Устройство для дискретного управления тиристорными преобразователями

 

(19)SU(11)599714(13)A1(51)  МПК ⁶    _H02M1/08(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 07.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСКРЕТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

Изобретение относится к системам управления тиристорными импульсными преобразователями постоянного тока. Известны устройства для управления тиристорными преобразователями, содержащие задающий генератор, соединенный с тактовым счетчиком, который подключен к дешифратору, соединенному с реверсивным счетчиком, подключенным шинами набора и возврата позиций через координирующий элемент к управляющему органу. Такие устройства позволяют осуществлять дискретное управление двухступенчатым преобразователем, но не обеспечивают перераспределения потока энергии между двумя регуляторами. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является дискретное устройство управления тиристорно-импульсными регуляторами напряжения и поля возбуждения тяговых двигателей ЭПС постоянного тока. Это устройство содержит задающий генератор, соединенный с тактовым счетчиком импульсов, подключенным соответствующими выходными шинами к двум дешифраторам, которые соединены с реверсивными счетчиками управления, подключенными шинами набора и возврата позиций к управляющему органу, и триггер знака. Однако такое устройство не позволяет в процессе регулирования осуществлять перераспределение потока энергии между двумя регуляторами с целью получения требуемого режима работы. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для управления. Это достигается тем, что в устройство для управления тиристорными преобразователями, содержащее задающий генератор, соединенный с тактовым счетчиком, подключенным выходными шинами к двум дешифраторам, которые соединены с реверсивными счетчиками, имеющими шины набора и возврата, управляющий блок с шинами набора и возврата позиций и триггер знака с раздельными выходами, дополнительно введены элементы И, при этом выходная шина набора позиций управляющего блока подключена к одному входу первого элемента И, своим выходом подсоединенного к шине набора позиций первого реверсивного счетчика, вторым входом, подключенным к первому выходу триггера знака, соединенного с одним входом второго элемента И, вторым входом подключенного к шине возврата позиций управляющего блока, выходом соединенного с шиной возврата позиций первого реверсивного счетчика. Шина набора позиций второго реверсивного счетчика подключена к выходам третьего и четвертого элементов И, один вход одного из упомянутых элементов подключен к шине набора позиций управляющего блока, второй вход указанного элемента подсоединен к второму раздельному выходу триггера знака, один вход другого элемента И подключен к шине возврата позиций управляющего блока, второй вход описываемого элемента И подключен к первому выходу триггера знака, соединенного с одним входом пятого элемента И, вторым входом подключенного к шине набора позиций управляющего блока, выходом подключенного к шине возврата позиций второго реверсивного счетчика, соединенной с выходом шестого элемента И, одним входом подключенного к шине возврата позиций управляющего блока, а другим входом к второму выходу триггера знака. Кроме того, выход первого дешифратора подключен к одному входу седьмого элемента И, вторым входом подключенного к первому выходу триггера знака, соединенного с одним входом восьмого элемента И, вторым входом подключенного к выходу тактового счетчика. На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 временные диаграммы работы элементов предлагаемого устройства; на фиг.3 силовая схема тиристорно-импульсного преобразователя, управление которым осуществляется с помощью предлагаемого устройства; на фиг.4 диаграммы работы элементов силового преобразователя. Устройство для дискретного управления содержит задающий генератор 1, представляющий собой генератор релаксационных колебаний, соединенный с тактовым счетчиком импульсов 2. Последний выполнен в виде двоичного счетчика, который своими 2n выходами (n число триггеров в счетчике) соединен с дешифраторами 3 и 4, представляющими собой диодные матрицы, которые другими 2n выходами соединены с реверсивными счетчиками 5 и 6. Счетчики выполнены в виде двоичных счетчиков с числом триггеров, равным числу триггеров тактового счетчика. Реверсивные счетчики 5 и 6 своими шинами набора 7, 8 и возврата 9, 10 позиций соединены с элементами И 11-16. Одни входы элементов И 11, 13 и 14 соединены с шиной 17 набора позиций управляющего органа 18, другие входы элементов И 11 и 14 соединены с раздельным выходом 19 триггера знака 20, имеющего второй раздельный выход 21, а другой вход элемента И 13 соединен с раздельным выходом 21 триггера знака 20. Элементы И 12, 15 и 16 одним входом подключены к шине 22 возврата позиций управляющего органа 18, а другой вход элементов И 12 и 16 подсоединен к раздельному выходу 19 триггера знака 20, другой же вход элемента И 15 подключен к раздельному выходу 21 триггера 20 знака, который своими входами подсоединен к выходам 23 24 реверсивного счетчика 6. Элементы И 25 и 26 подключены одним входом к выходу 19 триггера знака 20, другой же вход элемента И 25 подсоединен к выходу дешифратора 3, а другой вход элемента И 25 соединен с выходом 27 тактового счетчика 2 импульсов. Кроме того, управляющий орган 18 выходом 28 соединен с задающим генератором 1 и реверсивными счетчиками 5 и 6. Силовая схема тиристорного преобразователя состоит из двух фаз 29 и 30, которые содержат главные тиристоры 31 и 32, закрытие которых осуществляется при открытии коммутирующих тиристоров 33 и 34, коммутирующие конденсаторы 35 и 36, нагрузки 37 и 38, обратные диоды 39 и 40, а также источник питания 41. Работа тиристорного преобразователя, управление которым осуществляется предлагаемым устройством, заключается в следующем. Первоначально в работе находится фаза 29. При открытии главного тиристора 31 к нагрузке 37 прикладывается напряжение источника питания 41 для закрытия главного тиристора. Через определенный промежуток времени производится открытие коммутирующего тиристора 33, благодаря чему к главному тиристору 31 прикладывается обратное напряжение коммутирующего конденсатора 35, и главный тиристор 31 закрывается. Увеличивая время рассогласования во время открытия главного 31 и коммутирующего 33 тиристоров увеличивают коэффициент заполнения γ где t_и длительность импульса выходного напряжения; Т_р период переключения тиристоров, тем самым повышают величину выходного напряжения первой фазы U_вых=U_оt_иf_р где U_о напряжение источника питания;
f_р рабочая частота переключения тиристоров. При выходе на номинальное напряжение нагрузки 37 или при коэффициенте заполнения, близком к единице, вступает в работу вторая фаза 30, работа тиристоров у которой аналогична первой фазе. При этом одновременно длительность импульса первой фазы уменьшается на величину длительности импульса второй фазы (см. фиг. 4), а ток нагрузки 37 уменьшается при одновременном увеличении тока нагрузки 38. Уменьшая коэффициент заполнения первой фазы 29 и одновременно увеличивая коэффициент заполнения второй фазы 30, устанавливают требуемое соотношение коэффициента заполнения каждой фазы. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Вначале по выходу 28 управляющего органа 18 подается потенциальный сигнал на задающий генератор 1, блокирующий его работу, а также на реверсивные счетчики 5 и 6, устанавливающие триггеры в исходное состояние. При снятии управляющим органом 18 сигнала с выхода 28 задающий генератор 1 вступает в работу и подает тактовые импульсы на вход тактового счетчика 2 импульсов с частотой
f_3г= f_р˙2ⁿ Одновременно по выходу 23 реверсивного счетчика 6 поступает сигнал на раздельный вход триггера знака 20, устанавливающий его в состояние, при котором появляется сигнал на раздельном выходе 21 и соответственно на входах элементов 13 и 15. По мере поступления импульсов от задающего генератора 1 на тактовый счетчик импульсов 2 с одного плеча последнего триггерам тактового счетчика импульсы поступают на выход 27 (см. фиг.1 и 2) с частотой f_р. Далее с выхода 27 импульсы следуют на главный тиристор 31 первой фазы (см.фиг.3). При поступлении импульса от управляющего органа 18 по шине 17 набора позиций на элементы И 11, 13 и 14 сигнал появляется лишь на выходе элемента И 13, так как на другой вход последнего поступает потенциальный сигнал с выхода 21 триггера знака 20. С элемента И 13 сигнал проходит на шину 8 набора позиций реверсивного счетчика 6 и переводит триггеры последнего в такое состояние, при совпадении которого с состоянием триггеров тактового счетчика 2 на выходе дешифратора 4 появится импульс, смещенный во времени относительно соответствующих импульсов, идущих с тактового счетчика 2. С выхода дешифратора 4 импульсы следуют на коммутирующий тиристор 33 первой фазы преобразователя (см.фиг.3). При поступлении второго сигнала по шине 17 набора позиций управляющего органа 18 через элемент И 13 на шину 8 набора позиций реверсивного счетчика 6 смещение импульсов, идущих с выхода дешифратора 4, относительно соответствующих импульсов, идущих с тактового счетчика 2 по выходу 27, равно 2 δ. По мере поступления последующих импульсов на шину 8 набора позиций тактового счетчика 6 это смещение увеличивается. После поступления i-ого импульса, определяющего требуемую величину коэффициента заполнения первой фазы, появляется потенциальный сигнал на выходе 24 реверсивного счетчика 6, переводящий триггер 20 знака в другое устойчивое состояние, при котором сигнал с раздельного выхода 21 исчезает, а появляется на выходе 19 (см.фиг.2). Последующие сигналы, идущие с управляющего органа 18 по шине 17 набора позиций, проходят через элемент И 14 на шину 10 возврата позиций реверсивного счетчика 6 и одновременно через элемент И 11 на шину 7 набора позиций реверсивного счетчика 5 (см.фиг.2), так как нам второй вход элементов И 11 и 14 поступает сигнал с раздельного выхода 19 триггера 20 знака. Учитывая, что с выхода 19 триггера 20 знака сигнал проходит также на элементы И 25 и 26, с выхода тактового счетчика 2 импульсы одновременно поступают по выходу 27 на главный тиристор 31 первой фазы и с выхода элемента И 26 на главный тиристор 32 второй фазы преобразователя (см. фиг.2 и 3). Так как на данной стадии регулирования сигналы от управляющего органа 18 проходят по шине 17 набора позиций на шину 10 возврата позиций реверсивного счетчика 6, выполняется операция вычитания, при которой длительность импульса первой фазы 29 уменьшается при одновременном увеличении длительности импульса выходного напряжения второй фазы 30 в связи с тем, что сигналы от управляющего органа 18 на реверсивный счетчик 5 поступают по шине 7 набора позиций. При совпадении состояний триггеров тактового счетчика 2 с состояниями триггеров реверсивных счетчиков 5 и 6 появляются управляющие импульсы на выходе дешифратора 3, которые через элемент И 25 поступают на коммутирующий тиристор 34 второй фазы, смещенные относительно соответствующих импульсов, идущих с элемента И 26 на главный тиристор 32, на величину длительности импульса, на которую уменьшается длительность импульса выходного напряжения первой фазы, а также появляются импульсы на выходе дешифратора 4, смещенные относительно соответствующих импульсов, идущих по выходу 27, на величину, на которую уменьшается длительность импульса второй фазы. Дальнейшее поступление импульсов по шине 17 набора позиций от управляющего органа 18 приводит к уменьшению рассогласования между импульсами, идущими по выходу 27 и с дешифратора 4, что приводит к уменьшению коэффициента заполнения первой фазы и одновременно к увеличению рассогласования между импульсами, идущими с выхода элемента И 26 и с выхода элемента И 25. Все это ведет к увеличению коэффициента заполнения второй фазы. При достижении требуемого соотношения длительностей импульсов выходного напряжения двух фаз дальнейшее поступление управляющих импульсов от управляющего органа 18 по шине 17 набора позиций прекращается. Для возвращения счетчиков в исходное состояние управляющие импульсы от управляющего органа 18 поступают по шине 22 возврата позиций. Учитывая, что на раздельном выходе 19 триггера знака 20 присутствует сигнал, импульсы от управляющего органа 18 проходят через элемент И 16 на шину 8 набора позиций реверсивного счетчика 6 и одновременно через элемент И 12 на шину 9 возврата позиций реверсивного счетчика 5. Последнее приводит по мере поступления импульсов по шине 22 возврата позиций к увеличению рассогласования между импульсами, идущими по выходу 27 и с дешифратора 4, а также к уменьшению рассогласования между соответствующими импульсами, идущими с выходов элементов И 25 и 26. При достижении второй фазы 30 значения коэффициента заполнения, близкого к нулю, а первой фазы значения, близкого к единице на выходе 23 реверсивного счетчика 6 появляется потенциальный сигнал, который переводит триггер знака 20 в другое устойчивое состояние, при котором появляется сигнал на раздельном выходе 21 и исчезает с выхода 19, тем самым вторая фаза 30 из работы исключается, так как на входы элементов И 25 и 26 с триггера знака сигнал не подается. Снижение коэффициента заполнения первой фазы происходит следующим образом. Импульсы, продолжая поступать от управляющего органа 18 по шине 22 возврата позиций и следуя через элемент И 15, на другой вход которого поступает сигнал с раздельного выхода 21 триггера знака 20, на шину возврата 10 позиций реверсивного счетчика 6, приводят к изменению состояний триггеров счетчика, при которых по мере поступления указанных импульсов рассогласование между импульсами, следующими по выходу 27 тактового счетчика 2 и с выхода дешифратора 4, уменьшается, что соответствует уменьшению коэффициента заполнения первой фазы преобразователя (см.фиг.3). Предлагаемое устройство обеспечивает перераспределение потока энергии между преобразователями.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСКРЕТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ, содержащее задающий генератор, соединенный с тактовым счетчиком, подключенным выходными шинами к двум дешифраторам, которые соединены с реверсивными счетчиками, имеющими шины набора и возврата, управляющий блок с шинами набора и возврата позиций и триггер знака с раздельными выходами, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, оно дополнительно снабжено элементами И, при этом выходная шина набора позиций управляющего блока подключена к одному входу первого элемента И, своим выходом подсоединенного к шине набора позиций первого реверсивного счетчика, вторым входом подключенным к первому выходу триггера знака, соединенного с одним входом второго элемента И, вторым входом подключенного к шине возврата позиций управляющего блока, выходом соединенного с шиной возврата позиций первого реверсивного счетчика, шина набора позиций второго реверсивного счетчика подключена к выходам третьего и четвертого элементов И, один вход одного из упомянутых элементов подключен к шине набора позиций управляющего блока, второй вход указанного элемента подсоединен к второму раздельному выходу триггера знака, один вход другого элемента И подключен к шине возврата позиций управляющего блока, второй вход описываемого элемента И подключен к первому выходу триггера знака, соединенного с одним входом пятого элемента И, вторым входом подключенного к шине набора позиций управляющего блока, выходом подключенного к шине возврата позиций второго реверсивного счетчика, соединенной с выходом шестого элемента И, одним входом подключенного к шине возврата позиций управляющего блока, а дргуим входом к второму выходу триггера знака. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выход первого дешифратора подключен к одному входу седьмого элемента И, вторым входом подключенного к первому выходу триггера знака, соединенного с одним входом восьмого элемента И, вторым входом подключенного к выходу тактового счетчика.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4