Устройство для управления электрическим преобразователем с защитой от перенапряжений

 

СО!ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 (21) 4841738/07 (22) 05.06,90 (46) 23,05.93, Бюл. М 19 (71) Институт проблем энергоснабжения АН

УССР (72) О.П.Алымов и М.Г,Калашников (56) Справочник по преобразовательной технике/ Под ред, И.M,×èæåíêî, — M.; Техника, 1978.

Энергетическая электроника: Справочное пособие/ Пер, с нем. Под ред. S.A.Ëàбунцол . — M.: Энергоат >миздат, 1987.

П..арев А.Л., Деткин Л.П. Управление тиристорными йреобразователями (системы импульсного фазового управления). — M.:

Энергия, 1975, Биэиков В.А. Системы управления тиристорными преобразователями частоты. — M.:

Э нергоатом издат, 1981.

Скаржепа В.А„Шелехов К.В. Цифровое управление тиристорными преобразователями. — Л.; Энергоатомиздат (Ленинградское отделение), 1984.

Тонкаль В,E. Синтез автономных инверторов модуляционного типа. — Киев.: Науковэ думка, 1979, Авторское свидетельство СССР

N 779944770044,, кKJлt, Н 02 М 7/515, 1981, .Авторское свидетельство СССР

И 1170570, кл. Н 02 M 7/44, 1985.

Хоровип П„Хилл У. Искусство схемотехники. B 2-х томах, М.: Мир, 1984, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ (57) Сущность изобретения: при возникновении перенапряжения питающей сети электрического преобразователя на выходе датчика 15 перенапряжения появляется импульс, который, проходя элемент И 17, поЫ2 1817217 А1

s Н 02 М 7/515, Н 02 H 7/122 ступает на вход второго формирователя 21 переднего фронта. Второй формирователь

21 переднего фронта формирует выходной импульс, который, поступая на S-вход второго триггера 23, устанавливает его в "1"состояние. Кроме того, укаэанный импульс запускает второй одновибратор 16. Пере-, ключение второго триггера 23 в единичное состояние приводит к Юакрытию элемента И

18 и открытию элемента И 19. При переключении первого триггера 14 в единичное состояние первый формирователь 12 переднего фронта вырабатывает импульс, который запускает первый одновибратор 3

13, вырабатйвающий импульс, длительность которого определяет допустимое напряжение на силовых вентилях электрического преобразователя при возникновении перенапряжения в питающей сети электрического преобразователя.

Сформированный первым одновибратором в

13 импульс через элемент И 19 и элемент (р

ИЛИ 22 поступает на стробирующий вход дешифратора 7 распределителя импульсов и определяет заданные выходные параметры электрического преобразователя в режим ме перенапряжения питающей сети.

Длительность импульса, формируемого вто- 4 рым одновибратором 16, определяется продолжительностью перенапряжения питающей сети. По заднему фронту импуль- д са второго одновибратора 16 формирователь 20 заднего фронта вырабатывает импульс, который, поступая на второй Rвход второго триггера 23, устанавливает его в исхсдное состоянле. При этом вновь открывается третья схема И 18 и закрывается четвертая схема И 19, обеспечивая номинальный режим работы электрического преобразователя. 2 ил, 1817217

Изобретение относится к преобразова- к выходу суммирующего счетчика 6, а вторая тельной технике и предназначено для управ- группа- к выходу реверсивного счетчика 10, ления электрическими преобразователями выход которого подсоединен к второму усразличных классов и их защиты от перенап- тановочному входу суммирующего счетчика ряжений. 6, первый триггер 14, $-вход которого подЦелью изобретения является расшире- ключен к выходу первого элемента И 3, перние функциональныхвозможностей устрой- вый R-вход которого подключен к выходу ства для управления электрическим блока сравнения 11, а второй R-вход — к . преобразователем и повышение надежно- шине начальной установки, первый форми-. сти его. работы путем использования внут- 10 рователь 12 переднего фронта, вход котороренних ресурсов электрического го подключен к выходу первого триггера 14, преобразователя для ограничения перенап- первый одновибратор 13,. вход которого ряжения питающей сети, примеияя широт- . подключен к выходу первого формироватено-импульсное его регулирование., ля 12 переднего фронта, третий элемент И

На фиг. 1 представлена функционапь- 15 18, первый вход которого подключен к выхоная схема устройства для управления алек- ду первого триггера 14, четвертый элемент трическим преобразователем с защитой от И 19, первый вход которого подключен к перенапряжений; на фиг. 2 — временные выходу первого одновибратора 13, элемент диаграммыработызаявляемогоустройства; ИЛИ 22, первый и второй входы котона фиг. 2а - выходные импульсы. формиру- 20 Рого подключены к выходам третьемые первым триггером 14 (фиг,1), б — вы- . его и четвертого элементов И соответственходные импульсы, формируемые но, а выход — к входу стробирования формирователем переднего фронта 12 дешифратора 7, датчик 15 перенапряжения, (фиг.1); в — выходные импульсы, формируе- вход которого подключен к питающей сети мые одновибратором 13 (фиг.1); г - выход- 25 электрического преобразователя, пятый ной сигнал датчика перенапряжения 15 элемент И 17, второй вход которого подклю(фиг.1); д — выходной импульс, формируе- чен к выходу датчика 15 перенапряжения, мый вторым триггером 23 (фиг.1); е — выход- второй формирователь 21 переднего фронной импульс второго формирователя та, вход которого подключен к выходу пятопереднего фронта 21 (фиг,1); ж — выходной 30 ro элемента И, второй триггер 23, $-вход импульс, формируемый вторым одновибра- которогг подключен к выходу второго фортором 16 (фиг.1); з- выходной импульс. фор- мирователя переднего фронта, первый Rмируемыйформирователемэаднего фронта вход подключен к шине начальной

20 (фиг.1); и — выходные импульсы, форми- установки, прямой его выход подключен к руемые на выходе элемента ИЛИ 22 (фиг.1), 35 второму входу четвертого элемента И, а инопределяющие выходное напряжение пре- версный выход — к второму и первому вхообразователя. дам третьего и пятого. элементов И

Предлагаемое устройство (фиг 1) содер- соответственно, второй одновибратор 16, жит (фиг.1), задающий генератор 1, выход вход которого подключен к выходу второго которого подключен к первому входу перво- 40 формирователя переднего фронта, формиго элемента И, второй вход которого под- рователь 20 заднего фронта, вход которого ключен к шине управления "Вкл". счетчик 5 подключен к выходу второго одновибратоимпульсов, импульсный и установочный ра, а выход — к второму R-входу второго входы которого подключены к выходу эле- триггера, устройство изменения состояния мента И 3 и шине начальной установки со- 45 реверсивного счетчика 8, импульсный, упответственно, дешифратор 7, равляющий и установочные. выходы котороинформационные входы которого подклю- го подключены к соответствующим входам чены к выходу счетчика 5, блок 9 формиро- реверсивного счетчика, вателей импульсов управления, входы Предлагаемое устройство работает слекоторого подключены к выходам дешифрато- 50 дующим образом, ра7,а выходы — ксиловымвентилямэлектри- В режиме начальной установки переческого преобразователя, дополнительный ключатель Т> находится в положении "HY", генератор 2, выход которого подключен к вто- . при этом первая схема И 3 закрыта, первый рому входу второго элемента И 4. суммирую- и второй счетчики импульсов 5 и 6, реверщий счетчик 6 импульсов, импульсный вход 55 сивный счетчик 10, первый и второй триггекоторого подключен к выходу второго эле- ры 14, 23 находятся в нулевом состоянии мента И, а первый установочный вход при- (фиг.1). соединен к шине начальной установки, При переводе переключателя Т> в полореверсивный счетчик 10, блок 11 сравнения, жение "Вкл" первый элемент И 3 открываетпервая группа входов которогоподключена ся и выходные импульсы задающего

1811217 генератора 1 с частотой f> начнут поступать на импульсный вход счетчика 5, установочный S-вход первого триггера 14 и импульсный вход блока 8 изменения состояния реверсивного счетчика. С приходом первого импульса на S-вход триггера 14 последний установится в "1" — состояние и тем самым откроет второй элемент И 4. Выходные сигналы дополнительного генератора 2 с частотой f2 = n ft {n-число квантований длительности импульса, формируемого фа. зосдвигающим устройством) начнут поступать на импульсный вход суммирующего счетчика 6 импульсов. Композиция дополнительногo генератора 2, второго элемента

И 4, суммирующего счетчика импульсов 6, блока 8 изменения состояния реверсивного счетчика, реверсивного счетчика 10, блока

11 сравнения и первого триггера 14 представляет собой цифровое фазосдвигающее устройство, на выходе которого формируются при включении нарастающие по длительности от периода к периоду импульсы с частотой f>, пока преобразователь не войдет в номинальный режим, и при выключении на выходе этого устройства формируются убывающие от периода к периоду импульсы с частотой f>, пока вообще йе пре"катятся.

К . оменту включения устройства на суммирующем выходе блока 8, который в случае автоматического управления представляет собой набор всевозможных датчиков .напряжения, датчиков тока и т.д., присутствует сигнал, который поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика

10. . Принцип работы фазосдвигающего устройства состоит в следующем, Первый выходной импульс элемента И 3, следующий с частотой f>, проходя на импульсный вход блока 8, поступает на импульсный вход реверсивного счетчика 10 и устанавливает его в состояние "1". Затем на импульсный вход счетчика 6 через схему И 4 от генератора 2 поступает первый импульс частотой f2 = nfl, где ll-число квантований выходного сигнала фазосдвигающего устройства, и устанавливает счетчик 6 в "1"-состояние, т.е. состояние реверсивного счетчика 10 совпадает с состоянием счетчика 6. На выходе схемы 11 сравнения появится импульс, который сбросит триггер 14 в нулевое состояние, т,е, на выходе триггера 14 будет сформирован сигнал, длительность которого равна одному периоду частоты fz = nf>.

С приходом второго импульса после включения от схемы И 3 триггер 14 установится в "1"-состояние, в реверсивный счетчик 10 будет записана "1". После поступления уже двух импульсов на вход счетчика 6 схема 11 сравнения выработает сигнал, который сбросит триггер 14 в нулевое состояние, т.е. длительность импульса, 5 сформированного на триггере 14, будет равна двум периодам частоты f2- nfl.

С приходом третьего, четвертого и т,д. импульсов от элемента И 3 описанный процесс повторяется, при этом длительность .

10 импульса, формируемого триггером 14, равна трем, четырем и т.д. периодам частоты =

= nf<, При достижении номинального режима работы преобразователя блок 8 снимает

15 сигнал "+" и st:e последующие выходные импульсы триггера 14 по длительности будут соответствовать номинальному режиму работы преобразователя. Максимально воз-. можная длительность выходных импульсов

20 триггера 14 определяется максимальным состоянием реверсивного счетчика 10.

При появлении вычитающего сигнала от блока 8 он поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 10. При этом все по25 ступающие на импульсный вход реверсивного счетчика 10 импульсы будут вычитаться.

При достижении номинального режима работы преобразователя блок 8 снимает сигнал

Зо "-" и все последующие выходные импульсы триггера 14 по длительности будут соответствовать номинальному режиму работы преобразователя. Минимально возможная длительность выходных импульсов триггера

35 14 определяется минимальным рабочим состоянием реверсивного счетчика, например

"1"-состоянием.

При переводе1 умблера Т3 в положение

"НУ" блок 8 формирует тольko лишь один

40 вычитающий выходной сигнал, поступающий на соответствующий вход реверсивного счетчика 10. При этом все поступающие на его импульсный вход импульсы будут вычитаться. При достижении нулевого состоя45 ния реверсивным счетчиком 10 блок 8 снимает выходной вычитающий сигнал.

Схема будет возвращена в исходное состояние.

Выходом фазосдвигающего устройства

50 служит выход первого триггера 14. Сформированный на выходе триггера 14 импульс, длительностью которого определяет заданные выходные параметры электрического преобразователя в номинальном режиме

55 питающей сети {например, для автономного инвертора напряжения — выходное напряжение), поступает на первый вход третьего элемента И 18 и вход первого формирователя переднего фронта 12. Так как третий элемент И 18 по второму входу открыт (на инверсном выходе второго триггера 23 установлена "1") данный импульс, проходя элемент ИЛИ 22, поступает на вход стробирования дешифратора 7, входящего в состав распределителя импульсов. Структура распределителя импульсов, предназначенного для реализации заданного алгоритма переключения силовых вентилей . электрического преобразователя, хорошо известна и состоит иэ счетчика 5 импульсов и дешифратора 7. С выхода дешифратора 7 импульсы управления попадают в блок 9 формирователей импульсов управления, не несущий никакой логической нагрузки и служащий для. согласования выходных импульсов дешифратора 7 с силовыми ключами преобразователя, Рассмотренный режим работы устройства для управления протекает при номинальном входном напряжении на входе электрического преобразователя, При возникновении перенапряжения питающей сети электрического преобразователя на выходе датчика перенапряжения

15 (фиг.2 г) появляется импульс, который, проходя пятый элемент И 17 (no первому входу схема И 17 открыта, т.к. на инверсном выходе триггера 23 в данный момент находится логическая "1"), поступает на вход второго формирователя переднего фронта

21(фиг.2e). Второй формирователь переднего фронта 21 формирует выходной импульс, который, поступая на $-вход второго триггера 23, устанавливает его в "1"-состояние (фиг,2д), Кроме того, укаэанный импульс запускает второй одновибратор 16 (фиг.2ж).

Переключение второго триггера 23 в единичное состояние приводит к закрытию третьей схемы И 18 и открытию четвертой схемы И 19.

При переключении первого триггера 14 в единичное состояние первый формирователь переднего фронта 12 вырабатывает импульс, который запускает первый одновибратор 13 (фиг.2б,в), вырабатывающий импульс, длительность которого определяет допустимое напряжение на силовых вентилях электрического преобразователя при возникновении перенапря>кения в питающей сети электрического преобразователя. Сформированный первым одновибратором 13 импульс через четвертую схему И 19 и схему ИЛИ 22 поступает на стробирующий вход дешифратора 7 (фиг.2и) распределителя импульсов и определяет заданные выходные параметры электрического преобразователя в режиме перенапряжения оитающей сети.

Длительность импульса, формируемого вторым одновибратором 16, определяется продолжительностью перенапряжения питающей сети. Экспериментально установлено, что продолжительность перенапря>кения питающей сети обычно не превышает, например, для автономных инверторов напряжения, нескольких периодов формируемого им выходного напряжения.

По заднему фронту импульса второго одновибратора 16 (фиг.2ж,з) формирователь заднего фронта 20 вырабатывает импульс, который, поступая на второй R-вход второго триггера 23, устанавливает его в исходное состояние. При этом вновь открывается третий элемент И 18 и закрывается четвертый элемент И 19, тем самым обеспечивая ре5

10 жим работы электрического преобразователя в номинальном режиме.

Устройство для управления электрическ1лм преобразователем с защитой от перенапряжений может быть выполнено на основе применения цифровых микросхем,,например 155 серии, Задающий и дополнительный генераторы 1, 2, элементы И 3,4,18,19,17, первый и второй формирователи 12, 21 переднего фронта, формирователь 20 заднего фронта, первый и второй одновибраторы 13, 16, элемент ИЛИ 22, блок 8 изменения состояния реверсивного счетчика реализуются по известным схемам на базе микросхемы

155ЛАЗ. о

Первый и суммирующий счетчики 5 и 6 импульсов строятся с использованием микросхемы 55ИЕ5, в основе. реверсивного счетчика; лежит микросхема 155ЕИ7, ния микросхемы 155ИДЗ, а триггера 14 и 23 — 155TM2.

В качестве датчика перенапряжения используется соединение делителя напряжения на резисторах, источника опорного напряжения и сравнивающего устройства.

Источник опорного напряжения выполнен в виде параметрического стабилизатора с использованием стабилитрона Д818Е. Сравнивающее устройство реализовано компаратором на микросхеме 521САЗА, Экспериментальные исследования предлагаемого устройства для управления электрическим преобразователем с защитой от перенапряжений в составе электри50 ческого преобразователя для транспортных средств показали, что по сравнению с устройстьом аналогичного назначения (прототипа) заявляемое устройство обеспечивает надежную защиту электрического преобразователя от перенапря>кения питающей сети и позволяет за счет этого существенно упростить силовые устройства защиты собственно электрического преобразователя или даже исключить их и тем самым павы35 . Дешифратор 7 строится путем примене1817217

10 сить КПД электрического преобразователя, понизить его вес и габариты. Например, при номинальном входном напряжении питающей сети 22-29 В возникающие перенапряжения до 70 В и длительностью до 3 мс не 5 нарушали работу электрического преобразователя.

Формула изобретения

Устройство для управления электрическим преобразователем с защитой от пере- 10 напряжений, содержащее задающий, генератор, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого подключен к шине управления

"Вкл", счетчик, импульсный вход которого 15. подключен к выходу первого элемента И, а установочный вход — к шине начальной ус-, . тановки, дешифратор, информационные. входы которого подкл1очены к выходу счетчика, а выход присоединен к блоку форми- 20 рователей импульсов управления силовых вентилей преобразователя, дополнительный генератор, выходом подключенный к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к импульсному входу 25 суммирующего счетчика, выход которого подкг .:,ен к первой группе входов блока сравнмнил, вторая Группd входов которого подключена к выходу реверсивного счетчика, импульсный, суммирующий и вычитаю- 30 щий входы которого подключены к соответствующим выходам блока изменения состояния реверсивного счетчика, установочный вход которого подключен к шине начальной установки соответственно, а уп- 35 равляющие входы — к датчикам выходных параметров электрического преобразователя, выход блока сравнения присоединен к первому R-входу первого RS-триггера, Sвход которого подключен к выходу первого. 40 элемента И, второй R-вход подключен к шине начальной установки, о т л и ч а ю щ е е с я тем. что. с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности его в работе, оно снабжено первым и вторым формирователями переднего фронта импульсов, формирователем заднего фронта импульсов, первым и вторым одно- . вибраторами, датчиком перенапряжений, третьим, четвертым и пятым элементами И, элементом ИЛИ и вторым RS-триггером, причем выход первого RS-триггера подключен к второму входу второго элемента И, первому входу третьего элемента И и входу первого формирователя переднего фронта импульсов, выход которого через первый одновибратор подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого подключен к одному входу элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу . третьего элемента И, а выход элемента ИЛИ подключен к входу стробирования. дешифратора, при этом вход датчика перенапряжения подключен к питаю".цей сети электрического преобразователя, а выход к первому входу пятого элемента И, выход которого подключен к входу второго формирователя переднего фронта импульсов, выход которого подключен к S-входу второго

RS-триггера, первый R-вход которого подключен к шине начальной установки, а второй R-вход — к выходу формирователя заДнего фронта импульсов, вход которого подключен к выходу сторого одновибратора, вход которого подключен к выходу второго формирователя переднего фронта импульсов, при этом прямой выход второго

RS-триггера подключей к второму входу четвертого элемента И, а инверсный выход RSтриггера подключен к вторым входам третьего и пятого элементов И, при этом импульсный вход блока изменения состояния реверсивного счетчика подключен к выходу-первого элемента И.

1817217

Составитель О.Алымов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С,Шекмар

Редактор Т.Зубкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1902 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5