Устройство для управления n-группами вентилей преобразователя

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регуляторах, выпрямителях и инверторах, содержащих несколько групп полупроводниковых ключей, подключенных к различным отпайкам трансформатора. Устройство содержит источник управляющего сигнала, формирователь синхроимпульсов, связанные через логические элементы с элементами сдвига, выходы которых предназначены для подключения к группам вентилей преобразователя. В устройстве повышается точность и уменьшается стоимость. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регуляторах, выпрямителях и инверторах, содержащих несколько групп полупроводниковых ключей, подключенных к различным отпайкам трансформатора.

Известно устройство для управления n группами вентилей преобразователя [1] в которое входят источник управляющего сигнал и n каналов управления соответствующими группами полупроводниковых ключей.

Недостаток этого устройства в том, что на разных интервалах регулирования угол открытия тиристоров формируется разными элементами, что отрицательно влияет на точность регулирования. Каждый канал в соответствующем регулируемом интервале вносит свою погрешность, ухудшая точность регулирования и увеличивая объем работ в n раз по настройке, объем элементов, входящих в устройство, что уменьшает надежность и повышает себестоимость.

Цель изобретения повышение точности управления вентилями, уменьшение себестоимости и увеличение надежности устройства управления.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в устройство для управления n группами вентилей преобразователя, включающее источник управляющего сигнала, дополнительно введены формирователь синхроимпульсов, два ждущих мультивибратора, симметричный мультивибратор, генератор линейного напряжения, элемент памяти, два элемента сдвига, один элемент И-НЕ, два элемента И-ИЛИ, n+1 элементов ИЛИ, при этом выход источника управляющего сигнала подключен к управляющему входу первого ждущего мультивибратора, выход которого подключен к первому входу элемента И-НЕ, к разрешающему входу генератора линейного напряжения и к разрешающему входу элемента памяти, выход симметричного мультивибратора подключен к второму входу элемента И-НЕ, выход которого подключен к сбрасывающему входу генератора линейного напряжения, выход генератора линейного напряжения подключен к инверторным входам двух элементов И-ИЛИ и управляющему входу элемента памяти, выход элемента памяти подключен к управляющему входу второго ждущего мультивибратора, формирователь синхроимпульсов первым входом подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, к синхронизирующему входу первого элемента сдвига, к первому прямому входу элемента И-ИЛИ и первому прямому входу второго элемента И-ИЛИ, второй выход формирователя синхроимпульсов подключен к второму входу элемента первого элемента ИЛИ, синхронизирующему входу второго элемента сдвига, второму прямому входу первого элемента И-ИЛИ и второму прямому входу второго элемента И-ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ подключен к запускающим входам первого и второго мультивибраторов, выход второго ждущего мультивибратора подключен к третьему прямому входу второго элемента И-ИЛИ, выход первого элемента И-ИЛИ подключен к тактовому входу первого элемента сдвига, выход второго элемента подключен к тактовому входу второго элемента сдвига, два первых выхода двух элементов сдвига подключены к первому и второму соответственно входам второго элемента ИЛИ, вторые выходы двух элементов сдвига подключены к первому и второму входам третьего элемента ИЛИ, n-выходы двух элементов сдвига подключены к первому и второму входам последнего элемента ИЛИ. Симметричный мультивибратор, элемент И-НЕ и генератор линейного напряжения выполняют в совокупности функцию генератора пилообразного напряжения. При появлении сигнала на втором входе элемента И-НЕ генератор приходит в исходное состояние и формирует пилообразное напряжение в течение всего времени поступления разрешающего импульса на второй вход элемента И-НЕ. Прекращение разрешающего импульса приостанавливает генерацию.

При отсутствии разрешающего сигнала выходной сигнал генератора пилообразного напряжения поддерживается на том уровне, на котором он был в момент уменьшения разрешающегоо сигнала до нуля. Длительность импульса на выходе первого мультивибиратора определяет количество зубьев пилообразного напряжения, которые формируют импульсы через устройства сдвига, подключающие соответствующее количество групп вентилей. Минимальная величина напряжения последнего зуба формирует угол включения тиристоров, регулирующих напряжение в соответствующем интервале диапазона. В заявленном устройстве сокращается число элементов в системе, вносящих погрешность в систему управления. В n раз уменьшается число суммирующих элементов, источников опорного сигнала, фазосдвигающих устройств. Уменьшение общего количества всех входящих элементов системы повышает надежность работы системы и уменьшает ее себестоимость.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 изображены диаграммы входящих сигналов соответствующих элементов; на фиг.3 схема подключения вентилей к отпайкам трансформатора.

Выход источника 1 управляющего сигнала подключен к управляющему входу первого ждущего мультивибратора 2, выход которого подключен к второму входу элемента И-НЕ 3, к разрешающему входу элемента 5 памяти и к разрешающему входу генератора 4 линейного напряжения. Выход симметричного мультивибратора 14 через разделительный конденсатор 15 подключен к первому входу элемента И-НЕ 3, выход которого подключен к сбрасывающему входу генератора 4 линейного напряжения. Выход генератора 4 линейного напряжения подключен к инверторным входам двух элементов И-ИЛИ 9, 10 и управляющему входу элемента 5 памяти. Выход элемента 5 памяти подключен к управляющему входу второго мультивибратора 6. Формирователь 16 синхроимпульсов первым своим выходом подключен через разделительный конденсатор 17 к первому входу первого элемента ИЛИ 11 и к синхронизирующему входу второго элемента 8 сдвига, третьему входу элемента И-ИЛИ 9 и к второму входу второго элемента И-ИЛИ 10. Второй выход формирователя 16 синхроимпульсов вторым выходом подключен через разделительный конденсатор 18 к второму входу первого элемента ИЛИ 11, синхронизирующему входу первого элемента 7 сдвига, первому входу первого элемента И-ИЛИ 9 и четвертому входу второго элемента И-ИЛИ 10. Выход первого элемента И-ИЛИ 10 подключен к запускающим входам первого и второго ждущих мультивибраторов 2, 6. Выход второго ждущего мультивибратора 6 подключен к четвертому входу первого элемента И-ИЛИ 9 и к третьему входу второго элемента И-ИЛИ 10. Выход первого элемента И-ИЛИ 9 подключен к первому элементу 7 сдвига, выход второго элемента И-ИЛИ 10 подключен к тактовому входу второго элемента 8 сдвига. Два первых выхода двух элементов 7,8 сдвига подключены к первому и второму соответственно входам второго элемента ИЛИ 12. Вторые выходы двух элементов 7,8 сдвига подключены к первому и второму входам третьего элемента ИЛИ 13 и т.д. т.е. n выходы двух элементов 7, 8 сдвига подключены к первому и второму входам n+1 элемента ИЛИ.

Источник 1 управляющего сигнала выполняет функцию задатчика. Постепенному увеличению управляющего сигнала соответствует постепенное увеличение угла открытия сначала первой группы вентилей, потом второй и т.д.

Ждущий мультивибратор 2 формирует импульсы, длительность которых зависит от величины управляющего сигнала.

Симметричный мультивибратор 14, выходной сигнал которого проходит через разделительный конденсатор 15, выполняет функцию генератора частоты.

Элемент И-НЕ 3 приводит свой выходной сигнал в нулевое состояние, когда на оба его входа поступает единичный сигнал, тем самым формируется отрицательный перепад единичного сигнала, приводящий генератор 4 линейного напряжения в исходное состояние.

Генератор 4 линейного напряжения при поступлении на его второй вход сигнала разрешения линейно изменяет свой выходной сигнал (в данном примере уменьшает). При отрицательном перепада сигнала на первом своем входе генератор возвращается в исходное состояние. Если сигнал на первом и втором входах отсутствует, то выходной сигнал не меняет своего значения.

В совокупности симметричный мультивибратор 14, разделительный конденсатор 15, элемент И-НЕ 3, генератор 4 линейного напряжения выполняют функцию генератора пилообразного напряжения. Генератор пилообразного напряжения в момент поступления выходного сигнала первого мультивибратора 2 формирует на своем выходе напряжение, изменяющееся периодически: напряжение скачком изменяется до максимума, после чего линейно уменьшается до нуля. В момент прекращения поступления импульса с выхода первого мультивибратора выходное напряжение генератора фиксируется (прекращает изменяться).

Формирователь 16 синхроимпульсов на первом своем выходе формирует импульсы в момент перехода напряжения сети от плюса к минусу, а на втором от минуса к плюсу.

Элементы 7,8 сдвига выполняют функцию распределителей импульсов между группами вентилей. Сигнал синхронизации с выхода формирователя 16 импульсов приводит соответствующий элемент в исходное состояние, при котором выходные сигналы сдвигающего элемента равны нулю. После каждого синхросигнала единичный сигнал соответственно сначала появляется на первом выходе потом на втором, третьем и т.д.

Элемент 5 памяти поступлении на первый вход разрешающего сигнала заносит в свою память значение сигнала, поступающего на второй вход, при этом стирается старое значение, хранящееся в памяти.

Устройство работает следующим образом. Источник управляющего сигнала формирует постоянный или изменяющийся выходной сигнал, который, поступая на вход первого ждущего мультивибратора 2, формирует длительность его выходного импульса. Сигнал с выхода формирователя 16 синхроимпульсов в начале каждого полупериода запускает первый ждущий мультивибратор 2. Его импульсы, попадая на вход генератора линейного напряжения и на вход элемента И-НЕ 3, разрешают генерацию пилообразного напряжения на выходе генератора 4 линейного напряжения. Выходной сигнал генератора 4 запоминается элементом 5 памяти и подается на вход второго ждущего мультивибратора 6, принцип работы которого тот же, что и у первого мультивибратора 2. Второй мультивибратор 6 в начале каждого полупериода запускается синхроимпульсом. Длительность выдержки времени (интервала времени), через которую на его выходе появится импульс, после поступления на вход запускающего синхроимпульса определяется величиной сигнала, поступающего на управляющий вход. Выходные сигналы второго мультивибратора и генератора пилообразного напряжения, принимая нулевое значение, создают на соответствующем элементе И-ИЛИ единичный выходной сигнал. Синхроимпульсы с выхода формирователя 16 синхроимпульсов чередуют логику первого и второго полупериодов.

На протяжении первого полупериода уменьшение сигнала с выхода генератора 4 пилообразного напряжения до нуля в момент окончания первого зуба приводит к появлению единичного импульса на входе элемента И-ИЛИ 9. На первом выходе элемента 7 сдвига появляется единичный сигнал. После окончания зуба на втором выходе элемента 7 сдвига появится единичный сигнал и так после каждого зуба. Количество включенных групп вентилей k равно количеству полных зубьев. Единичные сигналы с выхода элемента 7 сдвига будут сохраняться до появления следующего положительного полупериода напряжения сети и соответственно положительного перепада синхроимпульса, т.е. до окончания текущего периода. В первом полупериоде последующих периодов угол включения k+1 группы вентилей формируется длительностью задержки импульса с выхода мультивибратора 6 через элемент И-ИЛИ 10, элемента сдвига и k+1 элемент ИЛИ. К-я группа вентилей в начале последующих первых полупериодов включена К-м выходом элемента 8 сдвига (единичным сигналом, проходящим с k-го выхода через соответствующий элемент ИЛИ.

В конце первого полупериода синхроимпульс с первого выхода формирователя 16 синхроимпульсов приведет элемент 8 сдвига в исходное состояние, при котором на его выходах будут нулевые сигналы. В начале второго полупериода единичный сигнал с k-го выхода элемента 7 сдвига через соответствующий элемент ИЛИ подключит k-ю группу вентилей. Через определенный интервал времени импульс с выхода мультивибратора 6, пройдя через элемент И-ИЛИ 10, элемент 8 сдвига, элемент ИЛИ, включает с требуемой задержкой k+1 группу вентилей.

На протяжении второго полупериода пилообразное изменение сигнала с выхода генератора 4 пилообразного напряжения при нулевом значении, проходя через регистр 10, формирует на его выходе единичные импульсы, количество которых определяется количеством зубьев пилообразного напряжения, и включает соответствующую k группу вентилей в начале последующего первого полупериода. Таким образом элемент 7 сдвига в первом полупериоде подготавливается к рабочему режиму второго полупериода, в начальный момент которого он включает k-ю группу вентилей, а через интервал времени, равный углу открытия, включает k+1 группу вентилей. Для элемента 8 сдвига подготовительным режимом является второй полупериод, рабочим первый.

Длительность импульса первого мультивибратора 2 определяет количество зубьев пилообразного напряжения за полупериод. Длительность задержки импульса во втором мультивибраторе 6 определяется длительностью последнего зуба пилообразного напряжения (значением напряжения на выходе генератора 4 в момент поступления запускающего импульса). Величина последнего зуба в момент прекращения генерации формирует угол включения соответствующей группы вентилей и может принимать значения от нуля до максимума.

Таким образом, цель достигнута: сократилось число каналов управления, формирующих временные задержки включения вентилей. Повысилась точность работы системы, уменьшилась ее себестоимость.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ N-ГРУППАМИ ВЕНТИЛЕЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, включающее источник управляющего сигнала, отличающееся тем, что в него введены формирователь синхроимпульсов, два ждущих мультивибратора, симметричный мультивибратор, генератор линейного напряжения, элемент памяти, два элемента сдвига, один элемент И-НЕ, два элемента И-ИЛИ, n+1 элементов ИЛИ, при этом выход источника управляющего сигнала подключен к управляющему входу первого ждущего мультивибратора, выход которого подключен к первому входу элемента И-НЕ, к разрешающим входам генератора линейного напряжения и элемента памяти, выход симметричного мультивибратора подключен к второму входу элемента И-НЕ, выход которого подключен к сбрасывающему входу генератора линейного напряжения, выход генератора линейного напряжения подключен к инверторным входам двух элементов И-ИЛИ и управляющему входу элемента памяти, выход элемента памяти подключен к управляющему входу второго ждущего мультивибратора, формирователь синхроимпульсов первым выходом подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, к синхронизирующему входу первого элемента сдвига, к первым прямым входам элементов И-ИЛИ, второй выход формирователя синхроимпульсов подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, синхронизирующему входу второго элемента сдвига, вторым прямым входам элементов И-ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ подключен к запускающим входам первого и второго мультивибраторов, выход второго ждущего мультивибратора подключен к третьим прямым входам элементов И-ИЛИ, выход первого элемента И-ИЛИ подключен к тактовому входу первого элемента сдвига, выход второго элемента И-ИЛИ к тактовому входу второго элемента сдвига, два первых выхода двух элементов сдвига подключены к первому и второму соответственно входам второго элемента ИЛИ, вторые выходы двух элементов сдвига подключены к первому и второму входам третьего элемента ИЛИ, n-е выходы двух элементов сдвига подключены к первому и второму входам (n+1)-го элемента ИЛИ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3