Устройство для управления @ -фазным вентильным преобразователем
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах импульсно-фазового управления вентильными преобразователями с высокими показателями выходного напряжения. Цель изобретения - расширение области .применения устройства и повышение надежности его в работе. В устройстве генератор 1 импульсов выполнен частотно-зависимым на элементе 2 фазовой автоподстройки частоты , в петле обратной связи которого включены последовательно соединенные счетчик 3 на 2n+1 и счетчик 4 на т. Выход элемента 2 используется в качестве выхода синхронизации. Выходы счетчика 4 и выходы распределителя 18 импульсов подключены к входам преобразователя-ограничителя 5, соединенного через первый запоминающий регистр 6 с одними входами преобразователя 7 формы опорного сигнала, который другими входами подключен к п старшим разрядам счетчика 3, а (п+3) выходами через второй запоминающий регистр 8 связан с входами цифроаналогового преобразователя 9. Выход преобразователя 9 через RC- фильтр 10 подключен к первому входу компаратора 13, второй вход которого является входом сигнала управления. Выход компаратора 13 через первый вход элемента 14 соединен с вторым входом элемента 15. Второй вход элемента 14 через фильтр 12 связан с дополнительным выходом преобразователя 7. Выход элемента 16 подключен к входу установки счетного триггера 17 с инверсным синхровходом, п входу одновибратора 16, выход которого соединен с первым входом элемента 15, входом распределителя 18 импульсов и входом управления ключа 11, шунтирующего резистор RC-фильтра 10. Счетный триггер 17 входом связан с синхровходом запоминающего регистра 6 и инверсным синхровходом соединен с входом счетчика, младший разряд которого подключен ксинхровходу запоминающего регистра 8. Выходы распределителя 18 импульсов являются выходами устройства. 1 ил. Ё
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (si)s Н 02 М 7/12
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4705789/07 (22) 14.06.89 (46) 23.03.92. Бюл. М 11 (71) Научно-исследовательский электротехнический институт Научно-производствен-. ного обьединения "ХЭМЗ" (72) А.К. Гинзбург, Г,Г, Жемеров, А.Б. Еремеев, Н.Б. Клойз, И.Л, Коляндр и Е.Б. Петрик (53) 621,314.27 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
N- 1185546А, кл. Н 02 М 7/12, 1985.
Авторское свидетельство СССР
Гч. 1117820А, кл. Н 02 М 7/12, 1984. (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ m-ФАЗНЫМ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах импульсно-фазового управления вентильными преобразователями с высокими показателями выходного напряжения. Цель изобретения — расширение области применения устройства и повышение надежности его в работе. В устройстве генератор 1 импульсов выполнен частотно-зависимым на элементе 2 фазовой автоподстройки частоты, в петле обратной связи которого включены последовательно соединенные счетчик 3 на 2" и счетчик 4 на m. Выход элемента 2 используется в качестве выхода синхронизации. Выходы счетчика 4 и выхоИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления многофазными тиристорными преобразователями с повышенными требованиями к качеству выходного напряжения при переменной частоте питающей сети.
Известно одноканальное цифровое устройство для импульсно-фазового управле„,. Ж„„1721756 А1 ды распределителя 18 импульсов подключены к входам преобразователя-ограничителя
5, соединенного через первый запоминающий регистр 6 с одними входами преобразователя 7 формы опорного сигнала, который другими входами подключен к и старшим разрядам счетчика 3, а (п+3) выходами через второй запоминающий регистр 8 связан с входами цифроаналогового преобразователя 9. Выход преобразователя 9 через RCфильтр 10 подключен к первому входу компаратора 13, второй вход которого является входом сигнала управления. Выход компаратора 13 через первый вход элемента 14 соединен с вторым входом элемента .15, Второй вход элемента 14 через фильтр
12 связан с дополнительным выходом преобразователя 7. Выход элемента 16 подключен к входу установки счетного триггера 17 с инверсным синхровходом, и входу одновибратора 16, выход которого соединен с первым входом элемента 15, входом распределителя 18 импульсов и входом управления ключа 11, шунтирующего резистор
RC-фильтра 10. Счетный триггер 17 входом связан с синхровходом запоминающего регистра 6 и инверсным синхровходом соединен с входом счетчика, младший разряд которого подключен к синхровходу запоминающего регистра 8, Выходы распределителя 18 импульсов являются выходами устройства. 1 ил. ния вентильным преобразователем, содержащее блок синхронизации, на входы которого подается трехфазное напряжение сети; частотно-зависимый генератор импульсов, выполненный на элементе фазовой автоподстройки частоты со счетчиком-делителем в петле обратной связи; блок определения очередной фазы, связанный
1721756
10 выходами непосредственно или через преобразователь кода с одними входами элемента памяти, подключенного другими входами к выходам счетчика-делителя; цифровой компаратор, который связан одними входами с выходами элемента памяти, другими входами — с управляющей шиной, а выходом подключен к информационному входу распределителя импульсов, который одними входами соединен с выходами блока определения очередной фазы, другими входами — с одними выходами блока синхронизации, а выходами подключен к одним входам блока определения очередной фазы, другие входы которого связаны с другими выходами блока синхронизации, один из выходов которого соединен с задающим входом элемента автоподстройки. Выходами устройства являются дополнительные m выходов распределителя по эквивалентному числу фаз вентильного преобразователя.
Недостатком устройства является наличие асимметрии управляющих импульсов, определяемой дискретностью устройства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для управления m-фазным вентильным преобразователем, содержащее формирователь синхроимпульсов, на вход которого поступает однофаэное напряжение синхронизации, m счетчиков импульсов, связанных входами установки с соответствующими выходами формирователя синхроимпульсов, подключенных счетными входами к выходу генератора импульсов, а выходами соединенных с входами мультиплексора, который входами управления подключен к соответствующим выходам распределителя импульсов, выходами через последовательно включенные цифроаналоговый преобразователь и RC-фильтр связан с первым входом компаратора, на второй вход которого поступает напряжение управления, выход компаратора через первый вход элемента
2И соединен с входами распределителя и одновибратора, который выходом подключен к второму входу элемента И и входу управления ключа, шунтирующего резистор
RS-фильтра.
Недостатком устройства является наличие m счетчиков с разрядностью К, сложного мультиплексора и сложного при практической реализации формирователя синхроимпульсов, представляющего собой умножитель на m частоты fc напряжения синхронизации. Так как частота fr генератора импульсов стабильна, то при изменении частоты f< в широких пределах необходимо увеличение разрядности К счетчиков им15
55 пульсов для выполнения условия fr < fc 2, . к
В противном случае известное устройство имеет ограниченный диапазон устойчивой работы. При этом повышение разрядности
К приводит к усложнению мультиплексора, коммутирующего m-К-разрядных кодов счетчиков импульсов. Следовательно, повышение разрядности известного устройства сопряжено со снижением надежности его в работе, Кроме того, в большинстве применений требуется линейная регулировочная характеристика вентильного преобразователя совместно с устройством фазового управления, что обеспечивается применением в последнем арккосинусоидальных опорных сигналов.
Целью изобретения является расширение области применения устройства управления и повышение надежности.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве управления m-фазным вентильным преобразователем, содержащем генератор импульсов, распределитель импульсов, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и RCфильтр, выход которого связан с первым входом компаратора, второй вход которого является входом сигнала управления, одновибратор, соединенный входом с выходом элемента 2И, подключенного первым входом к выходу одновибратора и входу управления ключа, шунтирующего резистор
RC-фильтра, согласно изобретению, генератор импульсов выполнен частотно-зависимым на элементе фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), между выходом и первым входом которого включены последоваи+ тельно соединенные счетчик на 2 и счетчик на m, причем второй вход элемента
ФАПЧ является входом синхронизации, а устройство снабжено преобразователем-ограничителем кода и преобразователем формы опорного сигнала, первым и вторым запоминающими регистрами, счетным триггером, элементом ИЛИ и фильтром, выходы счетчика на m и выходы распределителя импульсов соединены с входами преобразователя ограничителя кода, подключенного выходами через первый запоминающий регистр к одним входам преобразователя формы опорного сигнала, другие входы которого связаны с и старшими разряда и счетчика на 2", а выходы подключены к входам цифроаналогового преобразователя через второй запоминающий регистр, синхровход записи которого соединен с младшими разрядом счетчика на 2"+, вход которого подключен к синхровходу счетного триггера, соединенного выходом с синхровходом записи первого запоминающего регистра и
1721756 подключенного R-входом к выходу элемента
И, который первым входом соединен с входом распределителя импульсов, вторым входом подключен к выходу элемента ИЛИ, связанного первым входом с выходом компаратора и подключенного вторым входом через фильтр к дополнительному выходу преобразователя формы опорного сигнала, реализующего на (n+3) выходах зависимость кода P от входного кода вида (2(" 4 1)cos(glo аа<в2(- )
m.2 и — 1 (и+2) - 1
В в 2(п-1) (а («2(п+3) - 1 или
n — 2) (2(n+2) 1Х в 2 -а) Q аа < в 2п-1
P2(п+2) в 2(п-1) (а (2(п+3) - 1 и на дополнительном выходе
О, 0 а<а, 1 а аинв где он — заданный угол ограничения.
Преобразователь-ограничитель кода формирует свой выходной код а из выходного кода i счетчика íà m и кода j распределителя импульсов по закону
I+1-), 0 < i+1-) < m/2 - 1 а = m+ I+1-), 0 < m+I+1-) < m/2-1.
7 — в остальных случаях, где! =0,1,2......m-1;
j - 1,2,...m.
На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит генератор 1 импульсов, в состав которого входят элемент 2 фазовой автоподстройки частоты, счетчик 3 на 2 и счетчик 4 на m, преобразовательи+1 ограничитель 5 кода, первый запоминающий регистр 6, преобразователь 7 формы опорного сигнала, второй запоминающий регистр 8, цифроаналоговый преобразователь 9, RC-фильтр 10, ключ 11, фильтр 12, компаратор 13, элемент ИЛИ 14, элемент И
15, одновибратор 16, счетный триггер 17 и распределитель 18 импульсов.
Вход синхронизации элемента 2 подключен к источнику импульсов частоты fc сети (на чертеже не показан), Между выходом и первым входом элемента 2 включены последовательно счетчики 3 и 4. Элемент 2, счетчики 3 и 4 образуют генератор 1 импульсов. Выход счетчика 4 и выходы распределителя 18 соединены с входами преобразователя-ограничителя. 5, выходы которого через регистр 6 подключены к одним входам преобразователя 7, другие входы которого соединены с и старшими разрядами счетчика 3, а его (и+3) выхода через запоминающий регистр 8 подключены к входам преобразователя 9, выход которого через RC-фильтр 10 соединен с первым
5 входом компаратора 13, второй вход кото. рого подключен к источнику сигнала управления (на чертеже не показан). Элемент 14 первым входом соединен с выходом компаратора 13, вторым входом через фильтр 12
55 подключен к дополнительному выходу преобразователя 7, а выходом связан с вторым входом элемента И 15.
Первый вход элемента И 15 соединен с входом распределителя 18, выходом одновибратора 16 и входом управления ключа
11, шунтирующего резистор RC-фильтра 10.
Выход элемента 15 подключен к входу одновибратора 16 и R-входу триггера 17. Выход триггера 17 соединен с синхровходом запоминающего регистра 6, а синхровход подключен к входу счетчика 3, младший разряд которого соединен с синхровходом запоминающего регистра 8. Выходами устройства являются выходы распределителя 18 импульсов, Фильтр 12 выполнен, например, как RCфильтр с необходимой для отсечки переходных процессов на выходе преобразователя
7 постоянной времени.
Устройство работает следующим образом.
На вход синхронизации элемента 2 поступают импульсы частоты fc, совпадающие по фазе с напряжением одной из фаз сети.
На выходе генератора 1, образованного элементом 2 и счетчиками 3,4, формируются импульсы частоты f<, равной
fr = fc 2п -1 m. (1)
Выходной код счетчиков 3 и 4 содержит информацию о фазе анодного напряжения каждого из т тиристоров вентильного преобразователя, При этом диапазон работы счетчика 3 z/3 или л/6 радиан соответственно для m = 6 или m = 12. Выходной код i счетчика 4 определяет номер диапазона работы счетчика 3. Выходной код J распределителя 18 соответствует номеру вступающего в работу тиристора, Преобразователь-ограничитель 5 на своих трех выходах формирует код а = f(I.J) поступающий через первый запоминающий регистр 6 на одни входы преобразователя 7.
На другие входы преобразователя 7 поступает код с и старших разрядов счетчика 3.
На входах преобразователя 7 формируется (и+3)-разрядный код а, содержащий информацию о текущей фазе анодного напряжения, соответствующего вступающему в работу вентилю. Преобразователь 7 на сво1721756 (2) их (n+3) выходах формирует код P = f(a) по косинусоидальной или линейный зависимости (в соответствии с требуемой регулировочной характеристикой вентильного преобразователя). 5
Цифровой код P по фронту сигнала на младшем разряде счетчика 3 записывается в регистр 8 и с помощью преобразователя 9 преобразуется в аналоговый опорный сигнал, квантованный по уровню. RC-фильтр 10 10 выделяет "гладкую" составляющую иэ выходного сигнала преобразователя. При этом его постоянная времени выбирается из условия
2 1 15 т1О— гмакс смакс 2" m
ГДЕ тгмакс МаКСИМаЛЬНаЯ ЧЭСТОТЗ ГЕНЕРдТОра 1 импульсов при максимальной частоте тсмакс СЕти.
С выхода RC-фильтра 10 сглаженный опорный сигнал поступает на компаратор
13, где сравнивается с напряжением управления Оудр. При равенстве опорного и управляющего сигналов сигнал с. выхода компаратора 13 поступает через элементы 25
ИЛИ 14 и И 15 на вход одновибратора 16.
На выходе одновибратора 16 появляется импульс нулевого уровня длительностью
<16
llo спаду импульса на выходе одновибратора 16 переключается распределитель
18, определяя номер очередного вентиля.
Выходной импульс одновибратора 16 блокирует прохождение сигнала через элемент
И 15 и замыкает ключ 11 на время т16 Узкий импульс высокого уровня с выхода элемента
И 15 устанавливает на выходе триггера 17 нуль, запрещая запись вновь сформированного кода а" с выхода преобразователя-ограничителя 5 в запоминающий регистр 6, По спаду сигнала fr, поступающего на синхровход триггера 17 с выхода элемента 2, новый код а" записывается в регистр 6 и поступает на входы преобразователя 7, Код а и код на старших разрядах счетчика 3 образуют код а соответствующий текущей фазе анодного напряжения вступающего в работу вентиля. Преобразователь 7 вырабатывает соответствующий код Р, который с его (n+3) выходов записывается в регистр 8 по фронту и далее поступает на входы преобразователя 9.
Описанные выше переключения происходят при замкнутом ключе 11, шунтирующем резистор RC-фильтра 10 и обеспечивающем ускоренный перезаряд конденсатора RC-фильтра 10 до нового значения выходного напряжения преобразователя.
Разделение моментов записи информации в регистры 6 и 8 на интервал времени, равный полупериоду частоты fr, дублированное замыканием ключа 11 на время
F16, исключает возникновение состязаний и повышает надежность в работе устройства.
При этом время выборки входного кода преобразователей 5, 7 должно быть меньше полупериода частоты fr, а длительность импульса одновибратора 16 выбирают из условия гарантированного переключения распределителя 18, преобразователей 5, 7 и завершения переходных процессов на выходе преобразователя 9. По окончании выходного импульса одновибратора 16 начинается очередной цикл работы устройства.
Если при формировании импульса управления для очередного тиристора не сработает компаратор 13, то с дополнительного выхода преобразователя 7 сигнал через фильтр 12, элемент ИЛИ 14, элемент И 15 и одновибратор 16 переключит распределитель 18 импульсов. При этом угол управления вентильного преобразователя будет равен выбранному углу анна ограничения.
Следовательно, исключается возможность пропуска импульса управления, что повышает надежность в работе устройства.
Устройство обеспечивает низкий уровень асимметрии выходных импульсов при колебаниях частоты fc сети и может быть использовано для управления вентильными преобразователями с высокими показателями выходного напряжения, предназначенными для питания ускорителей. При питании вентильных преобразователей от ударных генераторов; что сопровождается изменением частоты fc сети в широких пределах (50...25 Гц), устройство обеспечивает высокую работоспособность и минимальную асимметрию выходных импульсов. Из выражений (1) и (2) следует, что величина асимметрии импульсов возрастает при снижении частоты fc сети, но не превышает значения
Л = г — - 2/ гмакс гмин где frow — частота импульсов генератора 1 при минимальной частоте 1смнн сети.
Величина Л меньше асимметрии импульсов управления аналога при тех же условиях.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает требуемый вид регулировочной характеристики вентильного преобразователя, низкий уровень асимметрии импульсов управления и повышенную
1721756
25
