на одном из разрядных выходов узла 10 появляется сигнал. При этом узел 10 работает следующим образом. Сравнение начинается со старшего С)азряда. Если в старшем разряде регистра 11 заЛисан логический О, то на выходе инвертора 10-1 появляется логическая 1. Если при этом в старшем разряде счетчика 2 присутствуем 1, то на выходе элемента И 10-5 появляется сигнал, свидетельствующий о превышении кода счетчика 2 над кодом регистра 11. Сигнал с элемеи- . та 10-5 поступает на вход элемента 12, обуславливая появление сигнала на его выходе. Если информация в старших разрядах счетчика 2 и регистра 11 одинакова, то на выходе элемента разрядного совпадения 9-1 появляется сигнал, который, поступая на третий вход элемента 10-6, разрешает сравнение информации в следующем более младшем разряде. Работа элементов 10-2 и 10-6 в остальном аналогична работе . элементов 10-1 и 1.0-5, т:е; если в ;. следующем, более младшем разряде счет чика 2 присутствует 1 а в соответствующем разряде регистра 11 - О, то на выходе элемента 10-6 появляется сигнал, свидетельствующий о превышении кода счетчика 2 над кодом регистра 11. Если и в этих разрядах информа ция, одинакова, то на выходе элемента Ьазрядного совпадения 9-2 появляется сигнал, который, поступая на первый вход элемента И 9-5, совместно с сигналом с выхода элемента 9-1, поступаю щим на его второй вход, обуславливает появление на его выходе сигнала, свидетельствующего о равенстве информации в двух старших разрядах счетчика 2 и регистра 11. Последний, поступая на третий вход элемента 10-7, разрешает сравнение информации в следующем более младшем разряде, т.д. Появление выходного сигнала любого из элементов 10-5...10-8 свидетельствует о превышении кода счетчика 2 над кодом регистра 11. Одновременно появляется сигнал на выходе элемента 12. Последний обуславливает появление сигнала на выходе элемента токового контроля 13-5, который через выходные усилите ли 13-26 и 13-27 постуйает на управляющие электроды тиристоров 23 и 24 Тиристор 23 продолжает пропускать ток, а тиристор 24 открывается и между ним и тиристором 22 начинается про цесс коммутации. В это время в проводящем состоянии находятся тиристоры 22-24 и сигналы токового контроля с ДАТЧИКОВ проводящего состояния этих тиристоров, .поступают на вторые входы элементов токового контроля соответственно 13-6,, 13-1 и 13-2. Одновременно триггер памяти 13-11 перебрасывается выходным сигналом элемента токового -контроля 13-5, после чего выходной сигнал триггера 13-11 осуществля т сброс триггера 13-10, в ноль . и, поступая на третий вход элемента токового контроля 13-6, подготавливает его к приему следующего сигнала с выхода элемента 12. Сброс триггера 13-10 обуславливает в итоге блокировку элемента 7 за прета - инфориация со счетчика 2 прекращает поступать на первые группы разрядных информационных входов 9 и 10 узлов. Одновременно выходной сигнал триггера 13-11 памяти, поступающий на один вход 13117 элемента контроля напряжения и сигнал ЦЕГ-О., поступагаций на его второй вход с выхода блока 5 синхронизации обуславливают появление сигнала на его выходе и соответственно на выходе 13-20 элемента управления. В результате. происходит разблокировка .схемы запрета & и на первые группы разрядных информационных входов узлов 9 совпадения и превышения 10 начйнает поступать информация с выхода 3 счетчика. Код, записанный в счетчике 3, в этот момент соответствует 60 эл. град, что превышает значение кода в регистра 11 угла управления. В В результате на одном из разрядных выходов узла превышения 10 (выходы элементов И 10-5...10-8} появляется сигнал, обуславливающий появление сигнала на выходе элемента ИЛИ 12. Так как в это время происходит процесс коммутации между тиристорами 22 и 24 и элемент токового контроля 136 блокирован сигналом, поступающим на его второй вход с датчика 16 проводящего состояния, то выходной сигнал элемента 12 ИЛИ не приводит к появлению сигнала на его выходе. В силу этого состояние элементов устройства не изменяется, пока не кончится процесс коммутации между тиристорами 22, 24 и не исчезнет сигнал на выходе 16 датчика. По окончании процесса коммутации сигнал на выходе 16 датчика исчезает и выходной сигнал элемента 12 обуславливает появление сигнала на выходе элемента 13-6 токового контроля, который через выходные усилители 13-22 и 13-27 поступает на управляющие электроды тиристоров 24 и 25. Тиристор 24 продолжает пропускать ток, а тиристор 25 открывается и между ним и тиристором 23 начинается процесс коммутации. Угол управления тиристором 24 равен эл. град. ±-з,где jr, длительность интервала коммутации тиристоров 23 и 24. В это время в проводящем состоянии находятся тиристоры 23-25 и на вторые входы элементов токового контроля 13-1, 13-2, 13-3 поступают сигналы с датчиков проводящего состояния соответственно 17-19. Одновременно триггер памяти 13-12 перебрасывается выходным сигналом элемента токового контроля 136, после чего выходной сигнал триггера 13-12 осуществляет сброс триггера 13-11 в ноль и, поступая на третий вход элемента токового контроля 13-1., подготавливает его к приему следующего сигнала с выходе элемента ИЛИ 12. Сброс триггера 13-11 обуславливает блокировку элемента 8 запрета информация со счетчика 3 прекращает поступать на первые группы разрядных информационных входов узлов 9 и 10. Одновременно выходной сигнал триггера 13-12 памяти, поступагаций на один вход 13-18 элемента контроля напряжения, и сигнал поступающий на его второй вход с выхода блока 5 синхронизации,обуславливают появление сигнала на его выходе и соответственно на выходе 1321 элемента управления. В результате происходит разблокировка элемента 6 запрета и на первые группы разрядных информационных входов 9 узлов

совпадения и превышения 10 начинает поступать информация со счетчика 1. Код записанный в счетчике 1 в этот момент соответствует 7 эл. град (см.выше). . В реальных системах длительность интервала коммутации лежит в пределах эл. град., поэтому в данном случае, после разблокировки элемента б запрета код в счетчике 1 оказывается меньше кода в регистре 11 и на оконечном выходе 9 узла, на разрядных выходах 10 узла, а соответственно и на выходе элемента ИЛИ 12 сигналы отсутствуют. Если ТЪ. Длительность интервала коммутации между тиристорами 23 и 25 такова, что эл. град., то в интервале комк тации между тиристорами 23 и 25 код в счетчике 1 достигает ве ;1ичины кода, записанного в регистре 11 угла управления. При этом на оконечном выходе узла совпадения 9 и соответственно на выходе 12 ИЛИ появляется сигнал, однако это не приводит к появлению сигнала на выходе 13-1 элемента токового контроля, так как последний блокирован сигналом, поступающим на- его второй вход с датчика 17 проводящего состояния. В дальнейшем код счетчика 1 становится больше кода в регистре 11 угла управле ния. При этом сигнал с оконечного выхода 9 узла совпадения исчезает, но одновременно появляется сигнал на одном из разрядных выходов 10 узла, в силу чего сигнал на выходе 12 элемента ИЛИ не исчезает.

После окончания интервала коммутации между тиристорами 23 и 25 сигнал на выходе датчика 17 проводящего состояния исчезает и выходной 12 сигнал элемента ИЛИ обуславливает появление сигнала на выходе 13-1 элемента токового контроля. Последний через выходные усилители 13-22 и 13-23 поступает на управляющие электроды тиристоров 25 и 20. Тиристор 25 продолжает пропускать ток, а тиристор 20 открывается и между ним и Тиристором 24 начинается процесс коммутации. Угол управления тиристором 20 равен «1 r : -yVj 30 эл. град. С момента начала коммутации в проводящем состоянии находятся тиристоры 20, 24 и 25 и на вторые входы 13-4, 13-2, 13-3 элементов токового контроля поступают сигналы с датчиков 14, 18 и 19 проводящего состояния соответственно. Одновременно триггер 13-7 памяти перебрасывается выходным сигналом элемента 13-1 токового контроля и своим выходным сигналом сбрасывает триггер 13-12 в ноль. В то же время выходной сигнал триггера 13-7 .поступает на третий вход 13-2 элемента токового контроля, подготавливая его к приему следующего сигнала с элемента 12 ИЛИ. Сброс триггера 13-12 обуславливает блокировку элемента б запрета информация

со счетчика 1 прекращает поступать на первые группы разрядных информационных входов 9 и 10 узлов. Выходной сигнал триггера 13-7 поступает на один из входов 13-13 элемента контро- ля напряжения, а сигнал U , поступающий на его второй вход с блока 5 синхронизации отсутствует, так как зона возможного включения тиристора 21 еще не наступила. В. силу этого сигнал на выходах элементов 13-13 и

o 13-19 отсутствует, разблокировка схемы запрета 7 не происходит, информация на первые группы разрядных информационных входов 9 и 10 узлов не поступает, сигнал на оконечном выходе

5 9 узла, на разрядных- выходах 10 узла и, соответственно, на выходе 12 элемента ИЛИ отсутствует. После окон:чания процесса коммутации между тиристорами 20 и 24 сигнал на выходе датчика 18 пропадает и происходит разблокировка элемента токового контроля 13-2. t

В дальнейшем появляется сигнал Uj-j который поступает на второй вход 1313 элемента контроля напряжения и,

5 совместно с выходным сигналом триггера 13-7 обуславливает появление выходных сигналов элементов 13-13, 13-19. В результате происходит разблокировка схемы запрета 7 и информаО Ция со счетчика 2 начинает поступать на первые группы разрядных информационных входов узлов 9 и 10. В этот момент код, записанный в счетчике 2 соответствует О эл. гргщ, что меньше

5 кода, записанного в регистре 11 угла управления, в силу чего сигналы на оконечном выходе узла 9, разрядных выходах узла 10 и соответственно на выходе элемента ИЛИ 12 отсутствуют. СО I временем код в счетчике 2 достигает значения кода, записанного в регистре 11, при этом на оконечном выходе узла 9 и соответственйо на выходе элемента ИЛИ 12 появляется сигнал. Последний Через элемент токового контроля 13-2 и выходные усилители 13-23 и 13-24, поступает на управляющие электроды тиристоров 20 и 21. Тиристор 21 открывается. Угол управления тиристором 21 равен точно 30 эл. град. Как видно, в этом слу чае при переходе из инверторного режима в вып1 ямительный с момента изменения кода в .регистре 11 угла управления до его отработки в силовой

е части преобразователя прошло полтора интервала дискретности.

Если длигельность интервала коммутации между тиристорами 23 и 25 .такова, что Т эл. град, то после окончания интервала коммутации

0 между тиристорами 23 и 25 код в

счетчике 1 будет меньше кода в регистре 11 угла управления, в силу чего сигналы на оконечном выходе узла совпадения 9, разрядных выходах 10 узла и соответственно на выходе 12 элемента ИЛИ отсутствуют. После закрытия тиристора 23 исчезает сигнал с выхода 17 датчика и происходит разблокировка элемента токового контроля 13-1. В дальнейшем код в счетчике 1 достигнет значения кода, записанно го в регистре 11, при этом на оконечном выходе узла 9 и соответственно на выходе 12 элемента ИЛИ появляются сигналы. Последний через элемент токового контроля 13-1 и выходные усилители 13-23 и 13-22 поступает на управляквдие электроды тиристоров 20 и 25. Тиристор 20 открывается Угол управления тиристором 20 равен точно 30 эл. град. В этом случае при переходе из инверторного режима в выпрямительный с момента изменения кода В регистре 11 угла управления до его отработки в силовой части пре образователя прошла половина интерва ла дискретности. Снабжение цифрового устройства фа зового управления многофазным тиристорным преобразователем элементом ИЛ и узлом превышения, одна группа разрядных информационных входов которого подключена к одноименным разрядны информационным выходам счетчиков так товых импульсов через схемы запрета, вторая группа разрядных информационных входов подключена к одноимен ным разрядным выходам регистра угла управления, разрядные блокировочные входы подключены к промежуточным выходам узла совпадения, а разрядные в выходы подсоединены к N-1-му входам элементов ИЛИ, N-ый вход которого по ключен к оконечному выходу узла совп дения, а выход подключен к распределителю импульсов, выгодно отличает его от известного прототипа. Предла. гаемое устройство позволяет увеличит предельно возможное изменение угла управления от интервала дискретности к ,интервалу и сократить, тем самым, вреМя перехода из инверторного режим в выпрямительный. Отработка нового значения угла управления при переход из инверторного режима в выпрямительный осуществляется в предлагаемом устройстве на втором интервгше дискретности, что значительно улучшает его динамические характеристики. Формула изобретения Цифровое устройство для фазового управления многофазным тиристорным преобразователем, содержащее счетчики тактовых импульсов, тактовые входы которых подсоединены к выходу генератора тактовых импульсов,установленные входы к выходам блока синхронизации, другие выходы которого подключены ко входам распределителя импульсов, регистр угла управления, выходом подключенный ко входу узла совпадения, входом - к выводам для подключения к задатчику угла управления, отличающееся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик устройства за счет увеличения предельно возможного изменения управляющего воздействия между интервалами дискретности, оно дополнительно снабжено элементом ИЛИ, тремя элементами запрета и пороговым узлом, одна группа информационных входов которого подключена к одноименным разрядным информационным выходам счетчиков тактовых импульсов через элементы запрета, вторая группа информационных входов подключена к выходам регистра угла управления, блокировочные входы подключены к промежуточным выходам узла совпадения, а выходы подсоединены к N-1-вым входам элемента ИЛИ, N-ый вход которого подключен к оконечному выходу узла совпадения, а выход подключен к | эаспределителю импульсов. Источники информации,, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент ФРГ 1568415, кл. Н 02 М 1/08, 1973. 2.Патент Японии 48-24300, кл. Н 02 Р 7/00, 1973.