Система управления тиристорным электроприводом

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскии

Социапистическик

Рвспубпмк (iii 988260 (6! ) Дополнительное к авт. свнЛ-ву (22) Заявлено 01. 06 76 (2! ) 2368623/18-24 с присоединением заявки Jl!!. (23) Приоритет

Опубликовано 23. 06. 82. Бюллетень № 23 (51)М, Кл.

G 05 В 15100

)ееударстмнкый комктет

СССР ае лелзм кзобретеккк н открытк!! (53) УДК 681. .326(088.8) Дата опубликования описания 25. 06. 82 (72) Автор: изобретения

В. М. Винниченко (7I) Заявитель (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ

ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и предназначено для управления тиристорными электроприводами с помощью средств вычислительной техники.

Известна система управления тиристорным электроприводом, содержащая блок синхронизации, формирователь 0 импульсов управления и усилитель мощности, а также источник питания Г1).

Недостатком указанной системы является ее невысокая точность.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система управления тиристорным электроприводом, содержащая последоватепьно соединенные блок синхронизации, формироватепь импульсов уп- 20 равления и усилитель мощности, входы блока синхронизации и вторые входы усилитепя мощности подключены к источнику питания (2).

Недостатком системы являются малая точность и пониженная надежность.

Цель изобретения — повышение точности и надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что система содержит устройство вычисления углов отпирания тиристора, выходы которого подключены к вторым входам формирователя импульсов управления.

Кроме того, устройство вычисления углов отпирания тиристоров содержит первый и второй элементы ИЛИ, выходы которых соответственно подключены к выходам устройства, первые выходы сумматора и вычитателя подсоединены к первому входу устройства, вторые входы — к выходу задатчика кода смещения, выход сумматора соединен с первыми входами первого и второго элементов совпадения, выход вычитателя соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов сов- падения, вторые входы первого и тре тьего элементов совпадения соединены с входом первого инвертора и вторым входом устройства, вторые входы ВТо рого и четвертого элементов совпадения соединены с выходом первого инвертора, выходы второго и третьего элементов совпадения соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, а выходы первого и четвертого элементов совпадения с входами второго элемента ИЛИ.

При этом блок синхронизации содержит первый фазовый дискриминатор, первый вход которого соединен с вторым входом третьего фазового дискриминатора и с первым входом блока, второй вход первого фазового дискриминатора соединен с первым входом второго фазового дискриминатора и с вторым входом блока, второй вход второго фазового дискриминатора соединен с первым входом третьего фазового дискриминатора и с третьим входом блока, выход первого фазового дискриминатора соединен с входами второго инвертора, второго элемента выделения переднего фронта импульсов, первым входом пятого и вторым вхЬдом девятого элементов совпадения, выход второго фазового дискриминатора соединен с входами третьего инвентора, четвертого элемента выделения переднего фронта импульсов, первым входом шестого и вторым входом десятого элементов совпадения, выход третьего фазового дискриминатора соединен с входом четвертого инвентора, входом шестого элемента выделения переднего фронта импульсов, первым .входом седьмого и вторым входом восьмого элементов совпадения, выход второго инвентора соединен с входом первого элемента выделения переднего фронта импульсов, вторым входом шестого и первым входом восьмого элементов совпадения, выход третьего инвентора сбединен с входом третьего элемента выделения переднего фронта импульсов, первым входом девятого и вторым входом седьмого элементов совпадения, выход четвертого инвентора сое" динен с входом пятого элемента. выделения переднего фронта импульсов, вторым входом пятого и первым входом десятого элементов совпадения, выходы первого, третьего и пятого элементов совпадения переднего фронта импульсов соединены через третий

938260 4 элемент ИЛИ с первым входом первого счетчика, а выходы второго, четвертого и шестого элементов выделения переднего фронта импульсов соединены через третий элемент ИЛИ с первым входом второго счетчика, вторые входы счетчика соединены с выходом генератора, выходы первого и второго счетчиков подключены соответствен10. но к первому и второму выходам блока, а выходы пятого, шестого, седьмого и восьмого, девятого и десятого элементов совпадения соединены соответственно с третьим, четвертым,

Кроме того, формирователь импульсов управления содержит первый и второй элементы сравнения, первые ур и вторые входы которых подключены к соответствующим входам формирователя, первые входы одиннадцатого, двенадцатого, тринадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого и шестнадщ цатого элементов совпадения подключены к соответствующим входам формирователя, выход первого элемента сравнения соединен с вторыми входами одиннадцатого, двенадцатого и триЗ© надцатого элементов совпадения, а выход второго элемента сравнения соединен с вторыми входами четырнадцатого, пятнадцатого и шестнадцатого элементов совпадения, выходы каждого элемента совпадения через соответствующие формирователи импульсов соединены с выходами формирователя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема системы управления 4P тиристорным электроприводом; на фиг. 2 — схема устройства вычисления углов отрицания тиристоров, на фиг. 3 — схема блока синхронизации; на фиг. 4 - схема формирователя импульсов управления; на фиг. 5 — переменные диаграммы работы системы.

Схема содержит устройство 1 вычисления углов отпирания тиристоров формирователь 2 импульсов управления,. усилитель 3 мощности, блок 4 синхронизации, источник 5 питания, ЦВМ 6, сумматор 7, вычитатель 8, первый инвертор 9, первый, второй, третий и четвертый элементы совпадения 1О, 11, 12 и 13, первый и второй элементы ИЛИ 14 и 15, задатчик

16 кода смещения, первый, второй. и третий дискриминаторы 17, 18 и 19, 5 9382 второй, третий и четвертый инверторы 20, 21, 22, шесть элементов выде-. ления переднего фронта н.пульсов

23-28, третий и четверты 1 элементы

ИЛИ 29 и 30, пятый, шестой, седьмой восьмой, девятый и деся1ый элементы совпадения 31-36, два счетчика 37 и 38, генератор 39, первый 40 и вто-. рой 41 элементы сравнения, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый, четырнадцатый, пятнадцатый и шестнадцатый элементы совпадения 42-47 и первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой формирователи 48-53 импульсов, кривые напряжения 54, !5

55 и 56, сигнал на выходе 2-го эле-: мента Z,, моменты времени й1-te напряжение ОА, ОВ, U .

Устройство работает следующим образом. о

ЦВМ 6 работает по заложенному алгоритму управления формирует на своем первом выходе (фиг. 1)-сигнал управления в виде кода Q, соответствующего требуемой величине напряжения 2% управления электроприводом, и на втором выходе сигнал кода з1дп Q, соответствующий требуемому знаку этого напряжения. Эти сигналы поступают на первые входы сумматора 7 зо и вычитателя 8 (фиг. 2) и на вход первого инвертора 9.

На вторых входах сумматора 7 и вычитателя 8 имеется код смещения, сформированный в задатчике 16.

Величина кода выбирается с учетом частоты развертки полуволн напряжения питания, формируемой генератором 39, входящим в состав блока синхронизации (фиг. 3) и самой частоты, питающей электропривод сети переменного тока. Она соответствует числу импульсов, которое должно быть записано в счетчиках 37 и 38 в момент отпирания тиристоров в анодной или катодной группах при нулевом сигнале управления.

Пусть форма кривых напряжения

U U и 0 представлена на временА ных диаграммах кривыми 54, 55 и 56 соответственно. Тогда в момент времени t1 (т.е. в момент совпадения

В данном случае величина кода смещения принята равной половине максимального числа импульсов, которое должно быть записано в счетчиках 37 и 38, и соответствует начальному углу отпирания тиристоров, равному 90 .

Следовательно, на выходе сумматора 7 (фиг. 2) формируется код, соответствующий углу отпирания тиристоров, превышающему начальный, I а на выходе вычитателя 8 - код, соответствующий уменьшенному по сравнению с начальным углу отпирания тиристоров.

B зависимости от знака сигнала управления sign Q, формируемого

ЦВМ на втором входе устройства вычисления углов отпирания тиристоров, эти коды должны поступить на противоположные (анодную или катодную) группы тиристоров. Выбор производится с помощью элементов 10, 11, 12 и 13 совпадения, при этом сигнал с входа сумматора 7 формируется на выходах элементов 10 и 11 совпадения в зависимости от кода sign Q, поступающего с второго входа устройства вычисления углов отпирания тиристоров на второй вход элемента 10 совпадения непосредственно, а на вход элемента 11 совпадения через инвертор 9, а сигнал с выхода вычитателя 8 формируется на выходах элементов 12 и 13 совпадения, вторые входы которых соединены с вторым входом устройства 1 через инвертор

9(элемент 13 совпадения) или непосредственно (элемент совпадения 12).

Примем, что при sign Q = 1 сигналы с выходов сумматора 7 и вычитателя 8 формируются на выходах элементов !0 и 12 совпадения соответственно. Тогда через элементы ИЛИ 14 и

15, входы которых соединены с выходами элементов 10 и 12 совпадения, сигнал с выхода сумматора 7 будет сформирован на первом выходе, а сигнал с выхода вычитателя 8 — на втором выходе устройства вычисления уг" лов отпирания тиристоров.

В случае же sign Q = 0 сигнал с выхода сумматора 7 через элемент 11 совпадения и элемент ИЛИ 15 будет сформирован на втором выходе, а сигнал с. выхода вычитателя 8 через элемент 13 совпадения и элемент ИЛИ 14на первом выходе устройства l.

Дальнейшее формирование сигналов отпирания тиристоров происходит с учетом фаз напряжений питания уси» .- лителя 3 мощности (фиг. 1) и поясняется с помощью временных диаграмм (фиг. 5).

93826

7 по величине напряжений 0 и U<) на вьходе фазового дискриминатора 19 (фиг.. 3) исчезает положительный потенциал; в момент времени t< (фиг.5)

; е. в момент начала превышения величиной напряжения U> величины напряжения U<) формируется положительный потенциал на выходе фазового дискриминатора 18 (фиг. 3); в момент времени С, (фиг. 5) т.е. в 1О момент начала превышения величиной напряжения U величины напряжения

Уд формируется положительный потенциал на выходе фазового дискриминатора 19 (фиг. 3), а в момент време- 1s ни й6 (фиг.5) т.е. в момент начала превышения величиной напряжения с

U величины напряжения U> положительный потенциал формируется на выходе фазового дискриминатора 17 щ (фиг. 3 ). Исчезновение положительных потенциалов на выходах фазовых дискриминаторов 17 (18) происходит в моменты времени t >(t>) (фиг. 5 ), т.е. в момент начала уменьшения вели- чины напряжения U>(U<) по сравнению с величиной напряжения U (U ).

С учетом связей выходов фазовых дискриминаторов 17, 18 и 19 (фиг. 3) с соответствующими входами элементов выделения переднего фронта импульсов 23-28 на выходах последних формируются короткие импульсы: в момент времени и на вь;ходе элемента

27, в момент времени t - на выходе элемента 26, в момент времени на выходе элемента 23, в момент времени t — на выходе элемента 28, в момент времени t < и t< — на выходах элементов 25 и 24 соответственно.

Каждый из импульсов, сформированный на выходах элементов выделения переднего фронта импульсов 23, 25, 27, проходя через элемент ИЛИ 30, в

MOMBHTbt i3PBMBHVI З, t5 1, РОИЗ 4 водит установку счетчика 38 в исходное (нулевое) состояние, поспе чего счетчик вновь начинает переход в состояние, соответствующее количеству импульсов, поступивших на его

50 счетный ход с выхода генератора 39.

Подобным образом производится заполнение импульсами и перевод в исходное (нулевое) состояние счетчика 37 импульсами, сформированными на выходах элементов выделения переднего фронта импульсов 24, 26 и

28 и приходящими на установочный вход сче ика 37 через элемент ИЛИ 29 в моменты времени t, t u t сост ветственно. Рабочую частоту генератора 39 выбирают такой, чтобы в промежуток времени между приходом двух импульсов на установочный вход счетчики 37 и 38 успевали „Записать число импулЬсов, равное 2, где h — число разрядов максимальной величины кода управления Q, формируемого на первом выходе ЦВМ 6 (фиг. 1)

Текущее значение числа, записанное в счетчиках 37 и 38 (фиг. 3) оказывается сформированным на первом и втором выходах блока 4 синхронизации (фиг. 1), а также на третьем и четвертом входах формирователя

2 импульсов управления и соединенных с ними вторых входах элементов 40 и 41 сравнения (фиг. 4) соответственно. С учетом соединений входов элементов совпадения 31-36 (фиг. 3) на их выходах а, следовательно, и на третьем, четвертом, пятом, шестом, седьмом и восьмом выходах блока 4 (фиг. 1) и соединенных с ними пятом, шестом, седьмом, восьмом девятом и десятом входах формирователя 2 формируется положительный потенциал в интервалы времени, соответствующие следующим диапазонам изменения фазовых углов напряжений

Up, 0В .и 0С. на третьем, пятом и седьмом выходах блока 4 — от 30 до

150 положительной полярности напряжений 0, 0В и U соответственно, а на восьмом, четвертом и шестом выходах блока 4 — от 30 до 150 отрицательной полярности напряжений

U, U и U соответственно. Эти сигналы являются разрешающими для формирования импульсов отпирания тиристоров соответствующей фазы и соответствующей (анодной или катодной) группы.

Таким образом, в зависимости от знака сигнала управления, сформированного ЦВИ 6, коды управления, соответствующие опережающему или запаздывающему (по сравнению с исходным)углу отпирания тиристоров, сформированные на первом или втором выходах устройства l, оказываются записанными на первом или втором входах формирователя 2 и на соединенных с ними первых входах элементов 40 или 41 сравнения (фиг. 4).

Рассмотрим три возможных варианта работы системы управления тиристорным электроприводом: при нулевом

38260 10

20

30

9 9 сигнале управления на первом выходе

ЦВМ 6 (фиг. 1), а также при положительном (sing Q = 1) или отрицатель ном (з!gn Q = О) знаках сигнала управления на втором выходе ЦВМ 6 в случае Q g 0. На временных диаграммах (фиг. 5) эти варианты отражены различными во времени расположениями импульсов на выходах элементов 40 и 41 сравнения (фиг. 4) и обозначены с соответствующими индек-. сами 1, 2, 3.

1. При нулевом сигнале управления на выходе ЦВМ 6 (фиг. 1) коды управления тиристорами анодной и катодной групп усилителя 3 мощности, сформированные на выходах элементов

40 и 41 сравнения (фиг. 4), равны между собой и в моменты времени (фиг. 5) на выходе элемента 40 сравнения (фиг. 4), а в моменты времени (фиг. 5) на выходах элемента 41 сравнения (фиг. 4) формируются импульсы отпирания тиристоров соответственно анодной и катод ной групп. Эти импульсы с выхода элемента 40 сравнения проходят на вторые входы элементов 42, 43, 44 совпадения, а с выхода элемента

41 сравнения проходят на вторые входы элементов совпадения 45, 46 и 47. На первые входы элементов

42, 43 и 44 совпадения, соединенные с пятым, шестым, седьмым входами формирователя 2 (фиг. 1), с третьего, четвертого и пятого выходов блока 4 в момент прихода на аноды тиристоров анодной группы, управляющие электроды которых соединены с входами 1, 2, 3 усилителя 3, положительной полуволны напряжений Од, ОВ и Uc соответственно, проходят потенциал разрешения прохождения импульса.

Такие же потенциалы проходят через. восьмой, девятый и десятый входы формирователя 2 импульсов с шесТого, седьмого,и восьмого вы-. ходов блока 4 в моменты прихода положительной полуволны напряжений

0>, 0В и U< на аноды тиристоров катодной группы, управляющие элвк" троды которых соединены с входами

4, 5 и 6 усилителя 3.

Таким образом, каждый из тиристоров отпирается импульсом с выхода элементов совпадения 42-47 (фиг. 4), проходящим через формирователи импульсов 48-53, выходы которых соединены с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым выходами формирователя 2, в момент максимума напряжения положительной пслярности на аноде тиристора и результирующий ток через нагрузку

I электропривода равен нулю.

2. Пусть при sign (}. = 1 для правильного функционирования системы управления необходимо уменьшение времени открытого состояния тиристоров анодной группы, управляющие электроды которых соединены с первым, вторым и третьим выходами формирователя 2, и увеличение времени открытого состояния тиристоров катодной группы, управляющие электроды которых соединены с четвертым,, пятым и шестым выходами формирователя 2. Это обеспечивается тем, что первый вход формирователя 2 через первый выход устройства 1 соединяется с выходом сумматора 7 (фиг. 2) через элемент 10 совпадения, и элемент ИЛИ 14, а второй вход формирователя 2 (фиг. 1) через второй выход устройства 1 соединяется с выходом вычитателя 8 (фиг. 2) через элемент l2 совпадения и элемент

ИЛИ 15.

В результате этого на выходе элемента 40 сравнения (фиг. 4) импульсы разрешения отпирания тиристоров появляются позже, чем они появлялись при отсутствии сигнала управления на первом выходе ЦВМ, а на выходе элемента 41 сравнения раньше. Соответственно пройдя через элементы совпадения 42-47 и формирователи

48-53, они уменьшают. время открытого состояния тиристоров анодной группы и увеличат время открытого состояния тиристоров катодной группы. Это отражено сдвигом времени появления импульсов отпирания тиристоров на временных диаграммах (фиг. 5) .

3. Наконец, при sign Q = 0 время открытого состояния тиристоров анодной группы должно быть увеличено, а тиристор катодной группы— уменьшего. Это обеспечивается соединением первого входа формирователя

2 импульсов управления через элемент

ИЛИ 14 (фиг. 2) и элемент 13 совпадения с выходом вычитателя 8, а второго входа формирователя 2 (фиг. 1) через элемент ИЛИ 15 (фиг. 2) и эле8260

1l 93 мент 11 совпадения с выходом сумматора 7. В результате на выходе элемента 40 сравнения (фиг. 4) импульсы разрешения отпирания тиристоров появятся раньше, чем они появлялись при отсутствии сигнала управления. с

ЦВИ, а на выходе элемента 41 сравнения - позже (фиг. 5). Соответственно время открытого состояния тиристоров анодной группы увеличится, а тиристорое катодной группы уменьшится и направление протекающего через нагрузку тиристорного электропривода тока изменится по сравнению с предыдушим случаем на обратное.

В результате использования изобретения устраняется необходимость двойного преобразования сигнала уп-: равления, в результате чего повышается ее точность и надежность системы.

Формула изобретения

Система управления тиристорным электроприводом, содержащая последовательно соединенные блок синхронизации, формирователь импульсов управления и усилитель мощности, вторые входы блока синхронизации и усилителя мощности подключены к источнику питания, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения точности и надежности, система содержит устройство вычисления углов отпирания тиристоров, выходы которого подключены к вторым входам формирователя импульсое. управления.

2. Система по и. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что устройство вычисления углов отпирания тиристоров содержит первый и второй элементы ИЛИ, выходы которого соответственно подключены к выходам устройства, первые входы сумматора и вычитателя подсоединены к первому входу устройства, вторые входы — к выходу задатчика кода смещения, выход сумматора соединен с первыми входами первого и второго элементов совпадения, выход вычитателя соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов совпадения, вторые входы первого и третьего элементов совпадения соединены с входом первого инвертора и вторым входом устройства, вторые входы второго и четвертого элементов совпадения с выходом первого инвертора, выходы второго и третьего элементов совпадения - с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, а выходы первого и четвертого элементов совпадения — с входами второго элемента ИЛИ.

3. Система по и. 1, о т л и

to ч а ю щ а я с я тем, что блок синхронизации содержит первый фазовый дискриминатор, первый вход которого соединен с вторым входом третьего фазового дискриминатора, с первым

15 входом блока, второй вход первого базового дискриминатора соединен с первым входом второго фазового дискриминатора и с вторым входом блока, второй вход фазового дискримищ натора соединен с первым входом третьего фазового дискриминатора и с третьим входом блока, выход первого фазового дискриминатора соединен с входами второго инвертора, второго элемента выделения переднего фронта импульсов, первым входом пятого и вторым входом девятого элементов совпадения, выход второго фазового дискриминатора соединен с входами третьего инвертора, четвертого элемента выделения переднего фронта импульсов, первым входом шестого и вторым входом десятого элементов совпадения, выход третьего фазового дис35 криминатора соединен с входом четвертого инвертора, входом шестого элемента выделения переднего фронта импульсов, первым входом седьмого и вторым входом восьмого элементов совпадения, выход второго инвертора соединен с входом первого элемента выделения переднего фронта импульсов, вторым входом шестого и первым входом восьмого элементов совпадения, вы45 ход третьего инвертора соединен с входом третьего элемента выделения переднего фронта импульсов, первым входом девятого и вторым входом седьмого элементов совпадения, выход четвертого инвертора соединен с входом пятого элемента выделения переднего фронта импульсов, вторым входом пятого.и первым входом десятого элементов совпадения, выходы первого, третьего,и пятого элементов выделения переднего фронта импульсов соединены через третий элемент ИЛИ с первым входом первого счетчика, а выходы второго, четвертого и шестого элемен13

938260 тов выделения переднего фронта иипульсоа соединены через третий элемент ИЛИ с первым входом второго счетчика, вторые входы счетчиков соединены с выходом генератора, выходы первого и второго счетчиков подключены соответственно к первому и второму выходам блока, а выходы пятого, шестого, седьмого, восьмого, девятого и десятого элементов совпадения соединены соответственно с третьим, четвертым, пятым, шес-. тым, седьмым и восьмым выходами блока.

4, Система по и. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что формиро ватель импульсов управления содержит первый и второй элементы сравнения, первые и вторые входы которых подключены к соответствующим входам формирователя, первые входы одиннадцатого, двенадцатого, тринадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого и шестнадцатого элементов совпадения подключены к соответствующим входам формирователя, выход первого эле" мента сравнения соединен с вторым

s входом одиннадцатого, двенадцатого и тринадцатого элементов совпадения, а выход второго элемента сравнения - с вторыми входами четырнадцатого, пятнадцатого и шестнадцатого элементов совпадения, выходы каждого элемента совпадения через соответствующие формирователи импульсов соединены с выходами формирователя. !

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Найдис &.А. и др, Системй постоянного тока на тиристорах. м и.-л., 1966, с. 58.

2. Лебедев А.И. и др. Тиристорный следящий электропривод. И., 3972. с 93 (прототип) 938260

Г/7

1 !

1 1

11 2б

72У

Z30

1 )

2ду !

1 !

1 !

ВИИИПИ Заказ 4464/72 Тираж 914 Подписное

Фнпиап ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Прое ктная, 4

Z

22 !