Цифровое устройство для управления преобразователем частоты с непосредственной связью и однократной модуляцией

) НО 2 М 5/ ЕТ К АВТОРСКО ТЕЛЬСТ 24Е. Пьянь динамик 8)3838 льс твоМ 5/27,137,рототип 2. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ ИЗ(71) Институт электрАН УССР(54) (57) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТО ТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ И ОДНО. . КРАТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, выполненным по мостовой схеме на полностью управляемых ключах с двухсторонней проводимостью, силовые входы которого подсоединены к трехфазной питающей сети, а выходы - к однофазной нагрузке, содержащее последовательно соединенные задающий генератор регулируемой последовательности пар тактовых импульсов, четырехбитныйсчетчик тактовых импульсов и первое постоянно запоминающее устройство (ПЗУ) счетырехбитным входом и шестибитным выходом, выходы кото,ЯО 1164838 рого через усилители мощности пред-.назначены для,соединения с управляющими входами ключей, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем сокращениязатрат времени на поиск и локализацию неисправностей ключей, введены три датчика полярности напряжений фаз питающей сети, два датчика положительного напряжения, двадатчика отрицательного напряжения,второе ПЗУ с двумя группами адресныхвходов и шестибитным информационнымвыходоми блок индикации, причем входы датчиков полярности напряжений фаз питающей сети преднаэначе для подключения к фазам питающей сети, входы одного датчика положительного напряжения и одного датчика отрицательногоо напряжения предназначены для подсоединения к каждой .гиз клемм нагрузки, выходы всех датчиков подключены к первой группе адресных входов второго ПЗУ, информационный выход которого подсоединен к входу блока индикации, при этом выход одного бита информационного выхода второго ПЗУ подключен к входу предварительной записи счетчика, информационный выход которого подсоединен к второй группе адресных входов второго ПЗУ.О 00 О 00 СО СО ЖЮйС0о.а оЙсФ Во6 О ю са Ваа ув И хв т з 63 Щ ях Ях а ВО О " О О О О-О ОО О О О О О О О, - О О - О О О О О О О О О О О, О О О О О О О О О 1 М1 1 О .О О О О О111 4 фЪ1,Ой 1: ЦЮ -1 Й О 14ЧЭ1 11 сГъф 1 1 1 М 1 -- ЮхВ ка 1у 1 и Х, Ю 1 О 1 1 ЭО ----- О -- О О О О О ОО О О О О О О ОО О О О . О О О О О О ОО О О О О О О О О О О О О О О О О О О С О О О О О О О О О О О О О О О О О О)а ата та ОСЧ Сф 3 Ф Ф 0 аа фО л ф В О О О О О О О О 0 О О О О О Оаа та т аю аттаИзобретение относится к преобразовательной технике и может бытьиспользовано для управления непосредственными преобразователями частоты,предназначенными, например, длячастотного управления электроприводами и для автономных систем энергоснабжения.Целью изобретения является повышение надежности работы преобразователя путем сокращения затрат времени на поиск и локализацию неисправностей ключей,На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для управле-ния преобразователем частоты мостового типа; на фиг. 2 - эпюры напряжений и временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 3 - принципиальная схема устройства для управления.Силовая схема преобразователя частоты с непосредственной связью иоднократной модуляцией (фиг. 1) содержит две группы полностью управляемых ключей с двусторонней проводимостью 1,2,3 и 4,5,6, образующих мостовую схему, силовые входы которойподключены к фазам А,В,С трехфаз, -ной питающей сети, имеющей нулевую 30клемму О, а выходы к нагрузке 7. Силовые ключи выполнены на транзисторах. Сигнал логической единицы науправляющем электроде транзисторасоответствует открытому состоянию З 5ключа, а логического нуля - закрытому,Устройство для управления преобразо-.вателем содержит задающий генератор8 регулируемой последовательности партактовых импульсов, выход 9 которого 40подсоединен к счетному входу 1 О четырехбитного счетчика 11 тактовыхимпульсов. Выходы 12 счетчика 11 соединены с адресными входами 13 первого ПЗУ,14, выходы которого через уси 45лители мощности 15 - 20 подсоединенык управляющим входам ключей 1 - 6преобразователя. Клеммы нагрузки 7,связанные с различными группамиключей, подсоединены к входам 21 и 50:22 датчиков 23 и 24 положительногонапряжения и к входам 25 и 26 датчиков27 и 28 отрицательного напряжения,а клеммы фаэ А,В,С входной питающей.сети соединены с входами 29-31 55датчиков 32-34 полярностей напряженийфаз питающей сети, Выходы всех датчиков подключены к первой группе адресных входов 35-41 второгоПЗУ 42, вторая группа адресных входов 43 которого подсоединена с выходам 2 счетчика 11. Выход 44 второго ПЗУ 42 подсоединен к входу 45 предварительной записи счетчика 11 и совместно с выходами 46 к блоку индикации 47.Обозначения эпюр и временных диаграмм на фиг. 2 соответствуют обозначениям фиг. 1.Согласно фиг 3 обозначения 48 51 соответствуют номерам проводов в шине, соединяющих блоки 11, 14 и 42, Эти блоки выполнены на интегральных микросхемах К 155 ИЕ 7, К 155 РЕЗ, К 556 РТ 6 соответственно, Функционирование блоков ПЗУ характеризуется тем, что определенной кодовой комбинации на адресных входах соответствует определенная кодовая комбинация на его информационных выходах. Сброс счетчика 11 в нулевое состояние осуществпяется нри появлении двоичного кода1100 на выходах 12, Дпя сбросасчетчика используется логическаяинтегральная микросхема К 155 ЛИ 1.Длительность нахождения кодовойкомбинации 1100 на вылодах 12 пренебрежимо мала по сравнению с основными временными соотношениями и определяется временем задержки распространения сигналов через логическую микросхему К 155 ЛИ 1.Датчики 23,24,27,28,32-34 выполнены на операционных усилителях- ограничителях и формируют на выходах сигналы с логическими уровнями, зависящими от полярности входных напряжений. На выходах датчиков 32-34 полярностей, фаз питающей сети и датчиков 23 и 24 положительногонапряжения при положительных значениях напряжений на входах 21,22, 29-31 относительно нулевой клемма 52 питающей сети формируетсй уровень логического нуля, а при отрицательных напряжениях или отсутствии напряжения - уровень логической единицы. При отрицательныхзначениях напряжения на входахдатчиков 27 и 28 отрицательного напряжения на их выходах формируются уровни логической единицы, а при положительных значениях или отсутствии напряжения - уровни логического нуля.38 31 1164838 теееет63 . (ю 4х и3 я 3 зЭ йоб со т тет0 тсГ Р с О О О О т т те т т т О О - - - - О О О О Ол Ст Хте 1О О О О О О О О О О О О Ф ц а л ф в О О О О. О О сч сч сч сч сч сч сЧ сЧ О О-е СЧ сЧ сЧ О Ох 3 иа ФхЩ В О оР Д 1- - ч Ф1 с) ЖЦо, хО3 еЖо ,Ц 1 ее ц 3 Гаее у тх О о Ви а О - О- О ------ О етт О О етт е ,т О) О е е О О. - О ----- О -О О О " О О О ОО ОО О О О " О О " О О " О ОО ОО е е О тт О е е Ое е Ст ее ее О е О О О О О О О О О О О О О О О39 40 364838 в 3 ж б сб а б О м в в в в в вЯ вЩО) сба Р СЧ ааасбЯ И в Я м б сб Ре аб мсб 3Цб И 3м а аидти м Б а О о в аб о в.оО О О О О О О О О О О О О о о о о о о о о о о о: о о о о мм со л ф Ф сч сч . сч сч сч сч сч счсч сч сч сч сч сч л ф в о сче СЧ СЧ СЧ сч сч сч сч сч сч о 1 О1164838 43 44 Таблица 3 выходах Двоичиый код н данных 44 и исправнос ключей1164838 Составитель В. Погореловлько Техред Т,МаточкаКорректор.В. Гирняк актор сное 4/5 ул. Проектная Закан 4196/52 Тираж ВНИИПИ Государственн по делам ивобре 1 13035, Москва, Ж-Э 5, юйа (ю вийю ю еВ ю Филиал ППП "Патент", г.646 Пого комитета СССРений и открытийРаушская наб дюФункционирование устройстваподразумевает управление силовыми ключами в нормальном режиме при исправном состоянии последних и в аварийном режиме, когда какой либо из ключей неисправен. Неисправности могут быть типа "Короткое заиакание" (КЗ) или "Обрыв".Рассмотрим функционирование устройства при отсутствии неисправнос тей силовых ключей, когда ключ К находится в положении В (" Включено" ) и работа счетчика разрешена высоким уровнем сигнала на входе 45 предварительной записи. 15На выходе 9 задающего генератора 8 формируется периодическая последовательность пар импульсов (диаграмма 9, фиг. 2). В задающем генераторе должна быть реализована возможность иэ менения интервалов времени со-с гФ С -С , С 4-С и т.д. между парами импульсов, .а также интервалов С СЗ-С 1, С 5-С и т.д. междУ импульсами каждой пары. Длительности интервалов 25определяют частоту основной гармоники выходного напряжения, а интервалов С 4 Сгю С 5 С 4его величину. Импульсы, формйрующиеся в четные моменты времени Со, , 30 С 4, осуществляют подключение фаз А,В,С.питающей сети к нагрузке 7 преобразователя, Импульсы, формирующиеся в нечетные моменты времени С 1,С 5 осуществляют замыкание нагрузки накоротко и формируют паузы,/обеспечивающие регулирование выходного напряжения. Эти импульсы поступают за счетный вход +1 10 счетчика 11 (фиг. 1,3) и изменяют значение 40 двоичного кода на его выходах 12 от О до 12 (1100). При значении кода 12 счетчик 11 через схему К 155 ЛИ 1(фиг, 3) обнуляется, после чего значение кода вновь увеличивается от 0 45 до 12 и т.д., таким образом обеспечивается цикличность его работы. Код с выхода 12 счетчика 11 поступает на адресные входы 13 первого ПЗУ 14.При этом с его выходов через усили тели мощности 15-20 импульсы управления поступают на управляющие входы ключей 1-6 (Фиг. 1-3).Диаграммы 14,1-14.6 (фиг. 2)поясняются табл. 1, в которой приведены 55 двоичные коды на адресных входах 13 первого ПЗУ 14 и соответствующие им двоичные коды на его выходах (нижний индекс в обозначении адреса означает разряд кода, а верхний соответствует группе входов 13).Когда ключ К находится .в положении 0 (" Отключено" ), на входе 45 предварительной записи С присутствует потенциал, работа счетчика 11 запрещена и на его выходах 12 установлен двоичный код 1111, в соответствии с которым силовые ключи 1-6 разомкнуты до момента времени сь (фиг, 2). В момент времени с, ключ Кпереключается в положение В и разрешается работа счетчика 1 Из диаграммы фиг. 2 и табл, 1 следует, что в интервале времени . на выходах 12 счетчика 1 устанавливается двоичный код 0000,соответственно которому на выходахПЗУ 14 устанавливается двоичный код 010001, формирующий через усилители мощности 15-20 сигналы замыкания силовых ключей 1 и 5, и к нагрузке 7 прикладывается напряжение фаз А и В (диаграмма 7, фиг, 2). В момент времени с импульс с выхода 9 задающего. генератора 8 устанавливает счет"чик 11 в состояние 0001 на выходах12, и в интервале времени С 1-С на. выходах ПЗУ 14 устанавливается код001001, формирующий на нагрузке 7 спомощью упомянутых усилителей 1520 паузу в выходном напряжении посредством подключения обоих клеммнагрузки к фазе А через замкнутыеключи 1 и 4, В интервале Сг-Сз на выходах ПЗУ 14 устанавливается код 100001, формирующий сигналй замы" кания ключей 1 и 6, и к нагрузке 7подключается напряжение фаз А и СВ интервале с -с снова Формируетсяпауза выходного, напряжения путемподключения обоих клемм нагрузки 7 к фазе С через ключи 3 и 6 и т,д. В момент времени с, при достижении навыходах 12 счетчика 11 значениякода 12 (0) происходит обнулениесчетчика 11, и на нагрузке 7 вновьформируется участок кривой с.помощьюнапряжения фаз А и В, В результате происходит циклическое подключениефаз питающей сети к нагрузке 7через силовые ключи 1-6 по алгоритму,запрограммированному в первом ПЗУ 4Таким образом, по двоичному кодус выходов 12 счетчика 1 в любоймомент времени можно определить, 11648 38какие, ключи должны. быть по алгоритмуработы замкнуты, а какие разомкнутыНа зпюрах 21 и 22 (фиг, 2) приве.дены кривые напряжений на соответствующих входах датчиков 23,24,27 и 528 положительного и отрицательногонапряжения, подключенных входами кнагрузке, а также логические сигналына выходах этих датчиков и датчиков32-34 полярности напряжений фаз,подключенных входами 29-31 к фазамА,В,С питающей сети диаграммы 3531, фиг. 2), где положительному на.пряжению на входах 21,22,25,26,29-31соответствует нулевой уровень на 15выходах 35-37,36,38,39-41, а отрицательному - положительный уровень,Устройство для управления выполняет также функции непрерывного сле"жения за состоянием силовых ключей 20.и при обнаружении неисправностей выполняет определенные управляющиевоздействия в аварийном режиме работы. Рассмотрим функционирование устройства по обнаружению и локализациинеисправностей.Комбинации логических элементов35-41 на первой группе адресных входов второго ПЗУ 42 совместно с комбинациями логических сигналов на 30выходах 12 счетчика 11, поступающих:на другую группу адресных входов 43этого ПЗУ, определяет полный кодадреса в ПЗУ, по которому на его выходах 44 и 46 появляется информация 35об исправном или неисправном состоянии преобразователя и о виде неисправности.В табл, 2 представлены двоичныекоды на первой группе адресных входов 4035-41 второго ПЗУ 42, обозначенныеМ 36 9соответственно А, А., А ,двоичные коды на второй группе адресных входов 43, обозначенные соот-ветственно А А, , а также соответствующие им двоичные коды навыходах 44 и 46, обозначенные Р46Р, с комментариями о состоянии силовых ключей 1-6..Всю программу ПЗУ 42 (табл. 2) 50 можно разбить нагруппы по три строки, соответствующие одинаковому коду на адресных входах 43 этого ПЗУ. В каждой группе только первая строка соответствует нормальному режиму работы 55 преобразователя. Две остальные строки группы отличаются от первой "аварийными" кодами датчиков положительто и отрицательного напряжений и соответствуют, следовательно, аварийным режимам.При периодическом появлении тактовых импульсов на выходе задающего генератора 8 происходит последовательная смена адреса на адресных входах 43 ПЗУ 42. В случае работы преобразователя в нормальном режиме, когда неисправности силовых ключей отсутствуют, функционирование уст" ройства определяется соответственно последовательной сменой кодов на выходах ПЗУ 42, соответствующих только первым строкам указанных групп (вторые и третьи строки каждой группы пропускаются).В табл. 3 представлен перечень двоичных кодов на выходах данных 44 и 46 второго ПЗУ 42 и соответствующие им возможные неисправности ключей 1-6 преобразователя. В соответствии с двоичным кодом на выходах 44 и 46 блок индикации сигнализирует о состоянии ключей преобразователя. Блок индикации в простейшем случае может быть выполнен в виде шести светоиэлучающих сигнальных приборов связанных через усилители с выходамивторого ПЗУ, двоичный код которых указывает на определенный вид неисправности в соответствии стабл, 3.Пусть на второй группе адресных входов второго ПЗУ 42 (А -А 1 ), соединенных с выходами 12 счетчика 11, установлен двоичньщ код 0000, на адресных входах 39-41 (А А 41А ) установлен код 010, указывающий на полярность напряжения фаз А,В,С питающей сети в интервале й -е (фиг. 2), и на адресных входах 35- 38 (А, А, А, АЭ) установлен код 1100, указывающий на полярность напряжения на клеммах нагрузки в указанном интервале 1 -й . Тогда в соответствии с полным двоичным кодом 0000 010 1100 на первой и второй группе адресных входов второго ПЗУ 42 на входах. 44 и 46 (Р6 Р ) появляется. код 111111, характеризующий состояние силовых ключей как исправное (строка 1, табл. 2). В этом случае на вход записи С 45 счетчика 11 поступает сигнал с уровнем единицы, который не изменяет состояние двоичного кода на выходах ,счетчика. Код 111111 с выходов 44, 46 инициируется блоком индикации10 55 фсли полный двоичный код на адресных, входах второго ПЗУ 00000101111, то имеет место обрыв ключа 1. Этому 47 - "Ключи исправны". Если полныйдвоичный код на адресных входахвторого ПЗУ 00000100000, то это означает что ключ 5 не замкнулся, кактребуется по алгоритму. Этому состоя. 5нию преобразователя соответствуеткод 001001 на выходах 44 и 46 (строка 3, табл. 2) В этом случае нуле-вой уровень на выходе 44 второгоПЗУ 42 устанавливает по входу Ссчетчик 11 в единичное состояние,а блок индикации 47 указывает нанеисправность - "Обрыв ключа".Когда счетчик 11 установится в единичное состояние, все ключи преобразователя оказываются разомкнутыми ипри прежней полярности напряженийфаз А,В,С питающей сети на адресныхвходах второго ПЗУ появляется код11110100101. При этом на выходах44 и 46 появляется код 1 ХХХХХ(строка 37, табл. 2), где Х - безразличное состояние двоичной -переменной. При коде 1 ХХХХХ блок индикации не меняет своего состояния, т.е. 25по-прежнему указывает на неисправность"Обрыв ключа 5". Но при этом кодезапрещение. работы счетчика 11 повходу записи С 45 с выхода 44 второго ПЗУ снято, и следующий импульс 30генератора 8 по счетному входу 10счетчика 11 установит на его выходекод 0000, т.е . устройство вернетсяв рабочее состояние. Если ранееключ 5 не замкнулся по причине слу- дчайного сбоя и ключ 5 исправен, тоэто рабочее состояние вновь соответствует строке 1 табл. 2 и на выходах 44 и 46 второго ПЗУ появитсякод 111111, т.е. устройство окажется 40исправным и указанный сбой на его работу влияние не окажет, Если же ключ5 действительно вышел из строя, тосчетчик 11 также перейдет в состояние 0000, но при коде 010000 на 45первой группе адресных входов 35-42на выходах 44 и 46 второго ПЗУ 42появится код 1 ХХХХХ (строка 37,табл. 2) и т.д., т.е. при появленийнеисправности типа "Обрыв ключа 5" 50дальнейшая работа устройства поалгоритму оказывается невозможной,пока неисправность не будет устранена. состоянию преобразователя соответствует код 000001 на выходах 44 и 46 (строка 3, табл . 2), При этом, как в случае по строке 2, счетчик 11 по входу С установлен в единичное состояние, блок индикации 47 укажет на неисправность - "Обрыв ключа 1", на адресных входах второго ПЗУ .появится тот же код 1111010010 (стро-. ка 37, табл. 2) и для дальнейшей работы по алгоритму потребуется устранить неисправность.Если в результате выполнения первого шага (интервал -й.1, фиг. 2) преобразователь исправен, то счетчик 11 переходит в следующее пб алгоритму состояние. На его выходах появляется код 0001 (интервал й 1-Г.), Тогда при прежней полярности найряженйй сети (код 010 на входах 39-41 второго ПЗУ 42) на входах 35-38 ПЗУ 42 может установиться код 0000. В этом случае в соответствии с полнык двоичным кодом 0000100000 на адресных входах второго ПЗУ на выходах 44 и 46 установится код 111111 (строка 4, табл. 2), свидетельствующий об ий 1- равном состоянии ключей . Счетчик 1 1 при этом готов к переходу в следующее по алгоритму состояние. Если же полный двоичный код на входах 35-41,43 0001010 100, то такой код оказывается возможным только в том случае, если ключ 5 не разомкнулся, т.е.имеет место короткое замыкание ключа 5. При,этом на выходах ПЗУ 42 код 001000 (строка 5, табл. 2). В этом случае нулевой уровень на выходе 44 второго ПЗУ 42 также устанавливает по входу С счетчик 11 в единичное состояние, а блок индикации 47 указывает на неисправность - "КЗ ключа 5", При прежней полярности напряжений в сети на адресных входах вто. - рого ПЗУ появится код 11110101111, на выходах 44 и .46 - код ОХХХХ (стро" ка 38, табл. 2), т.е. дальнейшая работа счетчика 11 и всего устройства по алгоритму прерывается, Если состояние "КЗ ключа 5" вызвано случайным сбоем и сразу пропадает, то на входах 44 и 46 второго ПЗУ при попадании вызванного им же ложного сигнала установится код 1 ХХХХХ, при котором разрешена работа счетчика 11 и он перейдет в рабочее состояние 0000, т.е, функционирование устройства по алгоритму возобновится,164838. 10го ПЗУ 42 повторяются при новойкомбинации полярностей фаз А,В,Спитающей сети - код 110 на адресных.входах 39-41. Таких комбинаций фаэА,В,С может быть шесть и смена ихотмечена также строками 79 (код 100),18 (код 101), 157 (код 001) и 196(код 011),В аварийных режимах неисправности10 устраняются обслуживающим персоналом путем замены неисправного блокаили ключа исправным..Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом5 позволяет быстро обнаружить неисправность и нарушение алгоритма работы силовых ключей преобразователяэа счет дополнительного введениядатчиков положительного напряжения,20 датчиков отрицательного напряжения,второго постоянного запоминающегоустройства, блока индикации и связеймежду ними. При этом существенно.уменьшается общее время поиска и25 устранения неисправностей, что приводит к повышению надежности работы. преобразователя. Таблица 1 УУи/и Двоичные коды на выходах ПЗУ 14 1 0 0 О 0 0 0 0 0 0 О0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 О 0 0 1 0 О 1 00 1 О 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 О 0 0 0 О 0 0 1 1 0 О 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 10 0 " 1 ь 00 9Пусть теперь в интервале й -й на входах 35-41,43 второго ПЗУ 42 установится код 00010100011. Это возможно только в том случае, если ключ 2 не разомкнулся, т.е. имеет место короткое замыканйе ключа 2, При этом на выходах 44 и 46 ПЗУ 42 появляется код 000010 (строка 6, табл. 2). В этом случае, как и ранее, нулевой уровень на выходе 44 устанавливает счетчик 11 в единичное состояние, блок индикации 47 указывает на неисправность "КЗ ключа 2", на адресных входах вто рого ПЗУ появляется код 11110101111, на выходах 44 и 46 - код ОХХХХХ. (строка 38, табл. 2). Если состояние "КЗ ключа 2" вызвано неисправностью ключа 2, то дальнейшая работа счетчика блокируется, и функционирование устройства по алгоритму оказывается невозможным до устранения неисправности.Аналогично устройство функционирует на следующих шагах алгоритма. Со строки 40 (табл . 2) коды на второй группе адресных входов 43 второДвоичные коды на адресных входах 13 И в з еАз А А, Ао 14.6 14.5 14.4 14.3 0 1 0 1 0 1 0 00 1 00 00 0 0 0 0 00Х0ОХ3 1 -- 1ф1Ю 0Рб12 ГЦОИ0Э11ЖоЯЭЭ04 й Ж1 м ЭФ О щ т О щО щ щ ООе О О " О ОО ОО О . О О .;ч О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О О - М Ма асч см Ф ю . 0сО Об 4838 б 5 мт ца сч Щ Й й о 2 Ж (б ь Р Х Я д Р Я 10 о