ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для управления вентильными преобразователями переменного напряжения в постоянное.
Известно устройство для управления вентильным преобразователем, содержащее три блока связи с сетью, каждый с интегратором, нуль-органом, инвертором, двумя одновибраторами, два трехвходовых элемента ИЛИ. каждый вход первого из которых соединен с выходом первого одновибратора соответственно первого, второго и тертьего блоков связи с сетью, каждый вход второго трехвходового элемента ИЛИ соединен с выходом второго одновибратора соответственно первого, второго и тертьего блока связи с сетью /1/.
Недостатками такого устройства являются: узкий диапазон функциональных возможностей, в следствие несовместимости с цифровыми системами управления; низкая надежность, в следствие большого числа элементов: необходимость регулировки минимального и максимального углов отсечки; необходимость согласования амплитуды управляющего сигнала с амплитудой генераторов пилообразного напряжения: необходимость регулировки устройства коррекции.
Из известных технических решений наиболее близкими по технической сущности к заявляемому объекту является цифровое устройство для управления вентильным преобразователем, содержащее тактовый генератор, три блока связи с сетью, каждый с интегратором, нуль-органом, инвертором, двумя одновибраторами, два трехвходовых элемента ИЛИ, каждый вход первого из которых соединен с выходом первого одновибратора соответственно первого, второго и тертьего блоков связи с сетью, каждый вход второго трехвходового элемента ИЛИ соединен с выходом второго одновибратора соответственно первого, второго и тертьего блока связи с сетью, распределитель импульсов, устройство временной задержки, входы которого соединены с выходами первого и второго элементов ИЛИ, а выходы соединены со входами распределителя импульсов /2/.
-  Недостатками известной полезной модели являются: узкий диапазон регулирования и функциональных возможностей; недостаточная точность управления выходным напряжением и надежность устройства.
Низкая точность при управлении трехфазным симметричным тиристорным мостом объясняется следующим. При восьмиразрядном слове задания код управления содержит 256 дискрет. В известном устройстве диапазон в 256 дискрет обслуживает 120 + 30  150 электрических градусов. Часть разрядов слова задания используется для синхронизации углов управления к фазам.
Для трехфазного симметричного моста угол синхронизации составляет 30 электрических градусов или 42,7 дискреты при восьмиразрядном коде. На управление углом отсечки тиристоров остается 213,3 дискрет, вместо 256 дискрет, что значительно уменьшает диапазон регулирования.
Низкая надежность известной полезной модели проявляется при пропадании слова управления и изменении частоты фазной сети. Пропадание слова управления приводит к записи в таймер нулевого кода и, как следствие, к пропаданию синхронизации по фазам и к броску выходного напряжения, поскольку импульсы на открывание тиристоров формируются в моменты перехода через нуль фаз сети.
Уменьшение частоты сети приводит к увеличению минимального угла отсечки о min и к перерегулированию максимального угла отсечки у( max. Максимальный угол отсечки становится больше 120 электрических градусов, что приводит к провалу напряжения на максимальных углах управления. Увеличение частоты сети приводит к уменьшению о(. max и перерегулированию оЈ min, что приводит к скачку напряжения при малых углах регулирования.
Целью полезной модели является расширение диапазона регулирования и функциональных возможностей, а также повышение точности управления выходным напряжением и надежности устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство временной задержки введены первый, второй и третий счетчики с разрядностью, соответствующей разрядности управляющего слова задания, то есть 256 дискрет; RS-триггер; D-триггер; интегрирующий блок: а в тактовый генератор введен вход управления тактовой частотой, причем выход первого элемента ИЛИ соединен со входом предварительной записи SE первого счетчика, со входом сброса третьего счетчика и с R-входом RS-триггера; выход второго элемента ИЛИ соединен со входом предварительной записи SE второго счетчика и с S-входом RS-триггера; выход тактового генератора соединен с тактовыми входами первого, второго и третьего счетчиков; выход старшего разряда третьего счетчика соединен с тактовым входом D-триггера и со входом запрета счета третьего счетчика; выход RS-триггера соединен с D-входом D-триггера: выход D-триггера соединен со входом интегрирующего блока; выход интегрирующего блока соединен со входом управления частотой тактового генератора; входы данных первого и второго счетчиков соединены с соответствующими разрядами управляющего слова; выходы переполнения Р первого и второго счетчиков соединены со входами распределителя импульсов.
б -  Полезная модель поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, а на фиг. 2, 3 приведены временные диаграммы, поясняющие работу устройства.
На фиг. 4 приведена схема возможной реализации распределителя импульсов 10.
Устройство содержит: блоки связи с сетью БС1-БСЗ по числу фаз сети, каждый из которых содержит интегратор 1, нуль-орган 2, инвертор 3, первый одновибратор 4, второй одновибратор 5, первый элемент ИЛИ 6, второй элемент ИЛИ 7, первый счетчик 8, второй счетчик 9, распределитель импульсов 10, третий счетчик 11, RS-триггер 12, Ь-триггер 13. блок интегрирования 14, тактовый генератор 15, вход управления частотой тактового генератора U упр.
Выход первого элемента ИЛИ 6 соединен со входом предварительной установки SE первого счетчика 8, со входом сброса R третьего счетчика 11 и со входом сброса R RS-триггера 12.
Выход второго элемента ИЛИ 1 соединен со входом предварительной установки SE второго счетчика 9 и со входом установки S RS-триггера 12.
Выход тактового генератора 15 соединен с тактовыми входами С счетчиков 8, 9, 11. Выходы переполнения Р счетчиков 8, 9 соединены со входами распределителя импульсов 10.
Выход старшего разряда третьего счетчика 11 соединен с тактовым входом С D-триггера 19 и со входом запрета счета V счетчика 11.
Выход RS-триггера 12 соединен со входом данных D D-триггера 13. Выход D-триггера 13 соединен со входом блока интегрирования 14.
Выход блока интегрирования 14 соединен со входом управления
тактовой частотой U упр. генератора 15.
На входы данных DO - Dn счетчиков 8, 9 поступает код слова задания разрядностью п.
Усторойство работает следующим образом.
Узкие импульсы синхронизации поступают с выходов элементов ИЛИ 6, 7 соответственно на входы предварительной записи SE счетчиков 8 и 9.
Период следования импульсов на выходе элемента ИЛИ 6 (7) :
То  Тс/3 ,(1)
где Тс-период частоты сети.
ч Импульсы на выходе элемента ИЛИ 7 появляются в моменты совпадения положительных полуволн фазных напряжений. На фиг. 1 импульсы на выходах элементов 6, 7 обозначены, как ХТ1 и ХТ2. Таким образом, импульсы ХТ1 и ХТ2 сдвинуты по фазе друг относительно друга на 180 электрических градусов.
Во время действия импульса ХТ1 (ХТ2) в счетчик 8 (9) записывается код задания N. После прекращения действия импульса ХТ1 (ХТ2) счетчик 8 (9) под действием тактовой частоты fo (U упр. о), поступающей на счетный вход С, начинает счет на увеличение.
Через интервал времени
3  (2 - N)  Ato,(2)
где п - разрядность счетчика 8 (9);
Д to - дискрета времени: Д,1о  1/fo (U упр. о);
на выходе переполнения Р счетчика 8 (9) появляется импульс, который поступает на распределитель импульсов 10 и далее на управление тиристорами.
В формировании интервала участвуют все п - разрядов кода задания, при этом:
Т min Д to;(3)
п Т max  2  Д1о.(4)
Временные диаграммы формирования управляющих импульсов и выходного напряжения при использовании схемы распределителя импульсов 10, показанной на фиг. 4. приведены на фиг. 2.
Допустим, частота сети понизилась и, соответственно, период То увеличился и стал равен:
Тв  То + Д Тв,(5)
где Тв - увеличенный период следования импульсов ХТ1 (ХТ2); Д Тв - абсолютное значение увеличения периода следования ХТ1 (ХТ2).
Импульсы ХТ1 поступают на R-вход RS-триггера и устанавливают на его выходе 0. Импульсы ХТ2 поступают на S-вход RS-триггера и устанавливают на его выходе 1. Таким образом, на выходе RS-триггера формируется сигнал в форме меандра. Время сохранения устойчивого состояния на выходе RS-триггера 12 составляет:
Тв4  (То + Д Тв) / 2(6)
Импульс ХТ1 поступает также на R-вход счетчика 11, устанавливая его в 0. После прекращения действия импульса ХТ1, счетчик 11 под действием частоты fo (U упр. о) начинает счет на увеличение. - Через интервал времени То4  &to  (2 /2)(7)
на выходе старшего разряда счетчика 11 устанавливается уровень 1. Счет прекращается. Счетчик 11 ждет прихода очередного импульса ХТ1. Таким образом, на счетный вход D-триггера 13 поступает положительный перепад напряжения в момент времени
То4  Л to « (2 /2),(8)
относительно импульса ХТ1.
Так как То  Тв, то по положительному перепаду напряжения на С входе D-триггера на его выходе устанавливается значение 0, которое поступает на интегратор 14. Напряжение U упр. начинает плавно уменьшаться. Частота f (U упр.) также начинает плавно уменьшаться.
Процесс продолжится до тех пор, пока время прихода положительного перепада напряжения на С вход D-триггера Тп  Мп  (2 /2),(9)
где Д tn - дискрета времени изменяющейсячастоты f (U упр.);
Д1п  1/fn (U упр. п)(10)
не сравняется с интервалом Тв, так что:
Тп  Тв / 2(11)
Установившаяся частота fn (U упр. п) обеспечит заполнение интервала Тв между импульсами ХТ1 (ХТ2) числом дискрет, равным 2 .
При этом:
&t n(12) Гчгаах 2  Д t n.(13)
Аналогичный процесс происходит при увеличении частоты сети. При этом период То уменьшается и становится равным:
Тн  То - Д Тн.(14)
где Тн - уменьшенный период следования импульсов
ХТ1 (ХТ2);
Д Тн - абсолютное значение уменьшения периода следования ХТ1 (ХТ2).
&
n
n
n
n
-IВ этом случае время сохранения устойчивого состояния на выходе RS-триггера 12 составит:
Тн4  (То - & Тн) / 2(15)
Так как в этом случае То  Тн, то по положительному перепаду напряжения на С входе D-триггера 13, на его выходе установится значение 1, которое поступит на вход интегратора 14. Напряжение U упр. начнет плавно увеличиваться. Частота f (U упр.) также начнет плавно увеличиваться.
Процесс продолжится до тех пор, пока время прихода положительного перепада напряжения на С входе D-триггера 13 Тпч  Д tn4  (2 /2),(16)
где Д tn4 - дискрета времени изменяющейсячастоты f (U ynp):
Д tnv  1 / fnv (U упр.4).(17)
не сравняется с интервалом Тн4, так что:
Тпч  Тн / 2.(18)
Установившаяся частота fnv (U упр. п) обеспечит заполнение интервала Тн между импульсами ХТ1 (ХТ2) числом дискрет времени 2
При этом:
У min Atvn,(19)
n У max  2  Atvn(20)
При пропадании управляющего слова импульсы синхронизации ХТ1 и ХТ2 записывают в счетчике 8, 9 нулевой код. В результате импульсы управления на выходах Р счетчиков 8, 9 сформируются в момент времени относительно ХТ1 (ХТ2), равный:
2 &t,(21)
то есть, непосредственно перед приходом очередных импульсов ХТ1 (ХТ2). Выходное напряжение преобразователя при этом будет равно нулю.
Уход частоты сети не приводит к несанкционированным броскам и провалам напряжений на выходе преобразователя за счет автоматической подстройки углов минимальной и максимальной отсечки тиристоров.
Временные диаграммы управления частотой f (U упр.) приведены на фиг. 3 .
&W3fY&
п
п
7 Использование предлагаемого устройства позволяет расширить функциональные возможности тиристорного преобразователя переменного тока в постоянный, в частности, его можно использовать для питания тяговых электродвигателей постоянного тока в железнодорожном транспорте, использующем для создания силовой электросети дизель-генераторы с плавающей частотой фазных напряжений за счет автоматической подстройки частоты тактового генератора к частоте фазной сети.
Использование предлагаемого устройства также позволяет повысить точность управления выходным напряжением за счет полного использования разрядов управляющего слова.
Использование предлагаемого устройства позволяет повысить надежность преобразователя переменного тока в постоянный при пропадании управляющего слова и уходе частоты сети от номинального значения за счет автоматической подстройки углов минимальной и максимальной отсечки тиристоров.
Источники информации. 1.Выпрямитель В-ТПП-500-460 УЗ паспорт ОЭП 561.00.00.000-01ПС 2.А.с. СССР N-1660116, М. кл. 5. Авторы: jfi (ВНИИТИ, г. Коломна) Н02 М 7/12. /PВ.В. Максимов Г.М. Москаленко