Устройство для синхронизации системы управления вентильным преобразователем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении тиристорными компенсаторами реактивной мощности и др. Цель изобретения - повышение точности управления и надежности вентильного преобразователя путем повышения симметрии импульсов Синхронизации. С этой целью введены датчик 10 напряжения синхронизации и фазочувствительные демодуляторы 7, 8, 9, управляемые двоичным счетчиком 6 и формирующие напркженме компенсации. Указанное напряжение суммируется с напряжением фазового детектора 1 в сумматоре 2 так, что на входе фильтра 3 низкой частоты сигнал имее/малый уровень пульсаций . В результате этого управляемый генератор 5 импульсов работает стабильно, а на выходах двоичного счетчика 6 формируется симметричная последовательность импульсов . 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (п)я Н 02 М 1/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4494671/07 (22) 14,10.88 (46) 07.12.91. Бюл. N 45 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт силовых полупроводниковых устройств (72) А. Л. Шитов и В. А. Пономарев (53) 621.316.727(088.8) (56) Современные линейные интегральные микросхемы и их применение. /Пер. с англ. под ред M. В, Гальперина, M„ Знергия, 1980, с, 147 — 158, рис. 10. 11.

Filtr sledzacy typu PLL harmoniez nej

podstawouveJ odksztalconego naplecia slesi, Ruloff Bernard, "Zesz. nauk, PG dkn.; Eiek"

1984, М 58, р, 97-124. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНХРОНИЗАЦИИ

СИСТЕМЪ| УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЪНЫМ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

„„ЯЦ „„1697210 А1 (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении тиристорными ком пенсаторами реактивной мощности и др. Цель изобретения — повышение точности управления и надежности вентильного преобразователя путем повышения симметрии импульсов синхронизации. С этой целью введены датчик 10 напряжения синхронизации и фазочувствительные демодуляторы 7, 8, 9, управляемые двоичным счетчиком 6 и формирующие напряжение компенсации. Указанное напряжение суммируется с напряжением фазового детектора 1 в сумматоре 2 так, что на входе фильтра 3 низкой частоты сигнал имеет малый уровень пульсаций. В результате этого управляемый генератор 5 импульсов работает стабильно, а на выходах двоичного счетчика 6 формируется симметричная последовательность импульсов. 3 э. и. ф-лы, 4 ил.

1697210

4 ),">

>i1 3 o») p i) ) е и и е 0 ) ) 0 0 (1 Г(я I;. 3 л 8 K f f) o i 8 K> -I ике, в частности, к системам управления TMI ристорными компен!" Зторэми Реактивной мощнОсти и другими тир"lic Горными презбразователя, ЦЕЛ Ь Ю И 3 0 б Г) т()>> ) 1Я Я В, i Я»- т С

ВЕНТИЛЬНОГО ПР300»РЭЗОБЗ" ЕЛЯ i)4»TB!>1 ПОБЬ!ШВНИЯ СИЬ)МВТРИ)i M 1!! Vf!BOOB C»MH;-,ООН)133ЦИИ.

Н3 фиг, 1 и!)&Дстэелвl 3 блок-схема )стp0McTB3, и"= фиг. 2 f) p) II II. i!1пиэльнь)е СKGMI>I блОкОВ; нг) фиГ, с:e! 13 датч: KB нс)Г! 1эя:!<ения синхрон)лзэц!/ ;11>к .-!О ж,г, 4 --:.Оеменнь>8

ДИЗГP3f"i;> .i I Р Oo rbi УС1 Оои . ГБЭ, Устпо))СТВО (())(r, ": (!)Стон! 1.= <1)ЭЗОБОГ-: детектор 1, Вып:лн:. Нс»го,,:эг)римес> В

БИД8 фЭЗСЧУВСТВИТВЛЬНОГО @BI! .ОДУЛЯТОГ!3, сумматора 2, фи))ьтрз .) н 13Kol>i »:эсто-(ы, Выполненного, например.:) Биде РС-цепл, Г 1»1регулятора 4, )»r)p3Bflяемсго гeHBpeòop=.i 5, восьмиразрядного счет В>кэ 6, пе(эгогс 7, второго 8 и третьего 9 фазо !увствительных демодуляторов, Быпслне:,-) ных аналогично фазовому детектору 1, дат В:кэ 10 напряжеH M A c Mi H:(Р о н )л 3 3 Ц i N, 0 M 4 8 i>i I В ы .< О Б фа 3 о ВО»-0 детек) ОРЗ 1»л выходь г)ес Бого /, BTooof 0 8 и третьего 9

ЧЕРЕЗ ПОС ii 840 BB Ãe ft BHO СОВДИ НБН НЫС фильтр 3 низкой част()ть, Г1Ф-Регулятор 4 и

)»(пРавляемыи ГBБBРЗTОР > K с ". (т гно!M))» БхОДУ

ДВОИЧНОГО СЧЕТЧ) )КЗ д, !<ОТОООГО ВЫХОДЫ

ПЯТОГО, ШЕСТОГО и СЕДЬМОГО 1)331)ЯДОВ СОЕДИI8Hbl с управ))я!с шими зходэми третьего (), BT0p0f 0 8 и пBРБОГО ФЗЗОчувстВительных демодуляторов, соответственно, э выхс:, ВосьмоГО p33p(f»!,3 () ) f!pэвляющим !эхо(»см фазового qeTBKT()p3 1, OI»fH3))b!!ый ьход фэЗОВОГО детектора 1 соединен (: Входом да (чика 10 няп1)я>кен))я (:и) lхрониззции, выход которого сoe(4MHBI с СMrH3fibHыми Б)(одами первого 7, втîðîrо 8 и Tper,.-.ere 9 фазочувгтБИТЕЛЬНЫХ ДЕМОДУЛЯТO)POB.

Cyvv3Top - - и фильтр HM -" (o,>i "а-(- го -.i, мОГут быть Вы по 1нBН ы 3 Биде с)»мм)1»»g)с i)48" го резисторно-емкостнсч э фильтра :1 ({Б)»)г.

2) и г!Редстзвля!О!ЦВГО c000É чет ыре peзисТор3 12 ка>кд !! н:. 1,;0-) орых с Оединяег соотве)ству!ощий ему вход и Выход сумми-рующего филь.rp3 ", 1. и (онденсатс)р " 3, подключенный между BLIõo>öoiM С).ммиотло)цего

Фильтра 11 и общей )очксгй! питг)ния ус)ро)1" ства. ПХ-!зегуля) ор -",;)ч»)г. 2, Бь;полнен Hi3 операцис:нном )»си)) и I еле 14, не IHBUpi р, юЩий B)!Of4 ко 1000() ЯБ. 1!- )8"(сЯ ВхОДОм а

Выход — Выходом !к)-Ре;-улятара К1, нэ ГюслеДОВате/, ь";! 0 соеди»!i ":,.1 ны х Рез)>!с . осе 5 и конденсэ Ope » Б ги 0-1)ицэтел-:)ой Ос)5

l 5

РатНОй СВЯЗИ ОПЕРациоННО(0 уСИГ!Италя 14 И ! а резисторе 17, вкл!Оченном .(ежду ин Вертирующим Входом Операционного усилителя 14 и общей точкой питания. управляемый генератор 5 выполнен на потенциометре 18(подстроечный резистор), Вкл!Оченном между положительным и отри-. цательным пол)осами исто-)ника плтанкя (разнополярный источник питания;-)е показан). нэ шести резис..-орах 19 — 24. на первом

25 и втором 26 тpBHÇMciopа:<, змит»еры коT0pbI)(соединень! через тре-(лй 21 и четвертый 22 pe3Mciopbl c00 BBTcTBBHHo c

ОтрицзгBльным rlofIIOOÎiv; ".!стО !ника питаниЯ. э их базы соединены межqY собой и подклlочены через второй Резистор 20 к (Редь)ей ТО !Ке потенЦиометра 18 и Repe3 первый poз!1стор )9 к В, (Од / упрзвлЯBмОГО

Генератора 5, нз конденсаторе 27, Включенном между коллекторам»л первого 25 и Бт>з- . рого 26 транзисторов, нз первом 28 и

BTopofM 29 элементах 1»1 — 1) Е, пр IЧBм первыЙ вход !)epnoro элемента И-НЕ 28 соединен через пятый резистоо 23 с коллектором пеоВог0 транзистора 25, o" второй вход — с выходом второго згемента И вЂ” НЕ 29, и первый вход B) oporo элемента 14-НЕ 29 соединен с выходом первого элемента И вЂ” НЕ 28, а втооой вход — через шестой резистор 24 с коллекioðof»i второго .Ранзистора 26, на первом диоде 30, катодом соединенном с коллектором rlepec»ro Tpeíe «Тор3 25. а анодом — с выходом первого элемента И вЂ” f-i Е 28, на втором длоде 31. катодам соединенном с коллектором Второго трэн.:..Истора 26. а анодом — с выходом Втоо. го элемента И вЂ” НЕ 29, выход которого является Бь ходом управляемого генератора 5.

В данном случае з()ементы III — Н Е 28 и 29 под<лючены по r)MT3IIMIO между дополнительны -1!loftlocoM M общей точкой )лсточни <а питания. Датчик 10 напрях<ения синхронизации IMO)KBT быть Вь:,голнен (q>Mr 3) и в виде элемента 3, вь!борк(-хргнения (микpocxef>f3), сиГнальный Вход котог)ой является сиГнэльным Входом»»43T )MI 3 0 H3r»»эяжения синхронизации, ф()Р»м»)рователP . .>3 по фРОНтУ И СПаДУ, ВЫХОД Киief)oro CОЕg )HeH С управляющим входо;.:1 зле)»8! -(3 32 ..:,ыборкихранения, а вход — c входом уopBBf :ения датчика 10 напря>кения CMнхронизэции и инверторз 33 (вьнтол)-,ен на операционном уСИЛИтЕЛЕ), у KOTOporo ВХОД СОЕДИНЕН С ВЫходом элемента 3" Быбос)ки-хр ненля, э

Выход является вь)хоцом,г»п:ч .; 1" напряжения синхро)-!изации, п»Р>!арче(< (фиг. 1, пунктирные линии) сигналь)!ь)й вход дат и .3

1!д напряжения син "рон .=!3 1,): и соедине;-: с

Выходом фазового,:tе:"=-- .. Р . i, 3 вход уп1697210

50 равления — с выходом восьмого разряда XB двоичного счетчика 6.

Устройство работает следующим образом (временные диаграммы, фиг, 4);

На сигнальный вход фазового детектора 1 (фиг, 1) поступает напряжение синхронизации 0 (фиг, 4), а на управляющий вход- импульсы синхронизации 0хя с выхода восьмого разряда двоичного счетчика 6, На выходе фазового детектора 1 формируется напряжение (при сигнале "1" на управляющем входе фазового детектора 1 последний инвертирует напряжение синхронизации,при сигнале "0" — фазовый детектор работает как повторитель напряжения), которое содержит переменную составляющую и постоянную составляющую — ошибку регулирования, Величина и знак этой ошибки регулирования зависят ат разности фаз между указанными сигналами на входах фазового детектора 1.

Сигнал с выхода фазового детектора 1 (временная диаграмма 0>) поступает на сумматор 2, где основная часть его переменной составляющей компенсируется (временная диаграмма компенсирующей составляющей 0к показана пунктирной линией). Результирующий сигнал с выхода сумматора (временная диаграмма Uz) обрабатывается фильтром низкой частоты 3, который устраняет помехи и высшие гармоники, и поступает на вход ПИ-регулятора 4, обеспечивающего соответствующий закон регули- рования. Отфильтрованная таким образом ошибка регулирования воздействует через

ПИ-регулятор 4 на вход управляемога генератора 5, управляя его частотой генерации.

Импульсы с выхода управляемого генератора 5 поступают на счетный вход двоичного счетчика 6. который работает в коде 12864-32-16 — 8 — 4-2-1. В результате на выходах Х1.„X8 разрядов двоичного счетчика 6 формируются последовательности прямоугольных импульсов синхронизации со скважностью; равной 2 (например, временные диаграммы 0хь Uxs, 0хт и Uxs)

Частота управляемого генератора 5 регулируется так, чтобы разность фаз между напряжением синхронизации U» »и прямо.угольными импульсами синхронизации с выхода восьмога разряда Х8 двоичного счетчика 6 была равна л/2 (ошибка регулирования равна нулю). Такое состоя ние работы устройства именуют режимом синхраниэма. Компенсация переменной составляюшей напряжения с, выхода фазового детектора 1 осуществляется в сумматоре 2 следующим образом. Напряжение синхронизации 0 поступает на вход датчика 10 напряжения синхронизации, нв выходе

45 которого формируется сигнал, равный амплитудному значению напряжения синхронизации (временная диаграмма 010), Этот сигнал (»o) преобразуется первым 7, вторым 8 и третьим 9 фаэочувствительными демодуляторами в разнополярные симметричные прямоугольные импульсы (временные диаграммы 07, 0в и Uo). Первый 7, второй 8, и третий 9 фаэочувствительные демодуляторы управляются импульсами синхронизации с выходов разрядов Х7, Х6 и

Х5 соответственно двоичного счетчика 6 (временные диаграммы 0хт, Uxg и 0хь).

Коэффициенты усиления первого 7, второго 8 и третьего 9 фаэочувствительных демодуляторов равны - 0,7; - 0,3 и 0,15, Результирующий сигнал 0к=0т+0а+0ц в виде напряжения фазачувствительных выпрямителей 7, 8 и 9 является компенсирующей составляющей (временная диаграмма Up, показанная пунктирной линией), которая и нейтрализует действие переменной составляющей с выхода фазового детектора 1 в сумматоре 2. Таким образом осуществляется "фильтрация" ошибки регулирования уже на выходе сумматора 2, Фильтр 3 низкой частоты устраняет лишь высокочастотные составляющие сигнала, имеет малую постоянную времени. В режиме слежения устройства зг фазой напряжения синхронизации U (режим захвата) сигнал на выходе филь- ра 3 низкой часоты практически отсутствует, чта является условием стабильности генерации импульсов управляемым генераторам 5. Частота генерации с высокой тачнастыс равна 256 f сети на любом отрезке времени. Следовательно, и высокую стабильность . меют параметры импульсов синхронизагии на выходах двоичного счетчика 6. Эта особенно важно в . системах управления тиристорными преобразователями, когда в сост" етствии с апгоритмам функционирования каждому состоянию счетчика отводится строга определенное время.

Кроме того, малая постоянная времени фильтра 3 низкой частоты повышает быстродействие слежения (регулирования) устройства эа изменением фазы или частоты напряжения синхронизации. Количество фазочувствительных демодуляторов (7, 8, 9) мажет Сыть увеличено до четырех или пяти.

Тогда фильтрация ошибки регулирования в сумматоре 2 улучшается. Однако дальнейшее увеличение числа демодуляторов, работающих на более высокой частоте, не дает видимого эффекта, поскольку возникающие помехи в контуре регулирования устройства становятся по величине и частоте сопоставимы с сигналами с выходов э1 их дополнительных фазочувствительных демодуляторов, Сумматор 2 и фильтр 3 низкой частоты могут быть в виде суммиру«ощега

RC-фильjðà 11 (фиг. 2), облада>ощего простотой реализации, Выход суммирующего 5 фильтря 11 xopoUJQ согласуется с входом неинвертиру!Ощего Г1«4-регул ятора 4 (фиг. 2), имеющего большое входное сопротлвле:ние, Его передаточная функция

М4(Р) = (1 — !1Р)/Т>Р, где Р— оператор Лапласа;

Т1=й15С16;

Т>=- К17С1С: 1«5

Р !5 N! R17 — значения сопротивлени.:. резисторов 15 и 17;

С16 — ьеличина емкости конденсатора .16.

Нз фиг, 2 по«.аэзнз прин циг>изльн:!я 20 схема управляемого ге.-«ератора 5. На элементах «1-НЕ 28 и 29 выполнен ЙБ-триггер, крторый ь процессе работы находится в одHoI из Двух устОЙчивых сОстояний: либо KQIда на выходе первого элемента 1>1-НЕ 28 25 сигнал "1", а на выходе второго элемента

И вЂ” HE 29 — "0", либо, наоборот, когда на выходе первого элемента И вЂ” HE 26 — "0", а нз выходе второго элемента «4-HF;.>9 — "1", Сигнал "1", по уровню близкий положитель- 30 ному нзпряжснN!o исто «ника пи1ания, подается в первом случае -!ерез первый диод 30 и во стором случае — через диод 31 на соответствующу«о обкладку конденсатора 27, при этом вторая Обкладка конденсатора ос- 35 тается под потенцлалом, кс!Торый уменьшается в результате переэаряда конденсатора

27 вторым источником TQK6 (второй транзистор 26, четвертый резистор 22) — в первом случае и первым источником тока «16Овый «О транзлстор 25, третий резистор 21)-- во втором случае.

Так как обкладки конденсатора 27 связаны через защитные резисторы 23 и 24 со входами установки PS-три«тера. то прл снл- 45 жении потенцлала на указанной обкладке конденсатора 27 до ну>«евогс порога срабатывания триггера последний перебрась«вается, так что для первог

И-Н Е 29 "1", и для второго случая, наоборот.

Скорость перезаряда конденсатора 27 и, следовательно, частота управляемого !8Н8ратора 5 регулируются источниками тока 55 (транзисторы 25, 26 и резисторы 21, 22) путем пода !и нз база 1 рзнэис«спов 25 и 2«э сООтв8тствующего управляющего наг«ряжения через первый г>езистор "9 о вь«хода ЦЦрегулятора 4. >дновременно на базы транзисторов 25 и 26 подается с выхода потенциометра 18 через второй резистор 20 напряжение смещения, В рабочем состоянии устройства (в режиме захвата) потенциал нз выходе потенциометра 18 устанавливается по величине таким, чтобы на выходе П«Л-регулятора 4 напряжение былО близкО нулевому значению., что необходимо для обесгечения симметричной зонь! действия «р)!И-регулятора 4 по выходному напряжению, Соотношение величин резисторов l9 и 20 Определяет ширину этОЙ ЗОны действия, Датчик 10 напряжения. синхронизации (фиг, 3) работает следующим образом, Напряжение с выхода фазового детектора 1 (времен«ая диаграмма Ul) поступает íà cNFнальный вход элемента 32 выборки-хранения, который управляется формирователем

33, « "«о фронту и спаду импульсов синхронизации с выхода восьмого разряда Х8 (временная диаграмма Охв) счетчика б формирователь 33 генерирует короткие импульсы управления (временная диаграмма Оээ), по времени совпадающие с моментами отрицательных максимумов напряжения с выхода фазового детектора 1, которые равны по величине амплитудному значению напряжения синхронизации U<. На выходе элемента 32 выборки-хранения формируется сигнал, равный ампли-,уде напряжения слнхронизации U„- отрицательной полярности, который инвертлруется затем инвертором 34. Таким образом на выходе датчика 1С напряжения синхронизации формируется сигнал, равный по величине амплитуде напряженля синхронизации Uc (временные диаграммы U>-Q и «.>Э4), Если осуществлять формирование импульсов управления для элемента 32 выООрки-хранения с г!Омощью линейного

Д6ШИфРаТОРа, ПОДКЛ«ОЧЕННОго BXOJ>GMN К выходам двоичного счет NKa 6, в моменты положительных максимумов напряжения 0 I с выхОда фазОвогО Д8тектора 1, используя в качестве выходного дешифрзторз соответству«ощий выход, то укаэанный сигнал, равный амплитуде напряжения синхронизации

Ug ПОложи1ельнОЙ полярнсс1и, можно формировать непосг>едс-венно беэ инвертора

34, т. е. в устройство введены датчик напря>кения синхронизации и фазочувствительные демодуляторы, управляемые двоичным счетчиком, формирующие напряжение компенсации, з также сумматор, в котором напряжение фазового детектора и напряжение компенсации суммируются так, "ITQ H3 выходе суммзто«>а N, соответственно, на входе филь .ра низкой частоты сигнал регулирования имеет мач!Ый уровень

1697210

10 пульсаций. На выходе фильтра низкой частоты пульсации напряжения практически отсутствуют. Управляемый генератор работает стабильно. Следовательно, на выходах двоичного счетчика формируются последо- 5 вательности импульсов с высокими временными характеристиками.

Применение устройства синхронизации в системе управления вентильным преобразователем обеспечивает также высокую 10 симметрию управляющих импульсов, Формула изобретения

1. Устройство для синхронизации системы управления вентильным преобразователем, содержащее фазовый детектор, 15 сигнальный вход которого использован как вход напряжения синхронизации устройства, последовательно соединенные фильтр низкой частоты, управляемый генератор импульсов и двоичный счетчик. один из 20 выходов которого соединен с управляющим входом фазового детектора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности управления и надежности вентильного преобразователя путем повыше- 25 ния точности слежения эа напряжением синхронизации, введены фаэочувствительные демодуляторы, датчик напряжения синхронизации и сумматор, причем выходы двоичного счетчика использованы как выхо- 30 ды импульсов синхронизации устройства, управляющий вход фазового детектора соединен с последним выходом двоичного счетчика, вход датчика напряжения синхронизации соединен с входом фазового детектора, выход — с сигнальными входами фазочувствительных демодуляторов, управляющие входы которых соединены с соответствующими, начиная с предпоследнего, выходами двоичного счетчика, выходы — с одним входом сумматора. другой вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход — с входом фильтра низ- кой частоты.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что сумматор и фильтр низкой частоты выполнены в виде суммирующего фильтра низкой частоты.

3. Устройство по и. 1, отл ича ю щеес я тем, что выход фильтра низкой частоты соединен с входом управляемого генератора импульсов через дополнительно введенный ПИ-регулятор.

4. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что датчик напряжения синхронизации выполнен в виде элемента выборки и хранения, у которого сигнальный вход соединен с выходом фазового детектора„а выход является выходом датчика напряжения синхронизации, и схемы управления, у которой выход соединен с управляющим входом элемента выборки и хранения, а входы соединены с выходами двоичного счетчика.

1697210