Устройство для управления многофазным вентильным преобразователем

(71) Новосибирский элеккий институт(56) 1. Системы управленными и ионными электролПод ред.Л.П.Деткина, М.электро", 1971, с.56.2. Авторское свидете9955510, кл. Н 02 Р 13/ дников техничеся тиристор"ив одамиИнформьство ССС4, 1981. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯМНОГОФАЗНЫМ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ, содержащее блок синхронизации,который состоит из трех Формирователей импульсов с прямым и инверснымвыходами, Формирователя селекторныхимпульсов выпрямительного режима,содержащего шесть элементов И,Формирователя задающих импульсов,содержащего группу из шести элементов И-НЕ и трех элементов И,входы блока синхронизации предназначены для подключения фазных напряжений сети, первая группа выходовсоединена с входами каналов фазосдвигающего блока, число которых равно числу фаз, каждый канал Фазосдвигающего блока содержит генераторопорного напряжения, вход которогоявляется входом фазосдвигающего блокавыход соединен через первый входэлемента сравнения с первым выходом канала Фазосдвигающего блокаи с входом инвертора, выход которогоявляется вторым выходом канала фазосдвигающего блока, вторые входы элементов сравнения в каждом канале Фазосдвигающего блока соединены с выходом блока задания, состоящего из источника управляющего напряжения, вторая группа выходов блока синхронизации и выходы фазосдвигающего блока соединены с входами распределителя импульсов, выходы которого предназначены для подключения к преобразователю, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с .целью расширения диапазона регулирования преобразователя в Режиме инвертирования, обеспечения гарантированного задания выпрямитель- ного и инверторного режимов и надежного программируемого перевода преобВ разователя из одного режима в дру- щ гой, блок синхронизации дополнительно снабжен тремя преобразователями Фаз- Цф ных напряжений с прямыми и инверсными выходами, входы которых соединены с входами блока синхронизации, и тре- Я тьей группой из шести элементов И, причем прямые выходы первого, второ- го и третьего формирователя соединены: соответственно с первыми входами первого и второго, третьего и четвертого, пятого и шестого элементов И первой группы и первого, третьего и пятого элементов И-НЕ, инверсные выходы этих формирователей соединены с входами четвертого и пятого, первого и шестого, второго и третьего элементов И первой группы и с входами второго, четвертого и шестого элементов И-НЕ, прямые выходы первого, второго и третьего преобразователей фазных напряжений соединены с входами пятого и шестого, первого и второго, третьего и четвертого элементов И третьей группы и с входами пятого, первого и третьего элементов1111248 д ВЯ СИ Н Составитель Н. СавиноваРедактор Л. Веселовская Техред М.Тепер Корректор ЛПилипенко Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4Заказ 6324/43 Ти ВНИИПИ Государственног по делам изобретени 113035, Москва, Ж, раж 666 Подписякомитета СССРи открытийаушская наб д. 4/51111248 20 И-НЕ, инверсные выходы упомянутыхпреобразователей соединены с входамивторого и третьего, четвертого ипятого, первого и шестого элементовИ третьей группы и с входами шестого,второго и четвертого элементов И-НЕ,выходы третьей группы элементов Исоединены с входами распределителяимпульсов, блок задания дополнительноснабжен задатчиком режима, в фазосдвигающие блоки включены генераторысимметричного треугольного опорногонапряжения удвоенной частоты, распределитель содержит идентичные каналыпо числу вентилей, причем кажцыйканал состоит из двух групп, перваягруппа содержит два элемента 2 ИИИЛИ, а вторая - один элемент2 ИИ-ИЛИ, в первом элементе первойгруппы входы одного элемента 2 Исоединены с одноименным выходом второй группы выходов блока синхронизации и с вторый выходом фазосдвигающего блока своей фазы, входы дру-гого элемента 2 И соединены с одноименным выходом третьей группы .выходов блока синхронизации и с первым выходом фазосдвигающего блокаследующей фазы, во втором элементе 2 ИИ-ИЛИ первой группы входыодного элемента 2 И соединены с одно 1Изобретение относится к преобра-зовательной технике и может бытьиспользовано при построении системимпульсно-фазового управления многофазными вентильными. преобразователями,Известно устройство для управления многофазным вентильным преобразователем, содержащее блок управления, два блока ограничения и триблока формирования импульсов, которые через логические элементы И,ИЛИ соединены между собой, с блокомуправления и с блоками ограничения 113 Однако такое устройство имеет низкую помехозащищенность и надежность, поскольку формирование длительности управляющих импульсов осуществляется триггерами с перекрестными связями. именным выходом .третьей группы выходов блока синхроиизации и с первым выходом фазосдвигающегс блокасвоей фазы, входы другого элемента2 И соединены с другим выходом второй группы выходов своей фазы и с вторым выходом фазосдвигающего блока следующей фазы, во второй группе входы одного элемента 2 И соединеныс выходом первого элемента 2 ИИ-ИЛИ первой группы и с прямым выходомзадатчика режима блока задания, входы другого элемента 2 И соединены с выходом второго элемента первой группы и с инверсным выходом задатчика режима блока задания. 2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с ,елью.Ьлинеаризации регулировочной характеристики преобразователя и стабилизации его выходного напряженияприколебаниях напряжения сети, генератор опорного напряжения в каждомканале фазосдвигающего блока выполненв виде двухполупериодного детекторафазного напряжения, вход которогосоединен с "соответствующим входом,блока синхронизации, а выход - спервым входом соответствующегоэлемента сравнения,2Наиболее близким к изобретениюявляется устройство для управлениямногофазным вентильным преобразователем, содержащее блок синхрони зации, входы которого предназначены для подключения фазных напряжений сети, первая группа выходов соединена с входами каналов фазосдви,гающего блока, число которых рав О. но числу фаз, каждый канал фазосдвигающего блока содержит генератор опорного напряжения, вход которого является входом фазосдвигающего блока,выход соединен через первый вход эле.мента сравнения с выходом каналафазосдвигающего блока, вторые входы.фазосдвигающего блока соединеныс выходом источника управляющего напряжения, вторая группы выходов11 1248 блока синхронизации и выходы фазосдвигающего блока соединены .с входами распределителя, выходы которого предназначены для подключения к выпрямителю Г 22. 5Однако известное устройство ограничивает диапазон регулирования преобразователя в режиме инвертирования, не обеспечивает гарантированное задание режима его работы (выпрями- О тельный или инверторный) и надежный программируемый перевод последнего из одного режима в другой.Целью изобретения является расширение диапазона регулирования преобра 15 зователя в режиме инвертирования, обеспечение гарантированного задания выпрямительного и инверторного режимов и надежного программируемого перевода преобразователя из одного 20 режима в другой, а также линеризация регулировочной характеристики преобразователя и стабилизация его выходного напряжения при колебаниях напряжения сети. 25Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для управления многофазным преобразователем, содержащем блок синхронизации, который состоит из трех формирователей импульсов ЗО с прямыми и инверсными выходами, формирователя селекторных импульсов выпрямительного режима, содержащего шесть элементов И, формирователя задающих импульсов, содержащего35 группу из шести элементов И-НЕ и трех элементов И, входы блока синхронизации предназначены для подключения фазных напряжений сети, первая группа выходов соединена с входами каналов фазосдЪигающего блока, число которых равно числу фаз, каждый канал фазо-, сдвигающего блока содержит генератор опорного напряжения, вход которого является входом фазосдвигающего45 блока, вьмод соединен через первый вход элемента сравнения с первым выходом канала фазосдвигающего блока и с входом инвертора, выход которого является вторым выходом канала фазосдвигающего блока, вторые входы эле-ментов сравнения в каждом канале. фазосдвигающего блока соединены с выходом блока задания, состоящего иэ источника управляющего напряжения, вторая группа выходов блока синхронизации и выходы фазосдвигающего блока соединены с входами распредели- теля импульсов, выходы которого предназначены для подключения к преобразователю, блок синхронизации дополнительно снабжен тремя преобразователями фазных напряжений с прямыми иинверсными выходами, входы которыхсоединены с входами блока синхронизации, и третьей группой из шестиэлементов И, причем прямые выходы первого, второго и третьего формирователей соединены соответственно с первыми входами первого и второго,третьего и четвертого, пятого и шестого элементов И первой группы и пер- .вого, третьего и пятого элементовИ-НЕ, инверсные выходы этих формирователей соединены с входами четвертого и пятого, первого и шестого, второго и третьего элементов И первойгруппы и с входами второго, четвертого и шестого элементов И-НЕ, прямыевыходы первого, второго и третьегопреобразователей фазных напряженийсоединены с входами пятого и шестого,первого и второго, третьего и четвертого элементов И третьей группыи с входами пятого, первого и третье"го элементов И-НЕ, инверсные выходыупомянутых преобразователей соединены с входами .второго и третьего,четвертого и пятого, первого и шестого элементов И третьей группыи с входами шестого, второго и четвертого элементов И-НЕ, выходы третьейгруппы элементов И соединены с входами распределителя импульсов, блокзадания дополнительно снабжен задатчиком режима, в фазосдвигающие блокивключены генераторы симметричноготреугольного опорного напряженияудвоенной частоты, распределительсодержит идентичные каналы по числувентилей, причем каждый канал состоитиз двух групп, первая группа содержит два элемента 2 ИИ-ИЛИ, а втораяодин элемента 2 ИИ-ИЛИ в первомлогическом элементе первой группывходы .одного элемента 2 И соединень 1с одноименным выходом второй группывыходов блока синхронизации и с вторым выходом фазосдвигающего блокасвоей фазы, входы другого элемента2 И соединены с одноименным выходомтретьей группы выходов блока синхронизации и с первым выходом фазосдвигающего блока следующей фазы,во втором элементе 2 ИИ-ИЛИ первойгруппы входы одного элемента 2 Исоединены с одноименным выходом1111248 третьей группы выходов блока синхро- низации и с первым выходом фаэосдви гающего блока своей фазы, входы другого элемента 2 И соединены с другим выходом второй группы выходов своей фазы и с вторым выходом фазосдвигающего блока следующей фазы, во второй группе входы одного элемента 2 И соединены с выходом первого эле" мента 2 ИИ-ИЛИ первой группы и с 1 О прямым выходом задатчика режима блока задания, входы другого элемента 2 И соединены с вйходом второго элемента первой группы и с инверсным выходом задатчика режима блока за дания.Кроме того, в предлагаемом устройстве генератор опорного напряжения в каждом канале фазосдвигающего блока выполнен в виде двухполупериодного щ 0 детектора фазного напряжения, вход которого соединен с соответствующим входом блока синхронизации, а выходс первым входом соответствующего элемента сравнения. 25На фиг.1 изображена блок-схема устройства управления, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие процесс формирования импульса управления для первого вентиля на фиг.З принципиальная схема блока синхронизации, на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Устройство (фиг.1) содержит блок 1 синхронизации, фазосдвигающий35 блок 2, состоящий из трех каналов 3, 1-3.3, каждый канал содержит генератор опорного напряжения 4 .1-4.3), элемент сравнения (5. 1-5.3), инвертор (6.1-6,3), распределитель импульсов (РИ) 7.1, состоящий из шести каналов по числу вентилей в преобразователе 7.2-7.7, каждый канал содержит три элемента 2 ИИ-ИЛИ 8,1-8.3, блок задания 9.На фиг.2 представлены выходные сигналы: 2 а - сети фаз А,В и С 2 (б-г) - формирователей селекторных импульсов в выпрямительном и инверторном режиме, 2 д,е, - с выхода50 формирователя задающих импульсов, 2 ж,з - с выхода генератора опорного напряжения; 2 и,к - с выхода элементов сравнения,2 л - с выхода первой группы элементов 2 ИИ-ИПИ распределителя импульсов," 2 м - второй группы элементов. 2 И 2 И-ИЛИ; 2 н-о - с выхода задатчика режима 9; 2 пс выхода распределителя импульсов. 6Блок синхронизации 1 (фиг.З) сос тоит из трех формирователей 10.1- 10.3 импульсов с прямым и инверсным выходами (ФИ), трех преобразователей 11.1-11.3 фазных напряжений с прямыми и инверсными выходами (ПФН), формироват ля 12 задающих импульсов (ФЗИ), состоящего из шести элементов И-НЕ и трех элементов И, формирователя 13 селекторных импульсов выпрями- тельного режима (ФСИ), состоящего из шести элементов И, и формирователя 14 селекторных импульсов инверторного режима (ФСИ), состоящего из шести элементов И.На фиг.4 представлены выходные сигналы: 4 а- сети фаз А.В.и С, 4(б-и) - на выходах формирователей импульсов 10. 1-10.3 и преобразователей фазных напряжений 11,1-11.3 (4 к,л,м " на выходе формирователя селекторных импульсов в выпрямительном режиме и инверторном режиме 12, 4 н,о - на выходе формирователя задающих импульсов 13.Устройство работает следующим образом.Напряжения трех фаз А,В и С (фиг.4 а), синхронизированные с питающей сетью, подаются на вход блока синхронизации 1 (фиг.1). Формирователи 10.1-10,3 импульсов и преобразователи 11, 1-11.3 фазньм напряжений (фиг.З) представляют собой обычный компаратор и нуль-орган соответственно, поэтому с их выходов снимаются двенадцать последовательностей прямоугольных импульсов, соответствующих положительным и отрицательным полуволнам .линейных и фазных напряжений (фиг,4 б-и). Полученные импульсы подаются навходы формирователей 12, 13 и 14,где преобразуются в новые последовательности импульсов в соответствиисо следующими логическими формулами;ЗИ 1,4 щАС,В+АС В (фиг.4 н),ЗИ 3,6=ВА-С +ВА.С (фиг.4 о)",ЗИ 5,2=СВ А +СВ А ,СИ 1 АС ВА (фиг.4 к) СИ 1 =ВфС (Фиг,.4 л);СИ 2 =АС СВ СИ 2 ВА;СИЗ=ВА СВ, СИЗ =С А;СИ 4=ВААС (фиг.4 и) СИ 4 =С В,СИ 5 =АСфСВ; СИ 5 =В" АСИ 6 =СВ ВА 1 СИ 6=АС,Схемная рейлизация этих функцийв базисе логики И и И-НЕ приведенана фиг.З.1 О Таким образом, на выходах блока1 синхронизации формируются трипоследовательности симметричныхзадающих импульсов удвоенной частотыЗИ 1, 4, ЗИЗ,6 и ЗИ 5,2 (первая группа 5вьмодов), сдвинутых друг относительно друга на 60 эл.град шесть последовательностей прямоугольных селекторных импульсов длительностью120,эл,град (СИ 1+СИ 6), положениепередних фронтов которых совпадаетс точками естественного зажиганиявентилей в выпрямительном режиме(вторая группа выходов) и шестьпоследовательностей прямоугольных 15селекторных импульсов длительностью120 эл.град. (СИ 1+СИ 6 ), передниефронты которых соответствуют границам перехода к инверторному режимуи отстоят от предыдущих на 90 эл.град.20(третья группа выходов).Задающие импульсы используютсядля синхронизации, генераторов опорного напряжения (ГОН) в каналах 3,13.3 фазосдвигающего блока 2 (фиг.1),а селекторные (с выходов второй итретьей группы) - для формированиядлительности импульсов управленияи распределения их по вентилям в рас,пределителе 7, 1 (фиг. 1).30Процесс формирования некоторыхиз этих импульсов иллюстрируетсяна фиг.2 а-е,Определение моментов выработкиуправляющих импульсов (положения35их передних фронтов) для выпрямительного и инверторного режимов производится в фазосдвигающем блоке 2 путемсравнения симметричных опорных напряжений удвоенной частоты, формируемых 40ГОН 4.1-4.3 с напряжением управления О блока задания 9 (фиг.2 к-з).Генераторы 4,1-4.3 опорного напряжения могут быть выполнены в видеобычньм интеграторов, снабженныхцепями обратных связей для фиксациинулевого и максимального уровнейопорного напряжения,На интервалах, когда опорное напряжение превышает уровень управляющего, формируемого блоком задания9, на выходах элементов 5.1-5.3сравнения компараторы, управляемыепо раздельным входам (фиг. 1), формируют прямоугольные импульсы (фиг.2 и, 55к), положение передних и заднихфронтов которых, определяет моментывыработки управляющих импульсов инверторного и выпрямительного режимовсоответственно для вентилей, подключенных к одной фазе питающей сети(все импульсы пронумерованы в соответствии. с очередностью вступленияв работу вентилей преобразователя) .Распределение импульсов управления и формирование их по длительностиосуществляется РИ 7. 1 (фиг.1)Распределитель 7. 1 импульсов содержитидентичные каналы по числу вентилей7.2-/.7. Элементы 2 ИИ-ИЛИ 8. 1-8.3формируют импульсы управления выпрямительного (ИВ) и инверторного (ИИ),режимов в соответствии с логическимиформулами:ИВ 1=СИ 1 СС 1 Ъ+СС 3,6 СИ 1 (фиг.2 л)ИВ 4=.СИ 4 СС 1,4+СС 3,6 СИ 4,ИВЗ; . СИЗ СС 3,6+СС 5,2.СИЗ,ИВ 6=СИ 6 СС 3.6+СС 5,2 СР 6;ИВ 5= СИ 5 фСС 5,2+СС 1,4. СИ 5;ИВ 2=СИ 2 СС 5,24 СС 1,4. СИ 2 фИИ 1=СИ 1СС 1,4+СС 3,6 СИ 4 (фиг.2 м),ИИ 4=СИ 4 СС 1, 4+ССЗ, 6 СИ 1;ИИЗ=СИЗ СС 3,6+СС 5,2 СИ 6,ИИ 6=СИ 6 СС 3,6+СС 5,2 СИЗ;ИИ 5=СИ 5 СС 5,2+СС 1,4 СИ 2,ИИ 2=СИ 2 СС 5,2+СС 1,4 СИ 5.Задача перераспределения импульсовуправления, выпрямительного и инверторного режимов и функции сигналовзадания режима блока задания решаетсяэлементом 2 ИИ-ИЛИ,Булевы функции импульсов управления имеют вид:ИУ 1=ИВ 1 ИЗР+ИИ 1. ИЗР (фиг.2,п)ИУ 4=ИВ 4 ИЗР+ИИ 4. ИЗР;ИУЗ=ИВЗ ИЗР+ИИЗ, ИЗР,ИУ 6=ИВбфИЗР+ИИ 6 ИЗР;ИУ 5=ИВ 51 ИЗР+ИИ 5,ИЗРИУ 2=ИВ 2; ИЗР+ИИ 2:ЙЗР.При изменении управляющего напряженияО от Оупдо Оч. =О фаза импульсов управления выпрямительного режима меняется от 0 до 90 эл.град.,а импульсов управления инверторного режима - от 180 до 90 эл.град.,при этом длительность этих импульсов соответствует интервалам естественной проводимости вентилей, Кроме того, обеспечивается надежное формирование управляющих импульсов при любьм значениях управляющего напряжения которое моФжет превышать амплитуду опорного, становится меньше его минимального уровня или вообще отсутствовать: 1) 0Оа н, СС 1,4=СОЗ,Б=СС 5,2=0" ИИ 1=СИ 1, ИУ 6=СИ 6, ИУ 1=СИ 4, УИ 6;СИЗ(о=90) независимо от логического сигнала задания режима блока 8 задания Из логических формул для им 10 пульсов управления видно, что при ИЗР"1 вентильный преобразователь работает в режиме вынрямпения, а при ИЗР=О (ИЗР=1) - в режиме инвертирования.15Таким образом, предлагаемое устройство для управления многофазным вентильным преобразователем расширяет диапазон регулирования преобразователя в режиме инвертирования, обеспечивает гарантированное задание выпрямительного и инверториого режимов и надежный, программируемый перевод преобразователя из одного режима в другой путем изменения на противоположные сигналов на выходах задатчика режима блока задания.При этом предлагаемое устройство обладает повышенной помехозащищенностью, поскольку не содержит триггеров, 3 О а формирование импульсов управления по длительности и распределение их пб вентилям осуществляется комбинационной логической схемой. Кроме того, при добавлении только одного элемента 2 ИИ-ИЛИ в каждый канал распределителя предлагаемое устройство можно использовать для управления реверсивным вентильным пре,образователем (как реверсивным выпрямителем, так и преобразователем час-. тоты). В последнем случае в качестве управляющего напряжения О используются модули модулирующих напряжений, а в качестве импульсов задания режима ИЗР, ЙЗР - селекторные импульс., прямоугольной формы, соответствующие положительным и отрицательным полупериодам модулирующих напряжений. Таким образом, предлагаемое устройство расширяет диапазон регулирования вентильного преобразователя в инверторном режиме 1 обеспечивает гарантированное задание режима работы (выпрямительный или инверторный) и надежный программируемый перевод преебразователя из одного режима в другой (в функции сигналов задания режима); позволяет линеаризовать регулировочную характеристику преобразователя,ф обеспечивает стабилизацию выходного напряжения при колебаниях сети, Предлагаемое устройство может быть использовано для управления как нереверсивными, так и реверсивными преобразователями (выпрямителями и преобразователями частоты)