Импульсный преобразователь с защитой от внутренних аварий

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является расширение функциональных возможностей . При возникновении аварийной ситуации, в течение которой ток не превышает допустимого значения, система защиты работает в зависимости от вида аварии следующим образом. При самопроизвольном включении основного вентиля 4 до прихода управляющего импульса счетчик 25 обнуляется, а затем переполняется, так как после поступления на его счетный Т-вход очередного управляющего импульса счетчик 25 не обнуляется импульсами с датчика 19 н- .8) роя е и При го имтем пно25 19 пересечения нулевого уровня. Переполнение счетчика 25 приводит к срабатыванию формирователя 27 импульсов, отпиранию вентиля защиты 3 и-отключению преобразователя. При самопроизвольном включении силового вентиля 4 в интервале времени, когда на выходе задатчика 14 .режима работы напряжение соответствует уровню логического нуля, протекание тока в нагрузке 8 и датчике 9 приводит к срабатыванию детектора 19 пересечения нулевого уровня. Его выходной сигнал через элемент ЗАПРЕТ 23, элемент ИЛИ 26, формирователь 27 импульсов поступает на управляющий электрод вентиля 3 защиты, отпирание которого приводит к отклю- :чению преобразователя от источника 1. При невключении основного вентиля 4 счетчик 25 переполняется импульсами управления, так как ток в цепи датчика 9 тока отсутствует, детектор 19 не срабатывает и импульсы на установочный R-вход счетчика 25 не поступают. Незапирание основного вентиля 4 приводт .к переполнению счетчика 25 импульсами 5, правления,так как на установочНыйЯ-вход импульсы от формирователя 22 коротких импульсов не поступают. 2 ил. S (Л 2 -, J 00 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Ъ (21) 4188980/24-07 (22) 02.02.87 (46) 23.07.88. Бюл. Р 27 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И. Ленина (72) Е.И. Сокол, А.В. Кипенский, А.В. Кипенская и В.В. Замаруев (53) 621.314.57:621.316.925.4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 855841, кл. Н 02 Н 7/10 1981

Авторское свидетельство СССР

Я 1121737, кл. Н 02 Н 7/12, 1983. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

С ЗАЩИТОЙ ОТ ВНУТРЕННИХ АВАРИЙ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. При возникновении аварийной ситуации, в течение которой ток не превышает допустимого значения, система защиты работает в зависимости от вида аварии следующим образом. При самопроизвольном включении основного вентиля 4 до прихода управляющего импульса счетчик 25 обнуляется, а затем переполняется, так как после гоступления на его счетный Т-вход очередного управляющего импульса счетчик 25 не обнуляется импульсами с датчика 19 (5D 4 Н 02 М 3 335 12 пересечения нулевого уровня. Переполнение счетчика 25 приводит к срабатыванию формирователя 27 импульсов, отпиранию вентиля защиты 3 и-отключению преобразователя. При самопроизвольном включении силового вентиля 4 в интервале времени, когда на выходе задатчи. ка 14,режима работы напряжение соответствует уровню логического нуля, протекание тока в нагрузке 8 и датчике 9 приводит к срабатыванию детектора 19 пересечения нулевого уровня.

Его выходной сигнал через элемент ЗАПРЕТ 23, элемент ИЛИ 26, формирователь 27 импульсов поступает на управляющий электрод вентиля 3 защиты, Ф.Ь отпирание которого приводит к отклю- 5 чению преобразователя от источника 1.

При невключении основного вентиля 4 M™4 счетчик 25 переполняется импульсами ( управления, так как ток в цепи датчика 9 тока отсутствует, детектор 19 не ф срабатывает и импульсы на установочный К-вход счетчика 25 не поступают.

Незапирание основного вентиля 4 приводт к переполнению счетчика 25 импульсами управления, так как на установочиыйК-вход импульсы от формирователя 22 коротких импульсов не поступают. 2 ил.

1411894

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, в частности, для управления и защиты от внутренних аварий импульсных пре5 образователей постоянного напряжения и тока.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг.2временные диаграммы работы устройства.

Преобразователь содержит источник

1 питания, автоматический выключа- 15 тель 2, вентиль 3 защиты, основной 4 и коммутирующий 5 вентили, коммутирующий конденсатор 6, обратный диод 7, нагрузку (якорная обмотка двигателя постоянного тока) 8, датчик 9 тока 20 генератор 10 пилообразноro напряжения, источник 11 напряжения управления, представляющий собой, например, сумматор, на один вход которого поступает напряжение задания, а на дру-. 25 гой вход напряжение отрицательной обратной связи; компаратор 12, элемент

И 13 на два входа, задатчик 14 режима работы (в качестве задатчика режима работы может быть использован, напри- 30 мер, мультивибратор с изменяемой по желанию оператора частотой и скважно" стью импульсов, в результате чего изменяется длительность импульсов и пауз на выходе задатчика), первый 15

-и второй 16 одновибраторы, первый 17 и второй 18 формирователи импульсов управления., детектор 19 пересечения ! нулевого уровня, пороговый элемент 20, источник 21 опорного напряжения, формирователь 22 коротких импульсов, элемент ЗАПРЕТ 23, элемент 24 задерж, ки, счетчик 25 импульсов, содержащий установочный R-вход и счетный Т-вход, элемент ИЛИ 26 на три входа и формиро-45 ватель 27 импульсов управления, аналогичный формирователям 17 и IS.

Выход источника 1 питания подключен к входу преобразователя через автоматический выключатель 2, причем автоматический выключатель 2 своими йеподвижными контактами подключен к

Выходу источника i, а подвижными конТактами — к входу преобразователя, Irrepaaa группа контактов включена в положительную шину, а вторая группа

55 контактов — в отрицательную шину, подвижный контакт первой "- vnara подключен к аноду вентиля 3;защиты, к аноду основного вентиля 4 и к первому выводу коммутирующего конденсатора б, второй вывод которого подключен к аноду коммутирующего вентиля 5. Катоды основного 4 и коммутирующего 5 вентилей и обратного диода 7 объединены в общую точку н подключены к ° первому выводу нагрузки 8.

Второй вывод нагрузки 8 объединен с анодом обратного диода 7 и подключен к отрицательной шине преобразователя, в которую включен датчик 9 тока. К отрицательной шине преобразователя подключен катод вентиля 3 защиты и подвижный контакт второй группы автоматического выключателя 2.

Выход генератора 10 пилообразного напряжения подключен к первому входу компаратора .12, к второму входу которого подключен выход источника 11 напряжения управления. Выход компаратора 12 подключен к первому входу элемента И 13, к второму входу которого подключен выход задатчика 14 режима работы.

Выход элемента И 13, подключен к входам одновибраторов 15 и 16. Выход одновибратора 15 через формирователь

17 импульсов подключен к управляющему электроду основного вентиля 4, выход одновибратора 16 через формирователь

18 импульсов — к управляющему электроду коммутирующего вентиля 5, выход датчика 9 — к входу детектора 19 пересечения нулевого уровня и к первому входу порогового элемента 20, к второму входу которого подключен выход источника 21 опорного напряжения.

Выход детектора 19 пересечения нулевого уровня подключен к входу формирователя 22 коротких импульсов и прямому входу элемента ЗАПРЕТ 23, к инверсному входу которого подключен выход задатчика 14 режима работы. Выход формирователя 22 коротких импульсов через элемент . 24 подключен к уста" новочному В.-входу счетчика 25, счетный Т-вход которого подключен к выходу одновибратора 15. Выход. счетчика

25 импульсов подключен к первому вхо; ду элемента ИЛИ 26, второй вход которого подключен к выходу порогового элемента 20, а третий — к выходу элемента ЗАПРЕТ 23. Выход элемента ИПИ

2б через формирователь 27 импульсов подключен к управляющему электроду вентиля 3.

3 1411

Преобразователь работает следующим образом.

Генератор 10 пилообразного напряжения формирует напряжение пилообраз5 нои формы (фиг. 2а),определяющее период Т широтно-импульсной модуляции преобразователя. Напряжение U срав1О нивается в компараторе 12 с напряжением U . Когда U 11, напряжение

11 1О на выходе компаратора соответствует уровню логической единицы, а когда (U, — уровню логического нуля.

1О

Сигналы с компаратора 12 проходят через элемент И 13 на входы одновиб раторов 15 и 16 в том случае, если напряжение на выходе задатчика 14 режима работы соответствует уровню логической единицы, например интервал (фиг. 2б, в). Если напряжение на выходе задатчика 14 режима работы соответствует уровню логического нуля (интервал t -t о, фиг. 2б), сигналы с компаратора 12 на входы одновибраторов 15 и 16 не поступают (фиг. 2в).

Таким образом, в зависимости от выходного сигнала задатчика 14 режима работы прбизводится разрешение или запрет прохождения управляющих импульсов к преобразователю, что позволяет осуществлять работу двигателя постоянного тока 8 в режиме "Старт-стоп".

Одновибратор 15 по переднему фронту поступающих на его вход импульсов от элемента И 1 3 формирует импульсы длительностью, необходимой для отпирания основного вентиля 4. Эти импульсы усиливаются формирователем 17 импульсов и через трансформатор тока, входящий в состав формирователя им40 пульсов (не показан), поступают на управляющий электрод основного вентиля 4. Вентиль 4 открывается и через нагрузку 8 по цепи положительная шина источника 1 питания — первая груп45 па контактов выключателя 2 — вентиль

4 — нагрузка 8 — датчик 9 тока — вторая группа контактов выключателя 2— отрицательная шина источника 1 начинает протекать ток.

Сигнал с одновибратора 15, поступая на счетный Т-вход счетчика 25, записывает в его память единицу. Наличие тока в цепи нагрузки, контролируемое датчиком 9, заставляет срабатывать детектор 19 пересечения нулевого уровня, по переднему фронту выходных сигналов которого формирователь 22 коротких импульсов формирует

894 4. импульсы малой длительности. Импульсы, формирователя 2? через элемент 24 задержки поступают на установочный

R-вход счетчика 25 импульсов, стирая из его памяти записанное количество импульсов. Бремя задержки элемента

24 задержки выбирается так, чтобы импульсы с одновибратора 15 и формирователя 22 коротких импульсов не поступали на входы счетчика 25 импульсов одновременно, что недопустимо с точки зрения эксплуатации счетчика.

Одновибратор 16 по заднему фронту поступающих на его вход импульсов от элемента И 13 формирует импульсы длительностью, необходимой для отпирания коммутирующего вентиля 5. Эти импульсы усиливаются формирователем

18 импульсов и поступают на управляющий электрод коммутирующего вентиля 5, отпирая его. Коммутирующий конденсатор 6, заряженный предварительно с полярностью, указанной на фиг. 1, начинает разряжаться и запирает основной вентиль 4, так как к последнему прикладывается напряжение обратной полярности ° Ток под действием ЭДС самоиндукции нагрузки 8 протекает в контуре диод 7 — нагрузка 8.

Напряжение на выходе датчика 9 тока становится равным нулю и детектор 19 пересечения нулевого уровня возвраща-. ется в исходное состояние, т.е. на его выходе устанавливается напряжение, соответствующее уровню логического нуля.

Таким образом, при отсутствии аварийной ситуации: потеря управляющей способности, пробой электрический или тепловой, невключение вентиля в любом из режимов заданным системой управления — режим регулируемой передачи энергии от источника 1 к нагрузке 8, интервал -t„ (фиг. 2д), режим непрерывной передачи энергии от источника 1 к нагрузке 8 (работа двигателя на естественной характеристике), интервал Г„ -,з, или интеРвал 1„ й. о паузы при работе двигателя в режиме

"Старт-стоп", за каждым импульсом, поступающим на счетный Т-вход счетчика 25 от одновибратора 15, моменты времени " "З "8 "„„ „з* м ° с„ (фиг. 2г), следуют ймпульсы от формирователя 22 коротких импульсов, через элемент 24 задержки, поступающие на установочный R-вход счетчика 25, моменты времени

1411894 йр,, tow (фиг. 2е).

Счетчик 25 после каждой записанной в

его память единицы обнуляется и на его выходе напряжение остается равным уровню логического нуля.

При возникновении аварийной ситуации устройство работает следующим образом.

Самопроизвольное переключение основного вентиля 4 в проводящее состояние при отсутствии управляющего импульса происходит либо по причине потери управляющей способности у вентиля, либо по причине его пробоя.

Пусть в момент времени t< произошло самопроизвольное переключение основного вентиля 4 в проводящее состояние по любой из указанных причин. В цепи нагрузки 8 начинает протекать ток, контролируемый датчиком 9 тока.

Предположим, что величина тока не превышает допустимого значения и пороговый элемент 20 не срабатывает.

Срабатывает детектор 19 пересечения нулевого уровня (фиг. 2ж). По переднему фронту его выходного импульса формирователь 22 коротких импульсов формирует короткий импульс, который через элемент 24 задержки, момент времени (фиг. 2з) поступает на

В.-вход счетчика 25 и обнуляет его.

В момент времени и (фиг. 2г) на

Т-вход счетчика 25 от одновибратора

15 поступает импульс, уменьшая на единицу число импульсов m необходимое для переполнения счетчика и появления на его выходе логической единицы.

В момент времени t на Т-вход счетчика 25 от одновибратора 15 поступает следующий импульс, счетчик переполняется (на фиг. 2 приведены временные диаграммы для счетчика с m = 2), на его выходе появляется на45 пряжение логической единицы, этот сигнал через элемент ИЛИ 26 (фиг. 2и} поступает на вход формирователя 27 импульсов. По переднему фронту поступившего на его вход импульса формирователь 27 формирует отпирающий импульс, который поступает на управляющий электрод вентиля 3 защиты, отпирая era . Через вентиль 3 по цепи положительная шина источника 1 питания — первая группа контактов автома- 55 тического выключателя 2 — вентиль 3— вторая группа контактов выключателя

2 — отрицательная шина источника 1 питания начинает протекать ток. При достижении этим током значения тока уставки автоматического выключателя последний срабатывает и размыкает цепь протекания тока, отключая преобразователь от источника 1.

Время срабатывания защиты в этом случае определяется формулой

= Т(ш-1) + с „ + c t, ср где Т период широтно-импульсной модуляции, коэффициент счета счетчика

25 импульсов; время, на которое самопроизвольное включение вентиля произошло раньше, чем заданное системой управления (фиг. 2ж); запаздывание, вносимое элементами схемы защиты.

Если самопроизвольное переключение основного вентиля 4 в проводящее состояние вызывает аварийное нарастание тока, срабатывает пороговый элемент 20, его выходной сигнал через элемент ИЛИ 26 поступает на вход формирователя 27 импульсов и происходит

Если самопроизвольное переключение основного вентиля 4 в проводящее состояние происходит в интервале времени, когда на выходе задатчика 14 режима работы напряжение соответствует уровню логического нуля, момент времени t, (фиг. 2ж), то схема защиты работает следующим образом.

Переключение основного вентиля 4

I в проводящее состояние приводит к протеканию тока в нагрузке 8 и датчи" ке 9 тока ° Срабатывает детектор 19 пересечения нулевого уровня, его выходной сигнал через элементы ЗАПРЕТ

23 и ИЛИ 26 поступает на вход формирователя 27 импульсов (фиг. 2и).

Формирователь 27 по переднему фронту поступившего на его вход импульса формирует отпирающий импульс, который поступает на управляющий электрод вентиля 3 защиты, в результате чего происходит отключение преобразователя от источника 1 по принципу, описанному выше. В этом случае срабатывания защиты определяется выражением поступающий на T-вход счетчика 25 переполняет его, на выходе счетчика появляется логическая единица, этот сигнал через элемент ИЛИ 26 поступает на вход формирователя 27 импульсов (фиг. 2п) и происходит отключение

Таким образом, преобразователь позволяет контролировать любые внутренние аварии при любом из режимов работы преобразователя.

Формула изобретения

7 1411894 8 отключение преобразователя от источ- импульс с выхода одновибратора 15, ника 1 за время

Незапирание основного вентиля 4 происходит либо по причине пробоя по5 следнего, либо по причине выхода из строя коммутирующих вентиля 5 и конденсатора 6.

Пусть в момент времени tg, опреде- преобразователя от источника 1. Время ленный в компараторе 12, происходит срабатывания защиты в этом случае включение основного вентиля 4, а в определяется формулой момент t - его выключение по любой из причин, указанных выше, не проис- = Т(ш-1) + аТ. сР. 3 ходит. С момента t< в нагрузке 8 и датчике 9 тока начинает. протекать ток, 15 срабатывают детектор 19 пересечения нулевого уровня (фиг. 2к) и формирователь 22 коротких импульсов, в момент t < (фиг. 2л) на R-вход счетчика

25 поступает импульс с выхода элемен- 20 та 24 задержки и обнуляет его. В момент времени и на Т-вход счетчика )1

Импульсный преобразователь с защи25 поступает импульс с выхода одно- той от внутренних аварий, содержащий вибратора 15, при этом происходит силовой блок, включающий в себя осуменьшение на единицу числа импуль- 25 новной и коммутируюший вентили, комсов m необходимого для переполнения мутирующий конденсатор и систему счетчика. В момент времени управления и защиты, включающую в (фиг. 2м) íà T-вход счетчика 25 по- себя датчик тока и два одновибратора, ступает следующий импульс, который отличающийся тем, что, с переполняет счетчик, и происходит целью расширения функциональных возсрабатывание системы защиты, приводя- можностей, система управления и защищее к отключению преобразователя от ты снабжена генератором пилообразного источника 1. напряжения, источником напряжения

Время срабатывания защиты в этом управления, компаратором, элементом случае определяется формулой И, задатчиком режима работы, тремя

1 Р . ™ +

4 где и — время проводящего состояния

-4 вентиля 4, определенное системой управления для того периода, в течение которого произошла авария.

Невключение основного вентиля 4 связано в основном с механическими повреждениями, такими как обрыв управляющего электрода, нарушение пайки электродов и т.д.

Пусть в момент t на управляющий электрод вентиля 4 подан отпирающий импульс. Этот импульс с выхода одновибратора 15 поступает и на Т-вход счетчика 25, уменьшая число m на единицу, Однако включение вентиля не происходит, ток в цепи датчика 9 тока отсутствует и на выходе детектора 19 (фиг. 2г) пересечения нулевого уровня напряжение соответствует уровню логического нуля. Следующий

З5 формирователями импульсов управления, пороговым элементом, источником опорного напряжения, детектором пересечения нулевого уровня, формирователем

40 коротких импульсов, элементом ЗАПРЕТ, элементом задержки, счетчиком импульсов с установочным и счетным входами и элементом ИЛИ, вентилем защиты, диодом и автоматическим выключателем, 5 причем силовой блок входом предназначен для подключения к источнику питания через автоматический выключатель, выход которого шунтирован вентилем защиты, при этом анод вентиля защиты подключен к положительной шине, а катод к отрицательной, диод предназначен для подключения в обратном направлении параллельно нагрузке, вы- ход генератора пилообразного. напряжения подключен к первому входу компа55 ратора, к второму входу которого подключен выход источника напряжения управления, выход компаратора подключен к первому входу элемента И, вто1411894

b и„ д и„ к и р и,, И и,р

Составитель О ° Мещерякова

Редактор П. Гереши ТехредМ.Дидык Корректор О. Кравцова

Заказ 3667/52 Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 рой вход которого подключен к выходу задатчика режима работы, выход элемента И подключен К входам одновибраторов, выход первого одновибратора

5 ,через первый формирователь импульсов ! ,управления подключен к управляющему электроду основного вентиля, выход второго одновибратора через второй ! формирователь импульсов подключен к управляющему электроду коммутирующего вентиля, выход датчика тока подключен к входу детектора пересечения нулево(! го уровня и к первому входу порогового ! ! элемента, к второму входу которого подключен источник опорного напряже ния, выход детектора пересечения ну левого уровня подключен к входу фор(мирователя коротких импульсов и к прямому входу элемента ЗАПРЕТ, к инверсному входу которого подключен выход задатчика режима работы, выход формирователя коротких импульсов через элемент задержки подключен к установочному R-входу счетчика импульсов, к счетному Т-входу которого подключен выход первого одновибратора, выход счетчика импульсов подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу порогового элемента, а третий вход к выходу элемента ЗАПРЕТ, выход элемен" та ИЛИ через третий формирователь импульсов управления подключен к управляющему электроду вентнля защиты.