УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ФАЗИРОВКИ ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
THREE-PHASE ELECTRIC DRIVE PHASING CONTROL DEVICE

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к области преобразовательной техники и автоматизированного электропривода.
Известно устройство контроля фазировки в трехфазном тиристорном электроприводе типа «Мезоматик-К» [1].
Устройство содержит узел слежения за фазировкой цепи управления, выполненный на четырех логических элементах «И-НЕ» и емкостном фильтре, RS-триггер и исполнительный орган. На входы узла поступают две последовательности прямоугольных импульсов длительностью 180 электрических градусов, соответствующие положительным полуволнам двух фаз переменного напряжения на входе цепи управления. При правильном чередовании фаз цепи управления с выхода узла слежения на триггер поступает сигнал логической «1», на прямом выходе триггера присутствует логическая «1». При неправильном чередовании фаз с выхода узла слежения на триггер проходит короткий нулевой импульс, который перебрасывает триггер в противоположное состояние. Логический «0» с прямого выхода триггера поступает на исполнительный орган, который запрещает выдачу управляющих импульсов на тиристоры в силовой цепи электропривода.
Недостатками данного решения являются:
- нестабильность параметров емкостного фильтра;
- вероятность ложных срабатываний устройства вследствие провалов напряжения в цепи управления при непрерывном контроле фазировки.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению и взятым за прототип является устройство контроля фазировки, входящее в состав электропривода постоянного тока серии ЭПУ1М производства АО «Чебоксарский электроаппаратный завод» [2]. Электропривод (фиг. 1) содержит токоограничивающий реактор 1, трехфазный тиристорный преобразователь 2, двигатель 3, узел синхронизации цепи управления 4, состоящий из фазных фильтров 5…7 и компараторов 8…13, систему управления 14, устройство контроля фазировки 15, состоящее из D-триггера 16 и исполнительного органа 17.
Работа прототипа происходит следующим образом.
1
1
1
упр
сил
1
1
Фазные напряжения на входах A, B, C цепи управления U сглаживаются и сдвигаются фильтрами 5…7 таким образом, чтобы начало фазных синусоид совпадало с точками естественной коммутации мостовой схемы тиристорного преобразователя 2, подсоединенного через реактор 1 к фазам А, В, С силовой цепи U. К каждому фазному фильтру подключены два компаратора, на выходах которых формируются последовательности прямоугольных импульсов длительностью 180 электрических градусов. Фронты импульсов на выходах компараторов соответствуют началу положительных («а», «b», «с») и отрицательных («х», «у», «z») полуволн фазных синусоид. Последовательности прямоугольных импульсов поступают в систему управления 14 для синхронизации с силовой сетью управляющих импульсов, выдаваемых на тиристоры преобразователя 2 по командам системы управления. За правильностью чередования фаз цепи управления следит устройство контроля фазировки 15. Для проверки фазировки могут использоваться импульсы, соответствующие положительным или отрицательным полуволнам синусоид двух фаз цепи управления. В прототипе используются импульсы, соответствующие положительным полуволнам «а» и «b». Последовательность импульсов полуволн «Ь» с выхода компаратора 10 подается на счетный вход «С» триггера 16, а последовательность импульсов полуволн «а» с выхода компаратора 8 - на вход данных «D» этого триггера. Сигнал с входа данных «D» пропускается на неинверсный выход триггера по фронту сигнала на счетном входе «С». При правильном чередовании фаз, т.е. при отставании фазы на входе B от фазы на входе А на неинверсном выходе триггера 16 устанавливается логическая «1», при неправильном чередовании фаз - логический «0». Сигнал с неинверсного выхода триггера 16 поступает на исполнительный орган 17, который при неправильном чередовании фаз цепи управления выдает на вход системы управления 14 команду запрета выдачи управляющих импульсов на тиристоры преобразователя.
Недостатками прототипа является отсутствие контроля чередования фаз силовой цепи и контроля совпадения фаз силовой цепи и цепи управления, а также вероятность ложных срабатываний устройства вследствие провалов напряжения в цепи управления при непрерывном контроле фазировки, что снижает функциональность устройства.
Технический результат заявляемого решения - повышение функциональности контроля фазировки.
Технический результат достигается тем, что в устройство контроля фазировки трехфазного электропривода, содержащее D-триггер и исполнительный орган, дополнительно введены два D-триггера, три нуль-органа, три фильтра, три логических элемента «И-НЕ», два логических элемента «И», при этом первый вход первого элемента «И-НЕ» подключен к инверсному выходу первого триггера, неинверсный выход которого подсоединен к первому входу второго элемента «И», второй вход первого элемента «И-НЕ» подключен к выходу компаратора, формирующего импульсы при положительной или отрицательной полуволне фазы на втором входе цепи управления, вход данных «D» первого триггера подсоединен к выходу компаратора, формирующего импульсы при той же полуволне фазы на первом входе цепи управления, причем фаза на втором входе отстает от фазы на первом входе цепи управления на 120 электрических градусов, выход первого элемента «И-НЕ» подключен к счетному входу «С» первого триггера, вход первого нуль-органа подсоединен к третьему входу трехфазного преобразователя, выход первого нуль-органа подключен к входу первого фильтра, выход которого подсоединен к второму входу второго элемента «И-НЕ», первый вход второго элемента «И-НЕ» подключен к инверсному выходу второго триггера, выход второго элемента «И-НЕ» подсоединен к счетному входу «С» второго триггера, неинверсный выход второго триггера подключен к второму входу второго элемента «И», вход второго нуль-органа подсоединен к второму входу трехфазного преобразователя, причем фаза силовой цепи на входе второго нуль-органа опережает на 120 электрических градусов фазу силовой цепи на входе первого нуль-органа, выход второго нуль-органа подключен к входу второго фильтра, выход которого подсоединен к входу данных «D» второго триггера, вход третьего нуль-органа подключен к первому входу трехфазного преобразователя, выход третьего нуль-органа подсоединен к входу третьего фильтра, выход которого подключен к второму входу третьего элемента «И-НЕ», первый вход третьего элемента «И-НЕ» подсоединен к инверсному выходу третьего триггера, выход третьего элемента «И-НЕ» подключен к счетному входу «С» третьего триггера, неинверсный выход третьего триггера подсоединен к третьему входу второго элемента «И», первый вход первого элемента «И» подключен к выходу компаратора, формирующего импульсы при положительной полуволне фазы на третьем входе цепи управления, второй вход первого элемента «И» подсоединен к выходу компаратора, формирующего импульсы при положительной полуволне фазы на первом входе цепи управления, выход первого элемента «И» подключен к входу данных «D» третьего триггера, выход второго элемента «И» подключен к входу исполнительного органа, выход которого подсоединен к входу системы управления.
Отличительной особенностью изобретения является введение в устройство контроля фазировки двух D-триггеров, трех нуль-органов, трех фильтров, трех логических элементов «И-НЕ», двух логических элементов «И», соединенных таким образом, чтобы реализовать функции контроля чередования фаз силовой цепи, контроля совпадения фаз цепи управления и силовой цепи, помехозащищенности, что повышает функциональность устройства.
На фиг. 2 приведен вариант заявляемого устройства контроля фазировки, где приняты следующие обозначения:
1 - токоограничивающий реактор;
2 - тиристорный преобразователь;
3 - двигатель;
4 - узел синхронизации цепи управления;
5-7 - фазные фильтры цепи управления;
8-13 - компараторы цепи управления;
14 - система управления;
15 - устройство контроля фазировки;
16 - D-триггеры;
17 - исполнительный орган;
18, 19, 20 - нуль-органы силовой цепи;
21, 22, 23 - фазные фильтры силовой цепи;
24, 25, 26 - логические элементы «И-НЕ»;
27 - логический элемент «И»;
28, 29 - D-триггеры;
30 - логический элемент «И».
В приведенном варианте устройства первый вход первого элемента «И-НЕ» 24 подключен к инверсному выходу первого триггера 16, неинверсный выход которого подсоединен к первому входу второго элемента «И» 30, второй вход первого элемента «И-НЕ» 24 подключен к выходу компаратора 10 полуволны «Ь» цепи управления, вход данных «D» первого триггера 16 подсоединен к выходу компаратора 8 полуволны «а» цепи управления, выход первого элемента «И-НЕ» 24 подключен к счетному входу «С» первого триггера 16, вход первого нуль-органа 18 подсоединен к фазе С силовой цепи, выход первого нуль-органа 18 подключен к входу первого фильтра 21, выход которого подсоединен ко второму входу второго элемента «И-НЕ» 25, первый вход второго элемента «И-НЕ» 25 подключен к инверсному выходу второго триггера 28, выход второго элемента «И-НЕ» 25 подсоединен к счетному входу «С» второго триггера 28, неинверсный выход второго триггера 28 подключен к второму входу второго элемента «И» 30, вход второго нуль-органа 19 подсоединен к фазе В силовой цепи, выход второго нуль-органа 19 подключен к входу второго фильтра 22, выход которого подсоединен к входу данных «D» второго триггера 28, вход третьего нуль-органа 20 подключен к фазе А силовой цепи, выход третьего нуль-органа 20 подсоединен ко входу третьего фильтра 23, выход которого подключен к второму входу третьего элемента «И-НЕ» 26, первый вход третьего элемента «И-НЕ» 26 подсоединен к инверсному выходу третьего триггера 29, выход третьего элемента «И-НЕ» 26 подключен к счетному входу «С» третьего триггера 29, неинверсный выход третьего триггера 29 подсоединен к третьему входу второго элемента «И» 30, первый вход первого элемента «И» 27 подключен к выходу компаратора полуволны «с» цепи управления, второй вход первого элемента «И» 27 подсоединен к выходу компаратора полуволны «а» цепи управления, выход первого элемента «И» 27 подключен к входу данных «D» третьего триггера 29, выход второго элемента «И» 30 подключен к входу исполнительного органа 17, выход которого подсоединен к входу системы управления 14.
Работа устройства происходит следующим образом:
а) Контроль чередования фаз цепи управления.
1
1
Последовательность импульсов полуволн «b» с выхода компаратора 10 подается на счетный вход «С» триггера 16 через элемент «И-НЕ» 24. В исходном состоянии на инверсном выходе триггера 16 устанавливается сигнал логической «1», который разрешает прохождение инвертированной последовательности импульсов полуволн «b» на счетный вход «С» триггера 16. Последовательность импульсов полуволн «а» с выхода компаратора 8 подается на вход данных «D» триггера 16. Сигнал с входа данных «D» пропускается на неинверсный выход триггера по фронту сигнала на счетном входе «С». При правильном подсоединении цепи управления фаза на входе B отстает от фазы на входе А. Сигнал логической «1» полуволны «а» со входа данных «D» проходит на неинверсный выход триггера 16 при фронте импульса инвертированной полуволны «b» на счетном входе «С». Одновременно на инверсном выходе триггера 16 устанавливается сигнал логического «0», который запрещает дальнейшее прохождение импульсов полуволн «b» на счетный вход «С» через элемент «И-НЕ» 24. Таким образом, происходит блокировка непрерывного контроля чередования фаз цепи управления до следующего включения электропривода и исключается вероятность ложных срабатываний устройства вследствие провалов напряжения в цепи управления. При неправильном чередовании фаз цепи управления на входе данных «D» триггера 16 отсутствует логическая «1» полуволн «а» при фронте импульсов инвертированных полуволн «b» на счетном входе «С», на неинверсном выходе триггера 16 устанавливается сигнал аварии - логический «0».
б) Контроль чередования фаз силовой цепи.
Последовательность импульсов положительных полуволн фазы С силовой цепи с выхода нуль-органа 18 и фильтра 21 подается на счетный вход «С» триггера 28 через элемент «И-НЕ» 25. В исходном состоянии на инверсном выходе триггера 28 устанавливается сигнал логической «1», который разрешает прохождение инвертированной последовательности импульсов положительных полуволн фазы С на счетный вход «С» триггера 28. Последовательность импульсов положительных полуволн фазы В силовой цепи с выхода нуль-органа 19 и фильтра 22 подается на вход данных «D» триггера 28. При правильном подсоединении силовой цепи фаза на входе С отстает от фазы на входе В. Сигнал логической «1» положительной полуволны фазы В с входа данных «D» проходит на неинверсный выход триггера 28 при фронте импульса инвертированной положительной полуволны фазы С на счетном входе «С». Одновременно на инверсном выходе триггера 28 устанавливается сигнал логического «0», который запрещает дальнейшее прохождение импульсов положительных полуволн фазы С на счетный вход «С» через элемент «И-НЕ» 25. Таким образом, происходит блокировка непрерывного контроля чередования фаз силовой цепи до следующего включения электропривода и исключается вероятность ложных срабатываний устройства вследствие провалов напряжения в силовой цепи. При неправильном чередовании фаз силовой цепи на входе данных «D» триггера 28 отсутствует логическая «1» положительных полуволн фазы В при фронте импульсов инвертированных положительных полуволн С на счетном входе «С», на неинверсном выходе триггера 28 устанавливается сигнал аварии - логический «0».
в) Контроль совпадения фаз цепи управления и силовой цепи.
Последовательность импульсов положительных полуволн фазы А силовой цепи с выхода нуль-органа 20 и фильтра силовой цепи 23 подается на счетный вход «С» триггера 29 через элемент «И-НЕ» 26. В исходном состоянии на инверсном выходе триггера 29 устанавливается сигнал логической «1», который разрешает прохождение инвертированной последовательности импульсов положительных полуволн фазы А на счетный вход «С» триггера 29. На выходе элемента «И» 27 формируются сигналы логической «1», соответствующие зоне перекрытия импульсов полуволн «а» и «с» цепи управления, и подаются на вход данных «D» триггера 29. При совпадении фаз силовой цепи и цепи управления фронт импульса инвертированной положительной полуволны фазы А попадает в зону перекрытия импульсов полуволн «а» и «с» цепи управления, и сигнал логической «1» с входа данных «D» проходит на неинверсный выход триггера 29. Одновременно на инверсном выходе триггера 29 устанавливается сигнал логического «0», который запрещает дальнейшее прохождение импульсов положительных полуволн фазы А на счетный вход «С» через элемент «И-НЕ» 26. Таким образом, происходит блокировка непрерывного контроля совпадения фаз силовой цепи и цепи управления до следующего включения электропривода и исключается вероятность ложных срабатываний устройства вследствие провалов напряжения в силовой цепи и цепи управления. При несовпадении фаз силовой цепи и цепи управления на входе данных «D» триггера 29 отсутствуют сигналы логической «1» при фронте импульсов инвертированных положительных полуволн С на счетном входе «С», на неинверсном выходе триггера 29 устанавливается сигнал аварии - логический «0».
Фильтры 21, 22. 23 предназначены для фильтрации коммутационных провалов в силовой цепи при переключении тиристоров, а также для сдвига импульсов положительных полуволн фаз силовой цепи на определенный угол в зависимости от схемы силовой сети («звезда» или «треугольник»).
Сигналы с неинверсных выходов триггеров 16, 28, 29 суммируются на входах элемента «И» 30, а результирующий сигнал поступает на исполнительный орган 17. При неправильном чередовании фаз цепи управления, или неправильном чередовании фаз силовой цепи, или несовпадении фаз цепи управления и силовой цепи на вход исполнительного органа проходит сигнал логического «0», по которому исполнительный орган выдает на вход системы управления 14 команду запрета выдачи управляющих импульсов на тиристоры преобразователя 2.
Таким образом, заявляемое решение повышает функциональность устройства контроля фазировки.
Кроме трехфазного электропривода, предложенное устройство может применяться в трехфазных тиристорных устройствах с импульсно-фазовым управлением, например, в устройствах плавного пуска электродвигателей и электротехнологических установках.
Предлагаемое устройство может быть реализовано как на логических элементах, так и виде алгоритма работы микроконтроллеров и программируемых логических интегральных схем.
Информационные источники, принятые во внимание при составлении описания и формулы изобретения
[1] Чернов Е.А., Кузьмин В.П. Комплектные электроприводы станков с ЧПУ: Справочное пособие. - Горький: Волго-Вятское кн. изд-во, 1989. - 320 с.
[2] Электроприводы унифицированные трехфазные серии ЭПУ1М. Промышленный каталог 08.41.11-99, УДК 62-83:621.9.06(085), ГРНТИ 45.4.33. с. 7-12.