Многоканальное устройство для управления вентильным преобразователем

 

Сущность изобретения: устройство для управления вентильным преооразователем содержит блок синхронизации с сетью (1), фазовый детектор (2), фильтр низких частот (3), управляемый генератор (4), делитель частоты

ф ф ф).

Р"

СОН)3 СОВЕТСКИХ

СО ЦИАЛ И СТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК s<>s Н 02 М 7/1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4814665/07 (22) 16.04.90

{46) 23.11.92. Вюл. Г 43 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт силовых полупроводниковых устройств (72) Л.A,Àñòàïîâ и B.B.Ôîìåíêî (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ю 307473, кл. H 02 М 7/12, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 771840, кл. Н 02 М 7/12, 1930.

Изобретение относится к электро-,. технике и может быть использовано . для синхронизации системы управления электропривода постоянного или переменного тока.

Известна одноканальная цифровая система управления для тиристорного привода постоянного тока (см.Simard R., Rajagopalan V. Economical

equidistant pulse firing scheme for

Hllgrigtorized de drives "IEEE Trans.

and Electron and Control Instrument", 1975, N 3. v.22, р.425-429), состоящая из последовательно соединенных с питающей сетью активного фильтра

HHsKHx частот, генератора синхроим" пульсов, включающего замкнутые в кольцо фазовый детектор, фильтр низких частот, у-равляюций генератор с выходной частотой 6 Г,, пересчетной схемой с коэффициентом деления

6N, а также второго делителя частоты с коэффициентом деления N, SU, 1777216 А1 (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ (57) Сущность изобретения: устройство для управления вентильным преобразователем содержит блок синхронизации с сетью (1), фазовый детектор (2), фильтр низких частот (3), управляемый генератор (4), делитель частоты (5}, блок системы управления (6) и корректирующее устройство (7). 2 ил. кольцевого распределителя, нуль-органа.

Недостатки устройства - пониженная избирательность фильтра низких частот, из-за которой искажение фор" мы синхронизированной синусоиды может вызвать сбои в работе тиристорного преобразователя, ухудшенная динамика по сравнению с многоканальн<Ф

СИФУ из-за задержки на отработку нового значения угла при скачке

U)pp на 16,67 мс при 60 Гц сети.

Известно устройство для синхронизации системы управления вентильного преобразователя согласно авт.св. СССР Ь 807473, содержащее последовательно включенные источник синхронизируащего напряжения, активный RC-фильтр, блок управления, гене-, ратор синхроимпульсов, включающий замкнутые в кольцо фазовый детектор, управляемый генератор, делитель частоты, включенный между выходом ис177721i точника синхронизирующего напряжения и вторым входом блока управления, причем выход Фазового детектора соединен с вторым входом активного фильтра, Недостатком данного устройства является повышенная асимметрия импульсов при изменении температуры для трехфазной системы синхронизации, состоящей из трех фазных актив- . ных фильтров из-за разброса значений емкостей фильтров, что вызовет изменение его настройки, а значит и появление фазовой погрешности. Кольцо ФАП4 в виде постоянного напряжения, подаваемого на активный фильтр, отрабатывает только лишь колебания частоты сети.

Известно многоканальное устройство для управления вентильным преобразователем по авт.св. N 771846, состоящее из последовательно включенных фазных формирователей синхроимпульсов, включающих в себя блок 25 синхронизации с сетью (согласующий трансформатор, соединенный с активным фильтром) и формирователь широких импульсов в виде нуль-органа для определения полуволн соответствующих Фаз, RS-триггера, выполняю-— щего роль Формирователя узких импульсоВ (для определения моментов пере" хода через ноль напряжения соответствующих Фаз), блок системы управления, включающий фазные счетчики импульсов, Формирователи импульсов, вы" ходы которых соединены с первыми входами полуфазных элементов И . и S-входом RS-триггера, выходные Формирова- 40 тели импульсов, причем вторые входы полуфазных схем И соединены с соответствующими выходами формирователей синхроимпульсов, общий для всех Фаз генератор импульсов, подсоединенный к счетным входам счетчиков и состоящий из замкнутых в кольцо сумматора, управляемого генератора, формирователя, генератора пилробразного напряжег ния, запоминающего устройства, второй вход которого соединен с выходом формирователя.

Недостатками данного устройства являются: повышенная асимметрия системы управления в диапазоне температур из-за индивидуальных для каждой Фазы активных фильтров, изменяющих свою настройку из-за температурного изменения емкостей, что приводит к

Фазовой погрешности; усложнения из-за неоЬходимости иметь для каждой Фазы активный фильтр и Формировать для каждой Фазы посредством нуль-органов и инверторов 180-градусных зон, подаваемых на схемы И ввиду одного отрабатывающего угол узла для обеих полуфаз; ухудшенная помехоустойчивость изза необходимости иметь полосовой активный фильтр пониженной добротности, чтобы нормированные колебания частоты сети (+ 2";) не вызвали превышающие допустимые погрешности (3 эл.град.).

Целью изоЬретения является уменьшение асимметрии управляющих импульсов и повышение помехоустойчивости.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальное устройство для управления вентильным преобразователем, содержащее блок синхронизации с сетью, формирователь узких импульсов и формирователь широких импульсов, выходами подключенные соответственно к входам определения полуволн соответствующих фаз и входам определения моментов перехода через ноль соответствующих Фаз блока импульснофазового управления, новым является то, что оно снабжено последовательно соединенными фазовым детектором, фильтром низких частот и управляющим генератором, формирователь широких импульсов выполнен в виде кольцевого сдвигающего регистра с перекрестными связями и корректирующего блока, входами соединенного с выходами триггера сдвигающего регистра, выходомс установочным входом одного из триггеров сдвигающего регистра, выходы триггеров сдвигающего регистра использованы как выходы Формирователя широких импульсов, тактовые входы триггеров сдвигающего регистра под- . ключены к выходу управляющего генератора, формирователь узких синхронизирующих импульсов выполнен в виде трех элементов 3И-2ИЛИ, причем первый вход каждого из элементов 3И соединены с выходом управляющего генератора, вторые входы элементов

3И-2ИЛИ каждой пары соединены с прямым и инверсным выходами соответст-. вующего триггера сдвигающего регистра, третьи входы каждой пары элементов 3И-2ИЛИ соединены с прямым и

5 17 инверсным выходами последующего триггера сдвигающего регистра, выходы элементов 3И-2ИЛИ использованы как выходы Формирователя узких импульсов, вход Фазового детектора подключен к прямому вь ходу одного из триггеров сдвигающего регистра.

Кроме того, корректирующий блок выполнен в виде последовательно включенных элемента 3И и формирователя импульсов.

На фиг ° 1 представлена структурная схема многоканального устройства для управления вентильным преобразователем; на фиг.2 представлена диаграмма работы узлов устройства для управления вентильным преобразователем, где: а - фильтрованное синусоидальное напряжение на выходе активного фильтра 2; б - выходные импульсы управляющего генератора 4; в, ж — выходные импульсы сдвигающего регистра; з, м - выходные фазные синхронизирующие импульсы на выходе формирователя узких синхронизирующих импульсов 13.

Устройство состоит из последовательно соединенных блока синхронизации с сетью 1, фазового детектора

2, фильтра низких частот 3, управляемого генератора 4, делителя частоты

5, блока системы управления 6. а также корректирующего устройства 7, состоящего их схемы 3И 8, Формирователя импульсов 9, вход которого соединен с выходом схемы ЗИ Б, делитель частоты 5 выполнен в виде кольцевого сдвигающего регистра с IK-триггерами 10 - 12, Формирователь узких синхроимпульсов 13 состоит из трех схем 3И-2ИЛИ, на входы которых подаются импульсы управляемого генератора 4 и попарно соответствующие соседние прямые и инверсные выходы

Фазных триггеров сдвигающего регистра а выходы соединены с блоком управления 6.

Устройство выполнено на известных элементах..

Блок синхронизации с сетью 1 обычно состоит из последовательно соединенных согласующего разделительного трансформатора, активного фильтра, .нуль-органа в случае, если фазовый

, äåòåêòîî 2 является цифровым. В слу77216 6 чае выполнения фазового детектора 2 в виде Фазочувс вительнаго выпрямителя (см.Терехов В.И. Элементы автоматизированного электропривода.

М.: Энергоатомиздат, 1987, с.164169) блок синхронизации с сетью будет состоять из согласующего трансформатора. Фазовый детектор 2 может

1О бь|ть выполнен в виде Фазочувствительного выпрямителя типа 1 (цифровой по схеме "ИСКЛ.ИЛИ" или аналоговый на операционном усилителе пп схеме

Нортона типа Ы13900) или типа 2цифровой, срабатывающий по Фронтам.

В качестве фильтра низких частот 3 используются обычно интегрирующие

Rc-цепочки. Управляемый генератор 4 может быть любой - типа преобразова2р теля напряжения — частота чаще вгего на операционных усилителях. Кольцевой -cpavrae@aA регистр íà IK-триггерах 10 — 12, логические схемы И, И-ИЛИ могут быть построены на логи25 ческих интегральных схемах любой из серий 1<155, К561, К511 и т.д. Формирователь импульсов 9 чаще всего представляет собой одновибратор на логической интегральной схеме. Блок системы управления 6 представляет собой многоканальную систему импульсно-Фазового управления вертикального или горизонтального типа.

Устройство работает следующим образом.

Однофазное синусоидальное напряжение, прошедшее через согласующий трансформатор, фильтруется от коммутационных искажений, провалов, искажений формы активным, например, полосовым, фильтром. Далее с помощью нуль-органа выделяются моменты перехода через нуль неискаженного синусоидального напряжения. В случае использования в качестве Фазового детектора Фазочувствительного выпрямителя, а в качестве блока синхронизации с сетью 1 только согласующего трансформатора выбирать искажения синусоидального входного напряжения будет

Фазовый детектор 2 и фильтр низкой ..частоты 3 ; Полученное прямоугольное напряжение со скважностью 2 подается на Фазовый детектор 2. Для получения минимальной асимметрии система управления за счет схемы синхронизации в многоканальной системе управления прямоугольное однофазное синхронизирующее напряжение умножается на

1777216

5 с помощью кольца Фазовой автогодс,Tðîéêè частоты (ФАПЧ), состоящего из фазового детектора 2, фильтра низких частот 3, управляемого генерато-, ра 4 и делителя частоты 5. Для возможности отслеживания за изменением фазы сетевого напряжения частота управляемого генератора 4 делится на

6 с помощью кольцевого сдвигающего 10 регистра на IK-триггерах 10-12. При отсутствии Фазового рассогласования между прямоугольным синхронизирующим напряжением и напряжением обратной связи, т.е. когда Фазовый сдвиг между 15 входными сигналами фазового детектора

2 равен 90 эл.град., напряжение на выходе фильтра низких частот 3 равно

0 и управляемый генератор 4 выдает частоту на выходе 300 Гц (при 50 Гц частоте сети), Когда Фазовое рассогласование увеличивается ()90 эл.град.), то ли за счет колебаний фазы частоты сети, то ли за счет нестабильности частоты управляемого генератора 4 (в диапазоне температур), фильтрованное выходное напряжение на выходе фильтра низких частот 3 становится отрицательным, импульсы управляемого генератора 4 смещаются по фазе, что 30 приводит к смещению по фазе импульсов делителя частоты и фазовый детектор 2 отрабатывает этот сигнал

"ошибки". При фазовом сдвиге (90 эл.град. выходное напряжение

Фильтра низких частот 3 положительно и частота управляемого генератора 4 увеличивается. Устойчивая работа фазовой автоподстройки частоты будет обеспечиваться в полосе захвата, 4п которая определяется постоянными времени RC-цепей Фазовой автоподстройки частоты, типом Фазового детектора.

Кольцо фазовой автоподстройки частоты превращает таким образом 45 однофазное прямоугольное синхронизирующее напряжение в трехфазное прямоугольное прямое и инверсное напряжение;, точно отслеживающее колебания частоты сети (в пределах полосы

"захвата"). Фазные синхронизирующие для полуфаз СИФУ напряжения снимаются с прямого и инверсного выходовтриггеров сдвигающего регистра. Сдви-. гающий Регистр за счет обратной связи формирует на выходе прямоугольные напряжения длительностью

180 эл.град.,сдвинутые друг относительно друга на 120 эл. град. (см. фиг. 2в-2ж) . Предполагается, что

IK- триггера срабатывают по заднему фронту выходных импульсов управляемого генератора 4 (фиг.2б).

Если при включении питания триггера устанавливаются в состояние, например, 101, то кольцевой регистр работает правильно, последовательно проходя через состояния 001, 011, 010 110, 100, 101. Если при включении питания или в результате помех триггера установятся в состояние 111 или 000, сдвигающий регистр будет работать неправильно. Для обеспечения его нормальной работы в этом случае и введено корректирующее устройство 7, в котором при установке триггеров в состояние 000, на выходе схемы 3И 8 образуется скачок напряжения с "0" в

"1", от которого с помощью Формироватегя импульсов 9 образуется короткий импульс, устанавливающий по входу S триггер IK 11 в состояние "1".

Образовавшаяся комбинация состояния триггеров 010 далее способствует нормальной работе кольцевого регистра.

Аналогично восстанавливается нормальная работоспособность регистра и при образовании комбинации 111, только на входе схемы 3И 8 необходимо подавать прямые выходы триггеров. Использование пересчетной схемы в качестве делителя частоты 5 позволяет сформировать узкие синхронизирующие импульсы, например, для обнуления отрабатывающих заданный угол Фазных счетчиков в случае применения горизонтального типа СИфу, посредством схем совпадения из узких импульсов управляемого генератора 4 шестикратной сетевой частоты и широких синхронизирующих импульсов кольцевого регистра, что и сделано с помощью схем

3И-2ИЛИ 14-16, согласно рис.2з, 2л, 2м. В противном случае для Формирования узких синхроимпульсов из широких пришлось бы дифференцировать передние и задние фронты фазных импульсов, а потом суммировать их. Образованные широкие и узкие импульсы синхронизации далее подаются на блок управления 6, например многоканальное СИФУ горизонтального типа.

Технико-экономические преимущества видны в сравнении с прототипом, Предложенное устройство позволяет: уменьшить асимметрию управляющих импульсов многоканальной СИФУ, котоIÏÓ216 1С

10 рая могла образоваться при использовании для каждой фазы индивидуальных активного фильтра и нуль-органа при их работе в диапазоне температур,. например, -40 - +40 С за счет температурных изменений величины емкостей, что привело бы к фазовому сдвигу. Это достигается посредством умножения частоты сети в 6 раз с помощью кольца ФАПЧ и использованием для непосредственного формирования трехфазных широких синхроимпульсов кольцевого сдвигающего регистра с перекрестными связями, который одновременно используется и как делитель частоты для подачи сигнала обратной связи на фазовый детектор 2. Формирование узких синхроимпульсов с помощью схем 3И-2ИЛИ служит для той же цели; упростить систему управления за счет использования для многоканальной сети однофазного трансформатора синхронизации, одного активного фильтра и нуль-органа вместо трех (кольцо ФАПЧ усложняет схему незначительно, так как можно использовать микросхему 564ГГ1), формирования узких синхроимпульсов из импульсов управляемого генератора (вместо дифференцирования фронтов широких импульсов и последующего их суммирования); улучшить помехоустойчивость пос-, редством использования для трехфазной системы одного активного фильтра, имеющего меньшую фазовую погрешность, температурную стабильность которого можно себе позволить повысить: повысить надежность системы управления посредством введения блока коррекции, который автоматически восстанавливает нормальную работу сдвигающего регистра при сбоях из-за помех или при включении (например, при использовании серии K511).

Испытания устройства в составе электропривода с макетным образцом тиристорного выпрямителя ТПЕ 200/460 с имитацией искажений сети подтвердили, что цель предлагаемого технического решения достигается. При испытании системы управления в диапао зоне температур -40 - +40 Сс фазными активными полосовыми фильтрами и многоканальной СИФУ максимальная междуфазная асимметрия составляла

6 эл.град. В случае использования

2с

ЗС

4(45

65 в качестве системы с»»»»хро»»»»за»»»»»» предлагаел»ого технического ре» i ния междуфазная асимметрия обнаружен» нс была, наблюдалось лишь незначительное смещение углов, системы управления относительно силового напряжения порядка 1 эл;град., которое выбиралось системой регулирования.

Формула изобретения

1. Многоканальное устройство для управления вентильным преобразователем,- содержа цее блок синхронизации с сетью, формирователь узких импульсов и Формирователь широких импульсов, выходами подключенные соответственно к входам определения полуволн соответствующих фаз и входам определения моментов перехода через ноль соответствуюцих фаз блока импульсно-фазового управления, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения асимметрии управ- . ляющих импульсов и повышения помехоустойчивости, оно снабжено последовательно соединенными фазовым детектором, фильтром низких частот и управляемым генератором, формирователь широких импульсов выполнен в виде кольцевого сдвигающего регистора с перекрестными связями и корректируюцего блока, входами соединенного с выходами триггера сдвигающего регистра, выходом — с установочным входом одного из триггеров сдвигающего регистра, выходы триггеров сдвигаюцего регистра использованы как выходы формирователя широких импульсов, тактовые входы триггеров сдвигающего регистра подключены к выходу управляемого генератора, Формирователь узких синхронизирующих импульсов выполнен в виде трех пар элементов 3И-2ИЛИ, причем первый вход каждого элемента 3И соединен с выходом управляемого генератора, вто" рые входы элементов 3И-2ИЛУ» каждой пары соединены с прямым и инверсным выходами соответствующего триггера сдвигающего регистра, третьи входы каждой пары элементов 3И-2ИЛИ соединены с прямым и инверсным выходами, последующего триггера сдвигающего регистра, выходы элементов 3И-2ИЛИ использованы как выходы формирователя узких импульсов, вход Фазового детектора подключен к прямому выходу

1777216 одного из триггеров сдвигающего ре" блок выполнен в виде последовательно гистра. включенных элемента 3И и формирова2. Устройство по п.1, о т л и ч а- теля импульсов. ю щ е е с я тем, что корректирующий!

Г

I

1 !

l

)A (S с

1777216 и!

Г

Составитель В.Фоменко

Редактор И.Кузнецова Техред И.Иоргентал Корректор:Н.Ревская

Заказ 4126 Тираж Подписное

ЭНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина,101