Імпульсний перетворювач з захистом для внутрішніх аварій

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. При возникновении аварийной ситуации» в течение которой ток не превышает допустимого значения, система защиты работает в зависимости от вида аварии следующим образом. При самопроизвольном включении основного вентиля 4 до прихода управляющего импульса счетчик 25 обнуляется, а затем переполняется, так как после поступления на его счетный Т-вхад очередно~ го управляющего импульса счетчик 25 не обнуляется импульсами с датчика 19 пересечения нулевого уровня. Переполнение счетчика 25 приводит к срабатыванию формирователя 27 импульсов, отпиранию вентиля защиты 3 и отключению преобразователя. При самопроизвольном включении силового вентиля 4 в интервале времени» когда на выходе задатчи* ка 14 режима работы напряжение соответствует уровню логического нуля, протекание тока в нагрузке 8 и датчике 9 приводит к срабатыванию детектора 3 9 пересечения нулевого уровня. Его выходной сигнал через элемент ЗАПРЕТ 23, элемент ИЛИ 26, формирователь 27 импульсов поступает на управляющий электрод вентиля 3 защиты, отпирание которого приводит к отключению преобразователя от источника 1. При невключении основного вентиля 4 счетчик 25 переполняется импульсами управления, так как ток в цепи датчика 9 тока отсутствует, детектор 19 не срабатывает и импульсы на установочный R-вход счетчика 25 не поступают. Незапирание основного вентиля 4 приводт к переполнению счетчика 25 импульсами управления,так как на установочный^-вход импульсы от формирователя 22 коротких импульсов не поступают. 2 ил. ФигЛ Л йІ 1 14 11894 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, в частности, для управления и защиты от внутренних аварий импульсных преобразователей постоянного напряжения и тока. Цель изобретения ~ расширение функциональных возможностей. На фиг. 1 приведена функциональ10 ная схема преобразователя; на фиг.2временные диаграммы работы устройства. Преобразователь содержит источник 1 питания, автоматический выключа15 тель 2, вентиль 3 защиты, основной 4 и коммутирующий 5 вентили, коммутирующий конденсатор 6, обратный диод 7, нагрузку (якорная обмотка двигателя постоянного тока) 8, датчик 9 тока 20 генератор 10 пилообразного напряжения, источник 11 напряжения управления, представляющий собой, например, сумматор, на один вход которого поступает напряжение задания, а на дру- 25 гой вход напряжение отрицательной обратной связи; компаратор 12, элемент И 13 на два входа, задатчик 14 режима работы (в качестве задатчика режима работы может быть использован, напри30 мер, мультивибратор с изменяемой по желанию оператора частотой и скважностью импульсов, в результате чего изменяется длительность импульсов и пауз на выходе задатчика), первый 15 •и второй 16 одновибраторы, первый 17 35 и второй 18 формирователи импульсов управления, детектор 19 пересечения нулевого уровня, пороговый элемент 20, источник 21 опорного напряжения, формирователь 22 коротких импульсов, 40 элемент ЗАПРЕТ 23, элемент 24 задержки, счетчик 25 импульсов, содержащий установочный R-вход и счетный Т-вход; элемент ИЛИ 26 на три входа и формирователь 27 импульсов управления, анало- 45 гичный формирователям 17 и 18. ду основного вентиля 4 и к первому выводу коммутирующего конденсатора 6, второй вывод которого подключен к аноду коммутирующего вентиля 5- Катоды основного 4 и коммутирующего 5 . вентилей и обратного диода 7 объединены в общую точку и подключены к первому выводу нагрузки 8. Второй вывод нагрузки 8 объединен с анодом обратного диода 7 и подключен к отрицательной шине преобразователя, в которую включен датчик 9 тока, К отрицательной шине преобразователя подключен катод вентиля 3 защиты и подвижный контакт второй группы автоматического выключателя 2. Выход генератора 10 пилообразного напряжения подключен к первому входу компаратора 12, к второму входу которого подключен выход источника 11 напряжения управления. Выход компаратора 12 подключен к первому входу элемента И 13, к второму входу которого подключен выход задатчика 14 режима работы. Выход элемента И 13, подключен к входам однозибраторов 15 и 16. Выход одновибратора 15 через формирователь 17 импульсов подключен к управляющему электроду основного вентиля 4, выход одновибратора 16 через формирователь 18 импульсов - к управляющему электроду коммутирующего вентиля 5, выход датчика 9 - к входу детектора 19 пересечения нулевого уровня и к первому входу порогового элемента 20, к второму входу которого подключен выход источника 21 ^опорного напряжения. Выход детектора 19 пересечения нулевого уровня подключен к входу формирователя 22 коротких импульсов и прямому входу элемента ЗАПРЕТ 23, к инверсному входу которого подключен выход задатчика 14 режима работы. Выход формирователя 22 коротких импульсов через элемент 24 подключен к устаВыход источника 1 питания подклюновочному К-входу счетчика 25, счетчен к входу преобразователя через авный Т-вход которого подключен к выхотоматический выключатель 2, причем 50 ду одновибратора 15. Выход счетчика автоматический выключатель 2 своими неподвижными контактами подключен к 25 импульсов подключен к первому вхог выходу источника ] , а подвижными конду элемента ИЛИ 26, второй вход кототактами - к входу преобразователя, рого подключен к выходу порогового первая группа контактов включена в элемента 20, а третий - к выходу эле55 мента ЗАПРЕТ 23. Выход элемента ИЛИ положительную шину, а вторая группа контактов - в отршдателъную шину, под26 через формирователь 27 импульсов вижный контакт первой '*уппы подклюподключен к управляющему электроду чен к аноду вентиля 3 защиты, к ановентиля 3. 3 H11894 Преобразователь работает следующим образом. Генератор 10 пилообразного напряжения формирует напряжение пилообразной формы (фиг. 2а),определяющее период Т широтно-импульсной модуляции преобразователя. Напряжение U _ сравнивается в компараторе 12 с напряжением U . Когда U 1 1 > U , напряжение 10 на выходе компаратора соответствует уровню логической единицы, а когда U i. U , - уровню логического нуля. Сигналы с компаратора J2 проходят через элемент И 13 на входы одновиб- . раторов 15 и 16 в том случае, если напряжение на выходе задатчика 14 режима работы соответствует уровню логической единицы, например интервал t o ~t (фиг. 26, в ) . Если напряжение на выходе задатчика 14 режима работы 20 соответствует уровню логического нуля (интервал t i e - t ^ 0 , фиг. 26), сигналы с компаратора 12 на входы одновибраторов 15 и 16 не поступают (фиг. 2в). 25 Таким образом, в зависимости от выходного сигнала задатчика 14 режима работы производится разрешение или запрет прохождения управляющих импульсов к преобразователю, что позволяет осуществлять работу двигателя постоянного тока 8 в режиме "Старт-стоп". 4 импульсы малой длительности. Импульсы. формирователя 22 через элемент 24 задержки поступают на установочный R-вход счетчика 25 импульсов, стирая из его памяти записанное количество импульсов. Бремя задержки элемента 24 задержки выбирается так, чтобы импульсы с одновмбратора 15 и формирователя 22 коротких импульсов не поступали на входы счетчика 25 импульсов одновременно, что недопустимо с точки зрения эксплуатации счетчика. Одновибратор 16 по заднему фронту поступающих на его вход импульсов от элемента И 13 формирует импульсы длительностью, необходимой для отпирания коммутирующего вентиля 5. Эти импульсы усиливаются формирователем 18 импульсов и поступают на управляющий электрод коммутирующего вентиля 5, отпирая его. Коммутирующий конденсатор 6, заряженный предварительно с полярностью, указанной на Фиг. 1, начинает разряжаться и запирает основной вентиль 4, так как к последнему прикладывается напряжение обратной полярности. Ток под действием ЭДС самоиндукции нагрузки 8 протекает в контуре диод 7 - нагрузка 8. ' Напряжение на выходе датчика 9 тока становится равным нулю и детектор 19 пересечения нулевого уровня возвращаОдновибратор 3 5 по переднему фронется в исходное состояние, т.е. на ту поступающих на его вход импульсов его выходе устанавливается напряжеот элемента И 13 формирует импульсы 35 ние, соответствующее уровню логичесдлительностью, необходимой для отпикого нуля. рания основного вентиля 4. Эти им пульсы усиливаются формирователем 17 Таким образом, при отсутствии аваимпульсов и через трансформатор тока, рийной ситуации: потеря управляющей входящий в состав формирователя имспособности, пробой электрический или 40 тепловой, невключение вентиля в любом пульсов (не показан), поступают на управляющий электрод основного вентииз режимов заданным системой управля 4. Вентиль 4 открывается и через ления - режим регулируемой передачи нагрузку 8 по цепи положительная шиэнергии от источника 1 к нагрузке 8, на источника 1 питания - первая групинтервал to-t (фиг. 2д), режим непа контактов выключателя 2 - вентиль прерывной передачи энергии от источ4 - нагрузка 8 - датчик 9 тока - втоника 1 к нагрузке 8 (работа двигателя рая группа контактов выключателя 2 на. естественной характеристике), инотрицательная шина источника 1 начитервал t ~t.5 , или интервал t^-t^,. нает протекать ток. паузы при работе двигателя в режиме Сигнал с одновибратора 15, посту- ^0 "Старт-стоп", за каждым импульсом, пая на счетный Т-вход счетчика 25, поступающим на счетный Т-вход счетчика 25 от одновибратора 15, моменты На~ записывает в его память единицу времени t o , t,, tg, t 1 1 , t l 3 , t i 6 , личие тока в цепи нагрузки, контроли(фиг. 2г), следуют импульсы руемое датчиком 9, заставляет сраба- 5 5 20 > L 1 з тывать детектор 19 пересечения нулеот формирователя 22 коротких импульвого уровня, по переднему фронту высов, через элемент 24 задержки, походных сигналов которого формироваступающие на установочный R-вход счеттель 22 коротких импульсов формирует чика 25, моменты времени t 0 , t 4 , tg> 5 1411 894 6 , , tOA (фиг. 2е)." питания начинает протекать ток. При и Счетчик 25 после каждой записанной в достижении этим током значения тока его память единицы обнуляется и на уставки автоматического выключателя его выходе напряжение остается равным последний срабатывает и размыкает уровню логического нуля. цепь протекания тока, отключая преПри возникновении аварийной ситуаобразователь от источника 1. ции устройство работает следующим обВремя срабатывания защиты в этом разом. случае определяется формулой Самопроизвольное переключение ос- ^Q новного вентиля 4 в проводящее состоя= T(tn-l) + At, ние при отсутствии управляющего импульса происходит либо по причине где Т - период широтно-импульсной потери управляющей способности у вен-, модуляции; тиля, либо по причине его пробоя. .. , m - коэффициент счета счетчика Пусть в момент времени t6 произо25 импульсов; шло самопроизвольное переключение осton - время, на которое самопроизновного вентиля 4 в проводящее состоявольное включение вентиля ние по любой из указанных причин. В произошло раньше, чем зацепи нагрузки 8 начинает протекать уп данное системой управления ток, контролируемый датчиком 9 тока. (фиг. 2ж); Предположим, что величина тока не дс - запаздывание, вносимое элементами схемы защиты. превышает допустимого значения и поі роговый элемент 20 не срабатывает. і Срабатывает детектор 19 пересечения JS Если самопроизвольное переключенулевого уровня (фиг. 2ж) . По передние основного вентиля 4 в проводящее нему фронту его выходного импульса состояние происходит в интервале вреформирователь 22 коротких импульсов мени, когда на выходе эадатчика 14 формирует короткий импульс, который режима работы напряжение соответстчерез элемент 24 задержки, момент ,п вует уровню логического нуля, момент времени t4 (фиг. 2з) поступает на времени t i g , (фиг. 2ж), то схема заR-вход счетчика 25 и обнуляет его. щиты работает следующим образом. В момент времени t о (фиг. 2г) на Переключение основного вентиля 4 Т-вход счетчика 25 от одновибратора в проводящее состояние приводит к 15 поступает импульс, уменьшая на протеканию тока в нагрузке 8 и датчиединицу число импульсов ш, необходи- 35 ке 9 тока. Срабатывает детектор 19 мое для переполнения счетчика и попересечения нулевого уровня, его выявления на его выходе логической ходной сигнал через элементы ЗАПРЕТ единицы. 23 и ИЛИ 26 поступает на вход формиВ момент времени t 4 1 на Т-вход 40 счетчика 25 от одновибратора 15 поступает следующий импульс, счетчик переполняется (на фиг. 2 приведены временные диаграммы для счетчика с m = 2 ) , на его выходе появляется на45 пряжение логической единицы, этот сигнал через элемент ИЛИ 25 (фиг. 2и) поступает на вход формирователя 27 импульсов. По переднему фронту поступившего на его вход импульса формирователь 27 формирует отпирающий им*0 пульс, который поступает на управляющий электрод вентиля 3 защиты, отпирая его. Через вентиль 3 по цепи положительная шина источника 1 питания - первая группа контактов автома-55 тического выключателя 2 - вентиль 3 вторая группа контактов выключателя 2 - отрицательная шина источника 1 рователя 27 импульсов (фиг. 2и). Формирователь 27 по переднему фронту поступившего на его вход импульса формирует отпирающий импульс, который поступает на управляющий электрод вентиля 3 защиты, в результате чего происходит отключение преобразователя от источника 1 по принципу, описанному выше. В этом случае срабатывания защиты определяется выражением СР1 = At. Если самопроизвольное переключение основного вентиля 4 в проводящее состояние вызывает аварийное нарастание тока, срабатывает пороговый элемент 20, его выходной сигнал через элемент ИЛИ 26 поступает на вход формирователя 27 импульсов и происходит 7 отключение преобразователя от источника 1 за время дь. Незапиранче основного вентиля 4 происходит либо по причине пробоя последнего, либо по причине выхода из строя коммутирующих вентиля 5 и конденсатора 6. Пусть в момент времени tg, определенный в компараторе 12, происходит включение основного вентиля 4, а в момент t ю - его выключение по любой из причин, указанных выше, не происходит. С момента to в нагрузке 8 и датчике 9 тока начинает протекать ток, 15 срабатывают детектор 19 пересечения нулевого уровня (фиг. 2к) и формирователь 22 коротких импульсов, в момент t g (фиг. 2л) на R-вход счетчика 25 поступает импульс с выхода элемен- 20 та 24 задержки и обнуляет его. В момент времени t на Т-вход счетчика 25 поступает импульс с выхода одновибратора 15, при этом происходит уменьшение на единицу числа импуль25 сов т, необходимого для переполнения счетчика. В момент времени t-, (фиг. 2м) на Т-вход счетчика 25 поступает следующий импульс, который переполняет счетчик, и происходит срабатывание системы защиты, приводя- 30 щее к отключению преобразователя от источника 1. Время срабатывания защиты в этом случае определяется формулой Т ш где t. 8 1411894 время проводящего состояния вентиля 4, определенное системой управления для того периода, в течение которого произошла авария. Невключение основного вентиля 4 связано в основном с механическими повреждениями, такими как обрыв управляющего электрода, нарушение пайки электродов и т.д. Пусть в момент ts на управляющий электрод вентиля 4 подан отпирающий импульс. Этот импульс с выхода одновибратора 15 поступает и на Т-вход счетчика 25, уменьшая число m на единицу. Однако включение вентиля не происходит, ток в цепи датчика 9 тока отсутствует и на выходе детектора 19 (Фиг. 2г) пересечения нулевого уровня напряжение соответствует уровню логического нуля. Следующий импульс с выхода одновибратора 15, поступающий на Т-вход счетчика 25 переполняет его, на выходе счетчика появляется логическая единица, этот сигнал через элемент ИЛИ 26 поступает на вход формирователя 27 импульсов (фиг. 2п) и происходит отключение преобразователя от источника 1. Время срабатывания защиты в этом случае определяется формулой t c p 3 = T(m-l) + йТ. Таким образом, преобразователь позволяет контролировать любые внутренние аварии при любом из режимов работы преобразователя. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Импульсный преобразователь с защитой от внутренних аварий, содержащий силовой бпок, включающий в себя основной и коммутирующий вентили, коммутирующий конденсатор и систему управления и защиты, включающую в себя датчик тока и два одновибратора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, система yпDaвлeния и защиты снабжена генератором пилообразного напряжения, источником напряжения управления, компаратором, элементом И, задатчиком режима работы, тремя 35 формирователями импульсов управления, пороговым элементом, источником опор*ного напряжения, детектором пересечения нулевого уровня, формирователем коротких импульсов, элементом ЗАПРЕТ, 40 элементом задержки, счетчиком импульсов с установочным и счетным входами и элементом ИЛИ, вентилем защиты, диодом и автоматическим выключателем, причем силовой блок входом предназна 45 чен для подключения к источнику П И Т А " ния через автоматический выключатель, выход которого шунтирован вентилем защиты, при этом анод вентиля защиты подключен к положительной шине, а ка50 тод к отрицательной, диод предназначен для подключения в обратном направлении параллельно нагрузке, вы-чход генератора пилообразного, напряжения подключен к первому входу компа55 ратора, к второму входу которого подключен выход источника напряжения управления, выход компаратора подключен к первому входу элемента И, вто 1411894 О рой вход которого подключен к выходу мирователя коротких импульсов и к задатчика режима работы, выход элепрямому входу элемента ЗАПРЕТ, к инмента И подключен к входам одновибраверсному входу которого подключен торов, выход первого одновибратора выход задатчика режима работы, выход через первый формирователь импульсов формирователя коротких импульсов чеуправления подключен к управляющему рез элемент задержки подключен к устаэлектроду основного вентиля, выход новочному R-входу счетчика импульвторого одновибратора через второй сов, к счетному Т-входу которого подформирователь импульсов подключен к 1Q ключен выход первого одновибратора, управляющему электроду коммутирующего выход счетчика импульсов подключен вентиля, выход датчика тока подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй к входу детектора пересечения нулевовход которого подключен к выходу пого уровня и к первому входу порогового рогового элемента, а третий вход к элемента, к второму входу которого ,г выходу элемента ЗАПРЕТ, выход элеменподключен источник опорного напряжета ИЛИ через третий формирователь имния, выход детектора пересечения нупульсов управления подключен к управлевого уровня подключен к входу форляющему электроду вентиля защиты. а и*. .и* б и* 6 г «и д е и и,, К *щ Н "за Aw. о ** Чм, 0t2 Es-i. 3*5 6789Ю П12 Л ПН IL mat a#t Фиг 2 Редактор П. Гереши Составитель О. Мещерякова ТехредМ.Дидык Корректор О. Кравцова Заказ 3667/52 Тираж 665 Подписное В И Г Государственного комитета СССР Н ИШ по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д . А/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 г і