Цифровое устройство для управления вентильным преобразователем

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 19 а) К КЗ/16 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ САНИЕ,СПИК АВ ЕНИ КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Московский ордена Ленина и орденаОктябрьской Революции энергетическийинститут(56) 1. Писарев А.Л., Деткин Л.П.Управлевие тиристорными преобразовате-лями, МЭнергия, 1975, с. 262.2. Авторское свицетельство СССРПо ППППП Ж 2835553/24-07, СССППпССП;кл. Н 02 Р 13/16, 1980, В, (54) (57) 1. ВифРОВОе УстРОйстВО М; сс;., - . пм 1 . ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬЙЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ, содержащее датчикуправлякапего кода, генератор тактовыхфм - коц кмпудьсов, связанный через счетчнк сшес цнфровым блоком сравнения, к выходукоторого подключен распрецедитель, иузел синхронизации, связанный с устано .вочнымн разрядами счетчика, о.т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповьнпения точности регулировочных ха3)рактеристнк, оно снабжено датчнками проящего состояния вентилей, логическимблоком, дополнительным счетчиком, ре-"гистром памяти и вычислительным блоком, раз Ова теля прячем да 1 чики прововицего состояния 2. Устройство по и, 1, о вентилей связаны через логический блоа с . ю щ е е с я тем, чю логич цепью обнуления дополнительного счетчика, . содержит в элементов 2-И входом разрепення записи регистра памя, которас подключены к да тн н вычислительным блоком, да)тчик щего состояния вентилей, а управаиоще о кода и регистр памяти. эаны со вхоавюи элемента подключены к вычислительному блоку выхоц которого является первым выходы которого связаны со вторыми цом логнческого блока, и эл вхоцамн цифрового. блока сравневня, гене-; я 1 /2-ИЛИ-НЕ, входы которо ратор тактовых импульсов связан с цо- - ны к да 1 щкам проводящего поднительным счетчиком, выходы которого поцкдючены к регистру памяти, логикческий блок реализует функцииХ,:Р,Рр РРч РР 5 чРс 1 Р 6 ч Р 6 Рч РРа, (1)гце Х), ХО - сигналы на выходе логического блокаР 1, Р, Р с Р 4, Р, Р 6 -.,еигналы датчиковпроводящего состояния вентилей,а вычислительный блок реализует зависимостн к;,-сов(;с;. у; Я; (3)ц, Ф с - - -1 п(ф,-- Ц.йф Е2 1текущего угла ) управленщцугла управлении на "предтвующем интервале оммус Я це Ф,; истра памяти;датчика: -ви - .; - )Фй )Т) ) СП 1числО фаз вентндьного преобм ккцнх вод чамблок тляескнй-разря ый Фр юЬУ Фив. б Составитель О, Парфеновар А. Оолинич Техред Т.Маточка Корректор В, Гирня 1 1372/54ВНИИП ал ППП Патент, г. Ужгороп, ул. Прое Тираж И Госуцарс аелам иэоб 6, Москва,667твенногоретений и Ж, Р Поцписноеомнтета СССРткрытийушская наба. 41080243 вентилей, а выход является вторым выходом логического блока.3. Устройство по п, 2, о т л и ч аю щ е е ся тем, что вычислительный блок содержит регистр промекутсяного результата, регистр конечного результата, шесть сумматоров кодов, причем первый, второй и третий сумматоры кодов работают в режиме сложения кодов, а четвертый, пятый, шестой в режиме вычитания кодов, четыре функциональных преобразо вателя кодов, умножитель кодов, четыре переключателя оцов, цва одновибратора, два элемента ИЛИ, цва элемента И, причем выход регистра конечного результата связан с одним .из входов третьего сумматора кодов, второй вход которого предназначен для подачи кода постоянно/ го коэффициента , и первым выходом четвертого сумматора кодов, второй вход которого предназначен цля подачи кода постоянного коэффициента 5/2, первый вход первого сумматора связан с регисъром памяти устройства управления, второй вход через первый переключатель кодов связан с выходом четвертого сумматора кодов и регистром конечного результата, управляющий вход первогопереключателя кодов подключен ко второму выходу логического блока, первый и второй функциональные преобразователи кодов через второй переключатель коцов связаны .с выходом первого сумматора кодов и первым переключателем кодов, входы регистра промежуточного резуль тата через третий переключатель кодов, управляющий вход которого подклняен ко второму выходу логического блаха, связаны с выходами первого и второго фуащиональных преобразователей кодов, выход регистра промежуточного результата связан с первым входом пятого сумИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в сиотемах управления зависимыми веютильны ми преобразователями.Известно цифровое устройство одно 5 канального управления вентильными преобрюоватепями, содержащее управляющую вычзи:лительную машину, устройство соматора кодов, второй вход которого поц"ключен к выходу третьего переключателякопов, выход пятого сумматора кодовсвязан с одним из входов второго сумматора кодов, второй вход которого поцключен к датчику управляющих кодов, выход второго сумматора кодов через четвертый функциональный преобразователькопов связан с оцним из вхоцов четвертого переключателя копов, второй вхоцкоторого подключен к выходу шестогосумматора кодов, входы которого связаныс выходом: третьего сумматора кодови выхоцом умножителя кодов, вхоцы которого связаны с выходом пятого сумматора кодов и выходом третьего функционального преобразователя кодов, вход1которого подключен к датчику управляюших кодов, выхоц четвертого переключьдтеля кодов связан с вхоцом регистраконечного результата, выход первогооцновнбратора связан со входом второгооцновибратора, а вход - с выходом первого элемента ИЛИ, входы которого поцключены к выходам логического блока,выхоцы элементов И связаны со входамивторого элемента ИЛИ, выхоц которогоподключен к управлявшему входу второгопереключателя кодов, к одним из входовэлементов И подключен второй выход логического блока, вторые входы элементовИ связаны с выходами оцновибраторов,вход, разрешения записи регистра проме, жуточного результата связан с первымоцновибратором, а вход разрешения записи регистра конечного результата со вторым одновибратором, причем первый функциональный преобразователь кодов реали"зует функцию К яксов К в к, второйфункцию 1 ык = фарп К, третий-функцию ."вью " / Кч, четверзый-функциюКвык =Оессобквх,пражанин управлявшей вичислительноймашины с вентильным преобразователем,аналого-цифровой преобразователь в контуре обратной связи, блок синхронизациии выбора режимов 1,Недостатками указанных . устройствявляются наличие прецизионного цатчиканапряжения и многоразрядного аналого3 1080243цифрового преобразователя, что снижаетнадежность системы, а также наличиеконечного времени преобразования сигналас выхода аналого-цифрового преобразователя в код угла управления цС вентильного 5преобразователя, что ограничивает разрешающую способность устройства сопряжения и провоцит к снижению потенциально возможной точности регулиро.вочных характеристик устройства в це Олом.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство,состояшее из генератора тактовыхс импульсов, поцключенного к счетчику, блока 15сравнения, связанного со счетчиком идатчиком управляющего коца, к выхоцукоторого подключен распрецелитель, состоящий из цополнительного счетчика иэлемента сравнения, связанного с логическим блоком, и узла синхронизации,связанного с установочными разрядамиосновного и дополнительного счетчиков 2.Такое устройство имеет высокую разрешающую способность,однако является г 5разомкнутым, вследствие чего обладаетнизкой точностью и неоднозначностьюрегулировочной характеристики при изменении параметров нагрузки вентильного преобразователя. Бель изобретения - повышение точности регулировочных характеристик цифро- . вого устройства одноканального управления вентильным преобразователем.35 Поставленная цель цостигается тем,что цифровое устройство цля управления вен тильным преобразователем, содержащее датчик управляющего кода, генератор тактовых импульсов, связанный че-.рез счетчик с цифровым блоком сравне ния, к выхоцу которого подключен распределитель, и узел синхронизации, связанный с установочными разрядами счеъф 45чика, снабжено цатчиками провоцящего состояния вентилей логическим блоком,цополнительным счетчиком, регистромпамяти я вычислительным блоком, причем датчики проводящего состояния вентилей 5 О связаны через логический блок с целью обнуления дополнительного счетчика, входом рирешания записи регистра памяти и вычислительным блоком, датчик удрав , ляющего кода и регистр памя 1 и поцклю чены к вычислительному блоку сравнения, генератор та,ктовых, импульсов связан с . дополнйтельным счетчиком, выходы которого подключены к регистру памяти,логический блок реализует функции,=,Рч РгР 4 чР,Р 5 чР 4 Р 6 ч Р РчР Р46 616) Хг=Р 1 РЪ Рбт гце Х 1, Х - сигналы на выходе логичес.кого блока;Р,Рг,РЗ,Р,Р 5,Р 6 - сигналы датчиковпроводящего сос тояния вентилейвычислительный блок реализует зависимости М=ОРсс 05 МФс 0(Мсо(цс Ф)фД 5(л (Ш .11 32где М, - коц текущего угла управления;1 К- код угла управления на прецшествующем интервале коммутации;- код регистра памяти;М- сигнал датчика управляющихкодов;2 - постоянные коэффициенты,ю - число фаз вентильного преобраэова теля.Логический блок соцержит а элементов 2-И-НЕ, входы которых поцключены .к датчикам провоцящего состояния венти лей, а выхоцы связаны со входами эх мента в -И-НЕ, выход которого является :.первым выхоцом логического блока, и элеьинт Ч /2-ИЛИ-НЕ, входы которого поцключены к датчикам провоцящего сос тояния вентилей, а выход является вторым выходом логического, блока.Вычислительный блок содержит регистр промежуточного результата, регистр конечного результата, шес ть сумматоров коцов, причем первый, второй й третий сумматоры кодов работают в режиме сложения кодов, а четвертый, пятый и шес той в режиме вычитания коцов, четыре функциональных преобразомтела коцов, умножитель коцов, четыре переключателя кодов, цм оцновибратора, два элементе ИЛИ, цм элемента И, причем выхоц регистра конечного результата связан с од ним из входов третьею сумматоре, вто рой вхоц которого предназначен для по дачи кода постоянного коэффициента Яг и четвертым сумматором, второй вход которого предназначен цля поцачи кода постоянного коэффициента (3 /2, первый вход первого сумматора связан с регистром памяти устройства управления, второй вход - через первый переключатель кодов связан с выходом четвертого сумматора и регистром конечного результата, управляющий вход первого переключателя кодов подключен ко второму выхоцу логического блока, первый и второй функциональные преобразователи коцов через второй переключатель коцов связан с выходом первого сумматора, первым переключате лем кодов, входы регистра промежуточного,результата через третий переключатель кодов, управляющий вход которого подключен ко второму выхоцу логического блока, связаны с выходами первого и второго.функ иональных преобразователей кодов, выход регистра промежуточного результата связан с первым вхоцом пятого сумматора, второй вход которого подключен к20 ,выходу третьего переключателя кодов, выхоц пятого сумматора связан с одним из входов второго сумматора, второй вход которого поцключен к датчику управ ляющих кодов, выхоц второго сумматора25 через четвертый функциональный преобразователь кодов связан с одним иэ входов четвертого переключателя кодов, второй вход которого поцключен к выходу шестого сумматора, входы которого связаны с выходом третьего сумматора и выходом умножителя кодов, входы которого связаны с выхоцом пятого сумматора и выходом третьего функционального преобразователя кодов, вход которого подключая к цатчику управляющих кодов, выход четвертого переключателя коцов связан с входом регистра конечного результата, выход первого оцновибратора связан со входом второго одновибратора, а вхоц с выходом первого элемента ИЛИ, 40 входы которого подключены к выходам логического. блока, выходы элементов И связаны со входами второго элемента ИЛИ, выход которого поцключен к управ ляющему вхоцу второго переключателя кодов к оцному из .вхоцов элементов И поцключен второй вход логического блои вторите вхоцы элементов И связаны с выхоцами оцновибраторов, вход разреше- ния записи регистра промежуточного результата связан с первым одновибратором, а вход разриения записи регистра конечного результата со вторым оцновибрвтором, причем первый функционал ный преобразователь копов реализует 55 фуикшфю К алых ф=со" Вх е второй И, ффЗфп Кех в третий-Каых Ке/Кц, четвертый К вылО "сов К Вх. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства,на фиг. 2 - временные циаграммы работы устройства; на фиг,3 пример выполнения логичесного блока 71на фиг, 4 - пример выполнения вычислительного блока 10; на фиг, 5 - функциональная схема постоянного запоминающего устройства ПЗУ,Устройство содержит датчик управляющего коца 1, генератор тактовых импульсов 2, соединенный через счетчик 3с цифровым блоком сравнения 4, причемустановочные разряды счетчика 3 связаны с узлом синхронизации 5, блок цатчиков сигналов проводящего состоянии вентилей 6, связанный через логическийблок 7 с дополнительным счетчиком 8 ирегистром результата 9 измерителя временных интервалов, вычислительный блок10, входы которого связаны с логическим блоком 7, регистром результата 9измерителя временных интервалов и цаъчиком управляющего кода 1, а вьмоцыподключены ко второму входу блока сравнения 4 и распрецелителю 11, связанномус узлом синхронизации 5.На временных диаграммах фиг,2 обозначены: коц счетчика 3 - циаграмма12, код на выхоце вычислительного устройства 10 - циаграмма 13, управлякщие импульсы - диаграмма 3;4, сигналына выхоце логического блока 7, М,диаграмма 15, 1( - диаграмма 16,текущий коц цополнительного счетчика 8измерителя временных интервалов циаграмма 17, коц в регистре результатаЭ измерителя временных интерваловциаграмма 18.Логический блок 7 реализует слецукациезависимости:Х, =РРр РРч РЗРч Р 4 рьч Р,Р, ч РьРг,2 Р РЗ Рбгце Р, Р,Р,Р,Р,Р 6 - сигналы цатчиков проводящего состояния вентилей Х и Х - выхоцные сигналы логического блока 7.Реализация приведенных зависимостей может быть провецена с использованием логических элементов одной иэ известяых серий интегральных микросхем (К 133, К 155,К 176) На фиг. 3 привецен один иэ возможных вариантов реализации. Сигналы датчиков проводящего состояния вентилей Р,.Р,Р,Р,Р,Р, (входные сигналы ло гического блока) нос тупают на жоцы эле ментов 2 И-НЕ, причем выходные сигна"вх 000 110010 110000 101100 100111 011111 010111 001110 000101 5,6 001 16,8 010 28,1 011 39,3 100 50,6 101 61,8 110 73,1 84,3 лы элементов 2 И-НЕ 19-24 соответствуют слеауккцим логическим функциямУ=Р Р4 1 6У =Р Ч1 Э 5Элемент И-НЕ 25, вхоцы которого подключены к выхоцам элементов 19-24 реализую. логическую функцию:У 7 У 1 У 2,УЭ У 4Используя известные соотношения алгебры логики. получаем: 1 1 Ъ .2 4 Ь4 6 1 1 Ь 2РЯ Р 4 У РЭ Рб Ч Р 4 РЬ Ч Р Р 1 Ч РЬ Элементы НЕ 26,27,28 реализуют инверсию. вхоаных сигналов Р 1 РЭ Р, а элементы И-НЕ 29 и НЕ 30 преобразование:Х 1=Р 1 РЭР 5Вычислительный блок 10 реализует в процессе работы оцну из слепующих зави. симостей 0= смссо 5 Кр СЖ о,-сов(ы;.,ф(1, если сигналы логического блока 7 Х и Хсоотэетствуют режиму непрерывных токов и 25(:ф, 1 Ф - 51 п Фс; 11)5 п ф-Э 2 Уесли сигналы логического блока соответст-овуют режиму разрывного тока. Режимунепрерывных токов соответствует копХ 1 1, Х ф О, а режиму разрывных токовХ 1=0, Х 2=1. В (1) и (2);М, - текуший угол управления. 35К; 1- угол управления на преаыцушеминтервале коммутации,;- коц регистра результата измерителя временньос интерваловф1 - сигнал цатчика управляюпик кодов 40- постоянные коэффициенты,Блок 10 может быть реалиэомнкак на элементах жесткой" логики (аппаратурный вариант на основе микросхемсреаней степени интеграции), таус и на 45основе программируемой логики (микропроцессоров). Ниже привецен пример первого способа реализации.Вычислительный блок 10 включаетрегистр промежуточного результата 31, 50регистр конечного результата 32 сумматоры копов 33-38, причем сумматоры33,34,35 работают в режиме сложениякопов, а сумматоры 36,37,38 в режимевычитания копов преобразователь коцов 5539 реализует преобразование к вы "= СоВК 9, преобразователь копов 40 К вы щип вк, пРеобРазователь копов 41 8преобразование 1 с в =/, преобразовватель коцов 42 - . преобразомние 1 вс -- Цсссоб 1 р а также умножитель коцов 43, переключатели коаов 44-47, оановибраторы 48, 49, элементы НЕ 50, ИЛИ 51, элементы И 52,53 и элемент ИЛИ 54.функциональные преобразователи .кодов 39-42, выполненные на основе постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), относятся к типу табличных функциональ ных преобразователей. В числовом блоке ПЗУ (роль числового блока выполняетлшифратор 55) записаны 2 щ -разряаных кодов функции 1) цля р -раэряаного аареса-коаа Кв,.Коцовые эквимленты фунКции СО 5 преобразователя 39 при аелении интервала 0-90 эл.грац на 8 значений приве аены в таблице. Реализация функции осуществляется ПЗУ на 8-ми шестираэряаных коаах/и =3, щ =6, интервал квантования угла составляет 11,25 эл. грац.Структура ПЗУ и послецомтельность обработки информации в нем не зависят от вица функции 1 ( М): ПЗУ включает полный аешифратор 56 цраэряаного вхоаного коца (фиг. 5), 2" -выхоаных шин аешифратора 56 поцключены к вхоцам шифратора 55, который преобразует 2"- разряпный вхоцной коц в в -разряцный выхоцной.для рассматримемого функционального преобразователя ПК 1 привеаена таблица истинности цешифратора и шифратора ПЗУ (табл. 1). Комбинация аешифретора и шифраторас указанными связями аля различныхзначений ц и щ реализованы в оцномкорпусе интегральных микросхем ПЗУ(К 155 РЕЗ, К 556 РТ 4, К 55 РТ 5),причем рыФтаблица истинности шифратора заааетсяапользователем в соответствии с табл.2 рапля кажаой функции путем подачи опреаераленной послецоввтельности импульсов на 5 инвходы и выхоаы микросхем. счТаблица 2Х"8 х "выхА =К вх Шфвыхсис000 00000001 110010 10 110000 101100 000000 10 00000100 001 010 15 011 011111 010111 00010000 00100000 01000000 10000000 100 101 001110 000101 110 Ц 5=ьХ 2 ь 1 Хт 00001000 100111 Таким образом, постоянные запоминающие устройства позволяют реализоватьпреобразователь коаов с любой функциогнальной зависимостью,формирование оигнала Х логическогобло,ка 7 может быть осуществлено такжес использованием элемента В/2 ИЛИНЕ 57. 30Принцип действия устройства заключается в следующем.Управляющие импульсы (диаграмма14) вырабатываются при норвзряаномравенстве коца, записанного в счетчике З 53 (диаграмма 12) и скорректированного. управляющего кода на выходе вычислительного устройства 10 (диаграмма 13),что фиксируется цифровой схемой сравнения,ч Узел синхронизации 5 обнуляет счет 40чик 3 в моменты естественной коммутамции вентилей.Блок датчиков сигналов провоцящегосостояния вентилей 6, логический блок7, измеритель временных интервалов и 45вычислительное устройство 10 образуютконтур адаптивной обратной связи, который работает слецующим образом. Блокдатчиков проводящего состояния вентилей вырабатывает логические сигналы 5 оР -Р, кажцый из которых соотвеъ. ствует протеканию тока в оцномаквентилей преобразователя, Логнческийблок 7 реализует фобии55Х Р РЧ, Р Р ч Р Р 5 ч ЛР М РД Р РХ-Р Р Р 5 причем сигнал Х (диа-"грамма 15) соответствует рекиму непревного тока вентильного преобразователя сигнал Х (аиаграммв 16) - режиму эрывного тока. Логический блок 7 уп вляет работой измерителя временных терввлов, причем коа дополнительного етчика 8 (диаграмма 17) устанавлива тся в "0" по переднему фронту сигнала(анаграмма 15) или по заднему фронтугнала Х (анаграмма 16), что соответтвует началу проводимости очередного вентиля, а перепись полученного в цополнительном счетчике 8 кода в регистр результата 9 осуществляется по заднему фронту сигнала Х (анаграмма 15) и переанему фронту Х (диаграмма 16), что обеспечивает соответствие коаа регистра результата 9 измерителя вре менных интервалов (анаграмма 18) углу коммутации в режиме непрерывного тока, и углу полной проводимости венти" лей в режиме разрывного тока. Блок 10 имеет пвухтактный цикл работы, что обеспечивается наличием оановибра торов 48,49 и элементов НЕ 50 и ИЛИ 51,Оановибратор 48 вступает в работупри прихоае положительного фронта сигнала Х и отрицательного фронта сигнала Х. Отрицательный фронт выхоцного сигнала оановибратора 48 запускает оановибратор 49, Управление переключателями коцов 44,45,46 производится поп аействием сигнала Х логического блока (на фиг. 4 показано состояние ключей при Х=1, что соответствует режиму разрывных токов). Управление переключателем копов 45 произвоаитсяпоа действием выхопного сигнала элемента 54, который совместно с элемен-.тами И 52,53 обеспечивает следующее функциональное преобразование и в режиме непрерывного тока производит подключение переключателя 45 к каналу 1 на первом такте работы блока 10 и поцключение к каналу 2 на втором такте работы блока 10, а режиме разрывного тока - к каналу "2" на пер вом такте работы блока 10 к каналу "1 ф на втором такте работы ВУ,В режиме непрерывных токов на пер вом такте работы блока 10 регистра 32 поступает на вход преобразователя копов 39. Переключатель 44 в состоянии "2" переключатель 45 - в состоянии"1". Выхоа преобразователя кодов 39 через переключатель копов 46 подключенко входу регистра 31, запись копв про13 1080243 14 мнельЮ компенсации нецостающих "отрицательных плонвцок в кривой выпрямленного напрвкения 0 . Статическая регулировочная характеристика при этом остается оцнозначной при изменении параметнаг зки ров ру0 з=КСэдоТаким образом, прямое цифровое измеревие в контуре обратной связи (измери тель времещых интервалов) в сочетании с высокой разрешающей способностью по углу управления позволяют повысить точность реализации регулировочной ха, рактеристики (3) при питании вентиль- ного преобразователя от сети большой мощности,Отсутствие прецизионного цатчика на пряжения и многоразряцного аналогоцифрового преобразователя позволяют по высить нааежность замкнутого устройся ва цля управления преобразователем.