Пристрій для керування вентильним перетворювачем

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве системы управления для вентильного электропривода постоянного и переменного тока. Известно устройство для управления вентильным преобразователем, содержащее последовательно соединенные формирователь синхроимпульсов, фазосдвигающее устройство, две полуфазные двухвходные схемы совпадения, выходные формирователи импульсов, а также формирователь импульсов ограничения, состоящий из последовательно соединенных генератора импульсов ограничения, двухвходовой схемы совпадения, счетчика, к выводам разрядов которого подсоединены формирователи импульсов ограничения ( a min и a max , своими выходами подсоединенные ко входам S и R триггера типа RS, выход которого подсоединен ко вторым входам полуфазных двухвходовы х схем совпадения, второго триггера типа RS, выход которого подсоединен ко второму входу двухвходовой схемы совпадения, вход R соединен с входом R счетчика и выходом формирователя синхроимпульсов, а вход S соединен с выходом формирователя импульсов ограничения a max . Недостатками да иного устройства являются: непригодность для использования в качестве фазосдвигающего устройства к электроприводу из-за большой дискретности мжду соседними значениями углов и сложности их переключения, суженный диапазон выставления углов, недопустимая асимметрия из-за возможности использования его только в многоканальных фазосдвигающи х устройства х. Задачей изобретения является повышение надежности, расширение диапазона углов управления, упрощение. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для управления вентильным преобразователем, содержащем в каждой фазе формирователь синхроимпульсов с выходами широких и узких импульсов, выход узких импульсов которого подключен к R входу первого RSтриггера, выход которого подключен к первому входу вы ходного формирователя импульсов, счетчик импульсов, вход R которого соединен с R входом первого RS-триггера, выход - со входом S первого RS-триггера, формирователь импульсов ограничения, состоящий из первого и второго формирователей импульсов углов ограничения a min и a max и второго RS-триггера, ко входу R которого подсоединен выход формирователя a min , ко входу S- a max , вы ход второго RS-триггера подсоединен ко входу вы ходного формирователя импульсов, к третьему входу которого подсоединен выход широких импульсов формирователя синхроимпульсов общий для всех фаз генератор импульсов, состоящий из последовательно соединенных источника опорного напряжения, интегратора и первого входа первого компаратора, а также первого ключа, выходами подключенного параллельно первому интегратору, к другим входам первого компаратора подсоединены источники согласующего и управляющего напряжения, согласно изобретению, в каждую фазу введены третий RS-триггер, двухвходовый элемент совпадения, общий для всех фаз третий формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход соединен с S входом третьего RS-триггера и счетным входом счетчика, вход R третьего RS-триггера соединен с выходом узких импульсов формирователя синхроимпульсов, инверсный выход соединен с первым входом двухвходового элемента совпадения, ко второму входу которого подключен выход первого формирователя импульсов a min блока формирователя импульсов ограничения, выход двухвходового элемента совпадения соединен с S входом первого RS-триггера, а генератор импульсов введены вторые интеграторы, ключ, компаратор, четвертый RS-триггер, причем вход второго интегратора соединен со входом первого интегратора, выход соединен с третьим входом первого компаратора, первый и второй вход которого соединен с источниками управляющего и согласующего напряжений соответственно, к R и S входам четвертого RS-триггера подсоединены соответственно выход первого и второго компараторов, прямой и инверсный выход четвертого RS-триггера соединены с управляющими входами первого и второго ключа соответственно, причем прямой выход четвертого RS-триггера является выходом генератора импульсов, а второй ключ подсоединен параллельно второму интегратору. Работа предлагаемого устройства поясняется чертежами; - на фиг. 1 представлена структурная схема одной фазы устройства для управления вентильным преобразователем; - на фиг. 2 представлена диаграмма работы генератора импульсов, где а) выходное напряжение первого интегратора; б) выходное напряжение второго интегратора, в) вы ходные импульсы генератора импульсов, снимаемые с прямого выхода RS-триггера. Устройство состоит из последовательно соединенных генератора импульсов 1, третьего формирователя импульсов 2, третьего RS-триггера 3, двухвходовой схемы совпадения 4, счетчика 5, первого RS-триггера 6, выходного формирователя импульсов 7, а также формирователя импульсов ограничения 8, формирователя синхроимпульсов 9, выход широких импульсов которого подсоединен ко второму входу вы ходного формирователя импульсов 7, а вы ход узких импульсов подсоединен ко входам R триггеров 3, 6, счетчика 5. Генератор импульсов 1 состоит из последовательно соединенных относительно напряжения Uоп. первого интегратора 10,первого компаратора 11,входа R триггера 12, прямой выход которого подсоединен ко входу первого ключа 13, своими выходами подсоединенного параллельно интегрирующей емкости первого интегратора 10, а также последовательно соединенных второго интегратора 14, второго компаратора 15. входа S триггера 12, инверсный выход которого подсоединен ко входу второго ключа 16. своими выходами подсоединенного параллельно интегрирующей емкости второго интегратора 14. Ко вторым и третьим входам первого и второго компараторов 11,15 подсоединены напряжения согласования исогл.и напряжения управления Uупр. соответственно. Формирователь импульсов ограничения 8 состоит из первого и второго формирователей импульсов углов ограничения a min и a max 17, 18 соответственно, своими выходами подсоединенных ко входам R и S соответственно RS-триггера 19, выход которого подсоединен к третьему входу вы ходного формирователя импульсов 7. Выход первого формирователя импульсов 17 подсоединен, кроме того, ко второму входу двухвходовой схемы совпадения 4. Выход третьего формирователя импульсов 2 подсоединяется к счетным входам счетчиков фаз В, С. Ко входу фазного формирователя синхроимпульсов 9 подсоединен источник синхронизирующего напряжения ФА. Фазосдвигающее устройство в предлагаемом многоканальном устройстве горизонтального типа как обладающее меньшей асимметрией, ограничение углов управления, формирующее зону изменения углов - импульсное. Генератор импульсов (ГИ) представляет собой двухканальный преобразователь напряжения период следования импульсов с интеграторами 10, 14, компараторами 11, 15, ключами 13, 16, RSтриггером 12 на интегральных операционных усилителях и логических элементах любой серии. Третий формирователь импульсов (ФИ) 2 представляет собой в простейшем случае дифференцирующую цепочку, состоящую из разделительной емкости С и сопротивления R, формирующий узкий импульс с сигнала RS-триггера 12, RS-триггера 3, 6, 19, схема совпадения 4, счетчик 5 обычного типа, выполненный на логических интегральных схемах. Формирователи импульсов (ФИ) ограничения ( a min и a max 17, 18 могут быть выполнены по любому принципу, например, в виде генератора импульсов ограничения, счетчика импульсов, к выводам разрядов которого подсоединены формирователи узких импульсов. ФИ 2 может быть выполнен и в виде простого разделительного конденсатора, если выходом ГИ 1 является выход компаратора II. Формирователь синхроимпульсов (ФСИ) 9 обычно состоит из активного фильтра для формирования неискаженной помехами синусоиды, компаратора для формирования прямоугольного напряжения в моменты перехода этой синусоиды через ноль (формирователь широких синхроимпульсов) и дифференцирующи х цепочек для формирования узких синхроимпульсов в моменты перехода синусоиды через ноль. Выходной формирователь импульсов (ВФИ) 7 - из широких полуфазных синхроимпульсов и импульса управления, появляющегося в соответствующий Uупр. момент, формирует полуфазные импульсы управления, потом усиливает и гальванически разделяет от силовой схемы, Работает устройство следующим образом. На фиг. 1 изображена структурная схема общего для всех фаз Генератора импульсов 1 и канала фазосдвигающего устройства для одной фазы. Один из узких канальных синхронизирующи х импульсов в ФСИ 9 устанавливает по входам R в исходное (нулевое) состояние RS-триггера 6, 3 и счетчик 5. Фазосдвигающее устройство, согласно структурной схемы фиг. 1 частотно-фазовое горизонтального типа, в котором угол отпирания формируется в момент появления выходного импульса последнего разряда счетчика 5 после его заполнения от момента его обнуления пропорционально частоте генератора импульсов 1, которая определяется напряжением управления Uупр. Выходной импульс счетчика 5 по входу сборки S RS-триггера 6 устанавливает его в "1" состояние, которое будучи поданным на первый вход ВФИ 7 при наличии соответствующего полуфазного синхронизирующего широкого импульса с ФСИ 9 на втором входе ВФИ 7 способствует выработке ВФИ 7 импульса управления тиристорным преобразователем, (если его положение + находится в зоне возможного изменения углов управления a min a max , которая вырабатывается RSтриггером 19 ФИО 8). Генератор импульсов представляет собой двухканальный преобразователь напряжения - период, в котором на вход интегратора 10, 14 подается опорное напряжение Uоп., которое, например, для данного случая является отрицательным, чтобы образовать на выходе интеграторов положительное развертывающее напряжение (фиг.2а, б). На выходы компараторов 11, 15 подается, кроме соответствующи х напряжений интеграторов еще напряжение управления Uупр. и напряжение согласования Uсол. необходимые для обеспечения возможности сравнения в компараторах 11, 15 однополярного пилообразного напряжения с интеграторов 10, 14 с двухполярным напряжением управления( ± Uупр.), подаваемым с выхода регулятора тока (для реверсивного электропривода). Обычно необходимо обеспечить при Uупр. = 0 угол согласования a сог = 90 + 100 эл. град. для обеспечения линейности регулировочных характеристик, улучшению гармонического состава тока сети (5), для чего используют согласующий каскад на операционном усилителе. При такой структуре фазосдвигающего устройства (ФСУ) можно обойтись подачей Uсогл. на компараторы 11, 12. Тогда отрицательное напряжение будет соответствова ть выпрямительному режиму, положительное - инверторному, причем минимальным углам управления a min будет соответствова ть максимальное отрицательное напряжение. Максимальная частота одноканального преобразователя напряжение - период ограничения конечным временем разряда интегрирующей емкости интегратора (например, при использовании быстродействующих операционных усилителей типа КР544У2 и компараторов К554СА для интегратора и компаратора соответственно fmax = 150 кГц), что соответствует углу управления a min » 25 эл. град. , что недостаточно для электропривода. Поэтому предлагаемая двухканальная схема преобразователя напряжение-период, в которой каждый канал, состоящий из интегратора с разрядным ключом, компаратора работают поочередно, причем управляет каналами RS-триггер, переключающийся узкими импульсами компараторов 11, 15 по входам R и S и управляющий поочередно работой ключей 13, 16. Формирование выходных импульсов RS-триггера 12 показано на фиг. 2в. Данная структура преобразователя напряжение период обеспечивает четкую поочередную (за счет RS-триггера 12) работу каналов и конечное время разряда емкостей интеграторов 10, 14 не ограничивает fmax, так как каждый канал переключается в момент достижения развертывающими напряжениями интеграторов порогового значения ϋπορ., определяемого суммарным воздействием напряжений Uсогл. и Uyпp. на компараторы 11, 15. Это дает возможность поднять максимальную частоту fmax. до ~450 кГц, что соответствует углу управления a у пр » 5 + 8 эл. град . Максимальная частота ГИ 1 образуется при приближающейся к нулю амплитуде пилообразного напряжения, т.е. суммарное напряжение Uупр. и Uсогл., подаваемое на входы компараторов Uпор. , приближается к нулю. При Uпор. = 0 неизбежен срыв работы ГИ 1, RS триггер 12 "залипает" в одном из состояний (0 или 1), пропуск импульсов ФСУ может вызвать аварию электропривода. Поэтому в подобных структурах дают амплитудное ограничение U упр. (отрицательного максимального, например) с большей жесткостью (наклон меньше 0,1 ν из-за гиперболической зависимости a у пр от Uупр.), что требует применения сложных ограничителей [2]. Изменение угла вызывает необходимость в перестройке и ограничении Uупр. Выставление ограничения Uупр. с запасом суживает диапазон изменения углов управления. Для устранения этого недостатка в предлагаемом устройстве введен узел опознавания пропадания импульсов ГИ1 и заведения в ФСУ в этом случае угла a min , состоящий из ФИ2, RS-триггера 3, схемы совпадения 4. Работа схемы происходит следующим образом. С прямоугольного выходного напряжения (меандр) ГИ1 с помощью ФИ2 (в простейшем случае дифференцирующая цепочка) формируются узкие импульсы, которые подсчитываются счетчиком 5 и устанавливают RS-триггер 3 в "1", до этого установленный узкими синхроимпульсами в "0" состояние. Через некоторое время идущий после синхроимпульсов импульс a min с ФИ 17 формирователя импульсов ограничения 18 не проходит через схему совпадения 4, так как на другом ее входе присутствует "0" с инверсного выхода триггера 3. В случае срыва импульсов ГИ1 его RS-триггер 12 "залипает" в состоянии "0" или "1". Это состояние не передается на вход S триггера 3 из-за наличия в составе ФИ2 емкости дифференцирующей цепочки. Обнуленный синхроимпульсами с ФСИ9 RS-триггер 3 не перекидывается в "1" состояние первым импульсом с ГИ1, на первом входе схемы совпадения 4 присутствуе т разрешающая "1", импульс a min с ФИО 17 через второй вход схемы совпадения 4 проходит на сборку RS-триггера 6, переключая его в "1" состояние. Фазосдвигающее устройство формирует угол управления, соответствующий a min . Таким образом, при срыве ГИ1, вызванном слишком большим по величине (выше допускаемого) Uynp. устройство управления вентильным преобразователем формирует угол ОпИп. Необходимость в амплитудном ограничении сигнала Uупр. отпадает, a min мы можем выставить в ФИО 17 как угодно малым (8-10 эл.град.), не опасаясь нарушения работы системы управления из-за срыва работы ГИ1. Технико-экономические преимущества видны по сравнению с прототипом, так как предположенное устройство позволяет: - повысить надежность работы вентильного преобразователя за счет устранения влияния пропадания импульсов ГИ1 при недопустимом изменении величины Uyпp. на образование импульсов фазосдвигающим устройством (в этом случае на выход будет проходить импульс a min ), - расширить диапазон углов управления вентильным преобразователем (10-170 эл. град), за счет выполнения ГИ1 по двухканальной схеме, что устраняет влияние конечного времени разряда емкостей генераторов на получение максимальной частоты, повышение которой уменьшает минимальные углы управления. Кроме того, введение элементов схемы опознавания пропадания импульсов ГИ1, позволяет опустить a min в ФИО 8 до нужной величины без запаса на нестабильность узла амплитудного ограничения Uyпp. (в случае отсутствия элементов 2, 3, 4 со своими связями). - упростить фазосдвигающую систему управления и ее регулировку и эксплуатацию за счет отсутствия специального узла амплитудного ограничения по цепи U yпp. (в том числе устраняется элемент регулировки).