Устройство для измерения мощности потерь при коммутации тиристора

 

Союз Советски н

Социалистические рве убли (61) Д (22) 3 с при

6Вударетеещвй и интет

CCCP ав ймаи нзобретеннй н открытнй (23) П (72) Авторы изобретения

В. В. Веревкин и Ю. А. Чесноков ЮС()К)З?Г F

ИОНИЧЕСКАЯ тут ЗНВЛКОТИА

Всесоюзный электротехнический инст .им. В. И. Ленина (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ

00TEPb ПРИ КОММУТАЦИИ ТИРИСТОРА

Изобретение относится к элект ронной и электротехнической промышленности и может быть использовано для измерения мощности и энергии потерь, выделяющейся на тиристоре при его коммутации.

Известно устройство для измерения мощности потерь при- кОммутации тиристоров, содержащее умножитель, входной логарифмирующий усилитель, входной линейный дифференциальный усилитель, ячейки нормировки тока, источники тока и выходной усилитель. Работа устройства основана на аналоговом перемножении тока через испытуемый прибор и напряжения на нем по способу умножения с нормировкой стоков (1 1.

Недостатками данного устройства являются небольшой динамический диа- 2о пазон перемножаемых сигналов, невы" сокая точность измерений и необходимость подбора характеристик транзисторов, входящих в состав устройства.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения мощности потерь при коммутации тиристора, содержащее испытательный контур с клеммами для подключения испытуемого прибора, к которым подсоединены генератор тока управления, датчики тока и напряжем ния, соединенные через согласующие узла с соотетствующими блоками выборки и хранения, управляющие входы которых подключены к входу формирова теля импульсов хранения, а их выходы через аналоговый переключательк последовательно соединенным анало". го-цифровому преобразователю, вычислительному блоку и блоку вывода информации, схему управления, подключенную к управляющим входам аналогового переключателя и аналого-цифрового преобразователя, узлы запуска и синхронизации, а также блок управления выборкой и хранением, состоящий из генераторов импульсов пиПоставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения мощности потерь при коммутации тиристора, содержащем испытательный контур с клеммами для подключения испытуемого прибора, к которым подсоединены генератор тока управления, датчики тока и напряжения, соединенные через согласующие узлы с соответствующими блоками выборки и хранения, управляющие входы KQTOpblx подключены к выходу формирователя импульсов хранения, а их выходы через аналоговый переключатель - к последовательно соединенным аналого"цифровому преобразователю, вычислительному .блоку и блоку вывода информации, схему управления, подключенную к. управляющим входам аналогового переключателя и аналого-цифрового преобразователя, узлы запуска и синхронизации, а также блок управления выборкой и хранением, последний блок выполнен состоящим иэ счетчика числа измерений, распределительного блока, схемы объединения, дешифратора тактов, схемы выделения последнего такта, счетчика числа, тактов,.из схемы совпадения кварцевого генератора и схемы выделения первого импульса, причем счетный вход счетчика числа измерений соединен с выходом узла запуска, его вход установки нуля,- с выходом узла синхронизации, к котороиу подключены дополнительно управляющие входы распределительного блока и схемы выделения первого импульса, а выходы счетчика числа измврений через распределительный блок, один из выходов которого соединен с ъ злом синхронизации, подключены ко вхо-. дам дешифратора тактов, к которым подключены также выходы счетчика числа тактов и соединенные с ними входы схемы выделения последнего такта, выход которой подключен к одному из входов схемы совпадения, соединенной другим входом с выходом кварцевого генератора и вторым входом схемы выделения первого импульса, а выходом - со счетным входом счетчика числа тактов,.вход установки нуля которого подключен к выходу схемы выде ления первого импульса, соединенного со входами генератора тока управле3 96067 лообразной формы, смещающих импульсов и ступенчатых импульсов, которые иэ импульсов тока ynpaelleHNR u импульсов, поступающих из вычислительного блока, формируют импульсы 5 управления работой блоков выборки и яранения. Момент времени, в который происходит дискретная выборка изменяющихся значений тока через испы" туемый прибор и напряжения на нем 16 и их последующее запоминание, определяетсе совпадением значений напряжений импульсов пилообразной формы и ступенчатых импульсов и сдвигается от импульса к импульсу относительно начала импульса тока управления с за данным шагом t 2).

Недостатком этого устройства является сравнительно HesblcoKBR точность измерений, обусловленная пост. роением блока управления выборкой и хранением и связанного с ним нес табильностью сдвига от импульса к импульсу переднего фронта импульса, вырабатываемого формирователем импульсов хранения, Передний фронт этого импульса формируется на выходе схемы сравнения в момент совпадения по величине поступающих на ее входы сигналов от генераторов пилообразного и ступенчато нарастающего нап" ряжений. Выходной уровень генератора ступенчато. нарастающего напряжения должен изменяться от такта к такту на постоянную величину, тогда

35 при неизменности скорости нарастания пилообразного импульса и стабильности его начальной. точки обес" печивается сдвиг переднего фронта бО импульса хранения на постоянную величину. Однако известно, что обеспечить высокую точность поддержания уровней напряжения, стабильность скорости нарастания пилообразного напряжения и его линейность, высокую б5 точность срввнения и малый временной и амплитудный дрейф в аналоговых устройствах, работающих с высоким быстродействием, очень сложно.

Кроме того, такие устройства сложны по структуре и требуют высокой точности настройки узлов и блоков схемы

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет улуч- 55 шения стабильности сдвига от такта к такту измерений (выборки) переднего фронта импульса хранения отно3 4 сительно начала импульса тока управления, которМй подается на испытуемый прибор.

5 9606 ния и схемы управления, выходы дешифратора тактов подключены через схему обьединения ко входу формирователя импульса хранения.

На фиг. 1 представлена блок-схема и предложенного устройства; на фиг.2-: временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит (фиг. 1) испытательный контур 1, к выходным зажимам которого через датчик 2 тока подключены клеммы для подсоединения силовых выводов испытуемого прибора

3 и датчика 4 напряжения. К клеммам для подключения управляющих выводов испытуемого прибора 3 подключены выходные зажимы генератора 5 тока управления. Выходы датчиков 2 тока и напряжения 4 соединены сс входами согласующих узлов 6 и 7, выходы ко-, 2î торых подключены ко входам блоков 8 и

9 выборки и хранения, управляющими входами связанные с выходом формиро-.;. .вателя 10 импульса хранения.

2S

Выходы блоков 8 и 9 выборки и храI нения через аналоговый переключатель 11 связаны со входом аналого-. цифрового преобразователя !2 (АЦП), а выходы АЦП. 12 подключены ко входам вычислительного блока 13, связанного с блоком 14 вывода информа" ции. Выход узла 15 синхронизации соединен со входом распределительного блока 16, одним из входов схемы !7 выделения первого импульса и счетным входом счетчика 18 числа измерений, вход установки в нуль которого подключен к выходу узла 19 запуска, а выходы - ко входам распределитель40 ного блока 16 . Выходы распределительного блока 16 соединены со входами дешифратора 20 тактов, а другие входы дешифратора 20 тактов соедине ны с прямыми и инверсными выходами

4S счетчика 21 числа тактов и со входами схемы 22 выделения, последнего такта. Выход схемы 22 выделения последнего такта связан с одним из входов схемы 23 совпадения, второй вход

50 которой связан с выходом кварцевого генератора 24 и вторым входом схемы 17 выделения первого импульса, а выход - со счетным входом счетчика 21 числа тактов. Выход схемы 17 выделения первого импульса соSS единен со входом генератора 5 тока управления, со входом установки в нуль счетчика 21 числа тактов и со

73 6 входом схемы 25 упра вления аналоговым переключателем 11 и АЦЛ 12. Выходы дешифратора тактов связаны со входами схемы 26 обьединения, выход которой подключен к входу формирователя 10 импульса "хранение".

Вход остановки узла 15 синхрониза" ции соединен с последним выходом распределительного блока 16. Узлы

16 и 26 образуют блок 17 управления выборкой и хранения.

Устройство работает следующим образом.

К испытуемому прибору 3 с испытательного контура 1 прикладывается напряжение, величина которого определяется условиями испытания, При появлении запускаемого импульса на входе генератора 5 тока управления, последний формирует импульс тока управления заданной формы и амп литуды через управляющий переход испытуемого прибора 3. При этом ти" ристор 3 включается, напряжение на нем спадает от значения, равного приложенному перед включением до прямого падения напряжения .в открытом состоянии (несколько вольт), а через прибор проходит импульс анодного тока, скорость нарастания которого, амплитуда и длительность определяются параметрами испытательного контура 1. Мощность потерь при коммутации есть произведение мгновенных значений анодного тока и напряжения на испытуемом тиристоре 3 в каждый момент времени. С выходов датчиков тока 2 и напряжения 4 чв-.:: оеэ согласующие .узлы 6 и 7 на входы блоков выборки и хранения 8 и 9 приходят изменяющиеся во времени уровня напряжения, пропорциональные .сооТ ветственно току через испытуемый прибор 3 и напряжению на испытуемом приборе 3 (временная диаграмма 28 на фиг. 2; временная диаграмма 29 - ток управления испытуемого прибора).На управляю ие входы блоков 8 и 9 выборки и хранения поступает импульс с выхода формирователя 10 импульса хранения (временная диаграмма 39).

Процесс включения испытуемого при" бора происходит периодически, например, с частотой 50 Гц. С каждым новым включением испытуемого тиристора

3 передний фронт импульса хранения сдвигается относительно начала импульса тока управления на величину

К.ай, где К - количество сделанных

96067

? включений, а М - шаг дискретизации,: т.е. времл между двумя соседними точками входного сигнала (тока. либо напряжения), котррые измерены устройством. 5

До. прихода импульса хранения,:на выходах блоков 8 и 9 выборки и хранения напряжение в каждый момент времени равно напряжению на входе блока. С приходом переднего фронта им- !в пульса хранения напряжение на выходе блоков 8 и 9 перестает изменять" ся и до прихода заднего фронта импульса хранения остается постоянным и равным значению напряжения. на вхо-- И де в момент прихода переднего фронта импульса хранения. Поскольку передний фронт импульса хранения с каждым следующим .включением испытуемого..тиристора-3 сдвигается относительно зф начала импульса тока управления на величину b,t, то на выходах блоков

8 и 9 выборки .и храчения последовательно появляются уровни напряжений, пропорциональные соответственно мгно- 25 венным значениям тока и напряжения на испытуемом приборе 3 в моменты времени .О, bt 2.И, 3 аt. и т.д. до М. ае, где N - число точек, измерения, заданное до начала испытаний 5р (временная диаграмма 8 - сигнал на выходе блока 8).

Аналоговый переключатель 11 по очереди .подключает вход АЦП 12 к вы" ходам блоков 8 и 9 выборки и хранения.

)АЦП 12 с приходом импульса управления от схемы 2 управления преобразовыва ет.уровни напряжения, которые посту пают на его вход, в цифровой код.

По окончании преобразования одно- 4 го числа с. выхода аналого"цифрового преобразователя 12 формируется сигнал ".конец преобразования", по которому двоичный код поступает в память вычислительного блока 13. Затем осуществляется преобразование в двоичный код второго уровня напряжения, который пропорционален второй измеряемой в данный момент времени величине. Поступив в вычислительный блок

l3, она умножается на первую величи ну и подается в память вычислительного блока 13.. Затем при подаче следующего. импульса тока управления процесс измерения повторяется для .

55 следующей точки измерений.

После измерения мгновенных значений тока, напряжения и мощности во всех заданных точках кривой, дан3 8

we об этих величинах выводятся на блок 14 вывода информации.

Формирование переднего фронта импульса хранения, сдвиг его от одного включения испытуемого тиристора к другому на заданную величину, синхро» ниэация этого фронта с импульсом запуска генератора 5 тока управления происходит следующим образом, При постуллении на вход установки в нуль счетчика 18 числа измерений импульса от узла 19 запуска все триггеры счетчика 18 устанавливаются в нуль, и на счетный вход его начинают поступать импульсы от .узла 1 синхронизации, задающие, частоту включения испытуемого прибора (наиболее часто используется 1 либо

50 Гц, временная диаграмма 30). При поступлении каждого следующего импульса в триггерах счетчика 18 записывается код, "например двоичный, соответствующий количеству пришедших импульсов. Этот код с выходов счетчика 18 числа измерений поступает на входы распределительного блока

16 вместе с сйгналом с выхода узла

15 синхронизации.

Распределительный блок 16 может быть выполнен либо в виде дешифра-. тора, либо в виде последовательного регистра и формирует на одном иэ своих выходов, число которых равно числу точек дискретизации {числу измерений), уровень логической единицы, тогда., как.на остальных выходах присутствует уровень логического нуля. Номер выхода, на котором формиру" ется "единица",. равен числу прошедших в счетчик 18 числа измерений импульсов, Например, при записи десяти импульсов только на десятом выходе распределительного блока 16 присутствует уровень логической единицы (временные диаграммы для трех тактов. 31-33).

Импульсы с выхода узла 15 синхро" низации поступают также на один из входов схемы 17 выделения первого импульса, на .второй вход которой приходит последовательность импульсов с выхода кварцевого генератора 24, работающего в непрерывном режиме, причем период следования этих импульсов равен интегралу между двумя точками, в которых производится. измерение мощности коммутации (временная диаграмма 34). На выходе схемы 17 выделения первого импульса появля ния. от такта на величину периода следования импульсов кварцевого генег ратора, который может поддерживаться с очень высокой степенью точности, благодаря чему с высокой точностью производятся измерения.

9 9606 ется импульс, передний и задний фронты которого совпадают с соответствующими фронтами одного из выходных. импульсов кварцевого генератора 24 и попадают flo времени между фронтами 5 . импульса пришедшего с выхода узла

15 синхронизации (временная диаграмма 35). Импульс с выхода схемы 17 выделения первого импульса поступает на вход генератора 5 управления 1 в запуская его и определяя начало импульса тока управления испытуемого прибора 3, и на вход установки в нуль счетчика 21 числа тактов. При установке счетчика 21 числа тактов в нуль с выхода схемы 22 выделения последнего такта на один из входов схемы 23 совпадения поступает логиче- ская -"единица", и на счетный вход счетчика 21 числа тактов начинают 20 приходить импульсы, формируемые кварцевым генератором 24, (временная диаграмма 36). При этом в счетчике 21 числа тактов последовательно записываются .коды, соответствующие коли- И честву поступивших в счетчик импульсов. При записи кода, соответствующего номеру последней точки измерения, на выходе схемы 22 выделения последнего такта формируется уровень 36 логического нуля, и поступление импульсов на счетный вход счетчика 21 числа тактов прекращается до прихода следующего импульса от узла 15 синхронизации. Таким образом, при приходе каждого следующеао импульса от узла .15 синхронизации, и, соответственно, изменение содержимого счетчика 18 числа измерений на единицу в младшем разряде, в счетчике 4в

21 числа тактов происходит последовательное изменение кодов от нулевого до наибольшего, соответствующего номеру последней точки измерения. Выходы всех триггеров счетчика 21 числа тактов поступают на входы дешифpampa 20 тактов.

Выходы счетчика 21 и выходы распределительного устройства 16 объединяются элементами и дешифраторами

20 тактов. При этом в дешифраторе по очереди появится десять импульсов, причем передний фронт i-ого импульса сдвинут относительно переднего фронта импульса на выходе схе55 мы 17 выделения первого импульса на величину К Т, где Т-период следования импульсов, на выходе схемы 26 сравнения, последовательно проходят

73 10 импульсы, и передний фронт каждого из них сдвинут на величину К ht, где К - номер импульса относительно переднего фронта импульса тока управления испытуемым прибором 3 (временная диаграмма 37) . При появлении уровня логической единицы на последнем выходе распределительного блока 16, узел 15 синхронизации останавливается, и процесс формирования импульсов сдвига заканчивается до прихода следующего импульса от узла

19 запуска.

Предложенное техническое решение позволяет повысить точность измере« ния мгновенных значений мощности по-. терь, выделяющейся при коммутации тиристора, эа счет нового построения блока управления выборкой и хранением.

Одним из основных параметров, оп ределяющих точность измерения, является стабильность сдвига от тактв к такту переднего фронта импульса, управляющего устройством выборки и хранения относительно начала импульса тока управления испытуемого прибора.

В устройстве построения указанно" го блока позволило осуществить формирование импульса хранения в момент записи в счетчик числа тактов такого же кода, как и записанного к этому моменту времени в счетчик числа измерений. На каждом следующем измерении момент совпадения кодов отодвигается на время, равное периоду колебаний кварцевого генератора, а введение в устройство схемы выделения первого импульса, сигналом с выхода которой управляются и генератор управления, и счетчик числа тактов, позволило привязать моменты начала импульса тока управления, сброса счетчика числа тактов в нуль и совпадения кодов в двух счетчиках к фронтам импульсов кварцевого генератора.. Это обеспечило сдвиг переднего фронта импульса хранеФормула изобретения

Устройство для измерения мощности потерь при коммутации тиристора,со3 12 тельно управляющие входы распределительного блока я схемы выделения первого импульса, а выходы счетчика числа измерений через .распределительный блок, один из выходов которого соединен с узлом синхронизации, подключены . к входам дешифратора тактов, к которым подключены также выходы счетчика числа тактов и соединенные с ними входы схемы выделения последнего такта, выход которой подключен к одному иэ входов схемы совпадения,.соединенной другим входом с выходом кварцевого генератора и вторым входом схемы выделения первого импульса, а выходом - со счетным входом счетчика числа тактов, вход установки нуля которого. подключен к выходу схемы выделения первого импульса, соединенного с входами генератора тока управления и схемы управления, выходы дешифратора подключены через схему объединения к входу формирователя импульса хранения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.. Бунаков. B. Л. и др. Исследование динамических потерь в силовых пе" реключающих схемах. "Труды МЭИ", 1977, вып. 339, с. 22.-27., 2. Tasuo Tan1 and оФЬеrs;. Dynamic

charaacterrst its of Thyr i s tors. ЕЕЕ

Conf. Recoid ef lAS, 1972, 7-th Annu.

Hect, р, 455-461.

11 96067 держащее испытательный контур с клем мами для,.подняючения испытуемого прибора, к которым подсоединены генератор тока управления, датчийи toка и напряжения, соединенные через согласующими узлы а:соответствующими блоками выборки и хранения, управляющие входы которых подключены к выходу формирователя импульсов хранения, а их выходы через аналоговый 6 переключатель - к последовательно соединенным аналого-цифровому преобразователю, вычислительному блоку и блоку вывода информации, схему управления, подключенную к управляющим входам аналогового переключателя и аналого-цифрового преобразователя, узлы запуска.и синхронизации, блок управления выборкой и хранением, î т- . л и ч а ю щ е е с я. тем, что, с це- 26 лью повышения точности измерений, :блок управления выборкой и хранением выполнвн состоящим из счетчика

Числа измерений, распределительного блока, схемы объединения, дешифратора 23, тактов, схемы выделения последнего такта, счетчика числа тактов, из схемы . совладения кварцевого генератора и схемы выделения первого импульса, причем счетный вход счетчи- зв ка .числа измерений соединен с выходом узла запуска, его вход установки нуля - с выходом узла синхронизации, к которому подключены дополни960673

1!

II! I

II !

I! ! )

it 1

1

I!!!»

III !

Составитель Ю. Брыэгалов

Редактор Н. Пуаненкова Техред К. Иыцьо Корректор Е. Рошко юевве «еавеее»

Заказ 7256/52 и

tl

32

l) !

И !!

Тираж 717 Подписное

ВНИМПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4