Устройство для фазового управления тиристорным преобразователем

(19) ( А И АВТОРСНОМ ЕТЕЛЬСТВУ Р.Калабухов 2 и тоигф ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СС О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ(71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторскийи технологический институт электровозостроения(56) 1. Берков ч Е.И., Ковалев В,НКовалев Ф.И. и др. Полупроводниковые выпрямители. Гос.издат, перераб.М., Энергия, 198, с.186-.187.2Напрасник М.В., Бабаев М.ТПрокопенко Н.Н. Цифровой фазовращатель с системой фазовой автоподстройки частоты. - В сб: Электровозостроение, т.21, Новочеркасск, 1980,с.85-90,(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФАЗОВОГОУПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВА-,ТЕЛЕМ, содержащее блок задания,. последовательно соединенные измеритель"ный трансформатор, нуль-орган, фазовый детектор, фильтр низких частот,управляемый генератор, делителЬчастоты, компаратор кодов, распреде-,литель импульсов, выходы блока задания соединены с входами компаратора кодов, о тл и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностии помехозащищенности синхронизациис питающим напряжением, снабженоинтегрирующим усилителем, вход корого соединен с выходом фазовогодетектора, а выход соединен с выходом фильтра низких частот на входеуправляемого генератора, причемФазовый детектор состоит из масштабного усилителя, к первому инверсномувходу которого подключен выход первого элемента З-ЗИ-ИЛИ, входы которогосоединены с выходами нуль-органа иделителя частоты в соответствии слогическим выражением Ф а,а + Фа,аг,к первому неинвертирующему входуподключен выход второго элементаЗ-ЗИИЛИ, входы которого соединеныс выходами нуль-органа делителячастоты в соответствии с логическимвыражением(ра,а + Фо, а ,к второмуинверсному входу подключен выходпервого элемента 4-4 ИИЛИ, с перС 2выми входами элементов И которогосоединен выход первого элемента 2 ИНЕ, при этом их входы подключенык выходам нуль-органа и делителя Счастоты в соответствии с логическимвыражениемФа,а о)а 4+Фо(а а,а 4 к второ- яму неинвертирующему входу подключенвыход второго элемента 4-4 ИИЛИ, спервьыи входами элементов И которогосоединен выход второго элемента 2 ИНЕ, при этом их входы подключены квыходам нуль-органа и делителя часто.ты в соответствии с логическим выражениемФаоа с(4+ЧЪ,а.,а,а где Ф и Ф -сигналы с йрямога и йнверсного выходов нуль-органа; а , а 2, а),а иа 1 .,ау а , а 4 - сигналы с прямых иинверсных четырех выходов делителячастоты, начиная с последнего регистра в обратном порядке,Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано,например, для управления тиристорными преобразователями подвижногосостава.Известно устройство для Фазового 5управления тиристорными преобразователями, содержащее последовательносоединенные узел синхронизации,Фазосдвигающий элемент, распределитель импульсов и выходные устройства Я.Недостатком данного устройстваявляется сложность синхронизацииустройства с сетью при значительныхискажениях Формы кривой питающегонапряжения.Наиболее близким по технической,сущности к предлагаемому, являетсяустройство, содержащее соединенныепоследовательно измерительный трансформатор, нуль-орган, фазовый детектор, Фильтр низких частот, усилитель,управляемый генератор, компараторкодов, распределитель импульсов иподключенное к входам компараторакодов задающее устройство, причемвыходы делителя частоты подсоединены через Фазосдвигающий элемент квходам фазового детектора (2),Недостатком известного устройстваявляется то, что кольцо фазовой авто"З 0подстройки частоты - ФАПЧ (фазовыйдетектор, фильтр низких частот,усилитель, управляемый генератор,делитель частоты), которое используется для синхронизации устройства 35с питающим напряжением, являетсястатическим по отношению к фазовомурассогласованию.Следовательно, имеется некотораяконечная разность фаз между напряжением генератора и эталонным напряжением (напряжение питающейсети), которая определяется начальной расстройкой частот укаэанныхсигналов.Для уменьшения изменения разностифаэ необходимо увеличивать крутизнухарактеристики Фазового детектора,т.е. зависимость напряжения на выходе фазового детектора от величиныразности Фаэ. Однако это существенно уменьшает Фильтрующую способностьконтура ФАПЧ и ва работу устройствасильно сказываются искажения Формы,питающего преобразователь напряжения, что приводит к сужению полосы 55захвата, увеличению времени захвата,Целью изобретения является повышение точности и помехозащищенности синхронизации с питающимнапряжением. 60Поставленная цель достигаетсятем, что устройство для фазовогоуправления тиристорным преобразователем, содержащее блок задания,последовательно соединенные измерительный трансформатор, нуль-орган, Фазовый детектор, Фильтр низких частот, управляемый генератор, делитель частоты, кампаратор кодов, распределитель импульсов, выходы блока задания соединены с входами компаратора кодов, снабжено интегрирующим усилителем, вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход соединен с выходом фильтра низких частот на входе управляемого генератора, причем фазовый детектор состоит из масштабного усилителя, к перьому инверсному входу которого подключен выход первого элемента З-ЗИ-ИЛИ, входы которого соединены с выходами нуль-органа и делителя частоты в соответствии с логическим выражением Ф а ад +Ф а-.а, к первому неинвертирующему входу подключен выход второго элемента З-ЗИИЛИ, входы которого соединены с выходами нуль-органа делителя частоты в соответствии с логическим выражением Ф а а +Ф аа,к второму инверсному входу подключен выход первого элемента 4-4 ИИЛИ, с первыми входами элементов И которого соединен выход первого элемента 2 И-НЕ, при этом их входы подключены к выходам нуль-органа и делителя частоты в соответствии с логическим выражением Ф а а а а 4+Ф а ад а а к второму неинвертирующему входу подключен выход второго элемента 4-4 ИИЛИ, с первыми входами элементов И которого соединен выход второго элемента 2 И-НЕ, при этом их входы подключены к выходам нуль-органа и делителя частоты в соответствии с логическим выражением Фа а а, а +фааа а 4, где ф и Ф - сйгналы с йрямого и ийверсного выходов нуль-органа; а а, а, а и а, а, аа- сигналы с прямых и инверсных четырех выходов делителя частоты, начиная с последнего регистра в обратном порядке.На фиг, 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на Фиг.2 принципиальная схема Фазового детектора; на фиг. 3 - то же, временные диаграммы его работы.устройство содержит измерительный трансформатор 1, нуль-орган: 2, фазовый детектор 3, фильтр низких частот 4, управляемый генератор 5, делитель частоты б, компаратор кодов 7, распределитель импульсов 8, интегрирующий усилитель 9, включенный параллельно фильтру низких частот 4, и блок задания 10, подсоединенные к входам компаратора кодов 7. При этом выходы делителя частоты б подключены также к соответствующим входам фазового детектора 3. Фазовый детектор 3(фиг.2) содержит масштабный усилитель 11 с двумя инвертирую-,щими Х,Б и двумя неинвертирующими А и Б входами. К первым инвертирующему А и неинвертирующему А входам ,подсоединены элементы 3-ЗИИЛИ 12 и 13 для выделения малых рассогласований положительного,(элемент 12) 5 и отрицательного (элемент 13) знаков. К вторым входам Б и Б подсоеди. вены элементы 4-4 ИИЛИ 14 и 15, имеющие на входах соответственно элементы 2 И-НЕ 16 и 17 и служащие10 для выделения больших рассогласований положительного (элементы 14 и 16) и отрицательного (элементы 15 и 17) знаков. Входы элементов 3-ЗИИЛИ, 4-4 ИИЛИ, 2 И-НЕ 12-17 15 йодключены к выходам нуль-органа 2 и делителя б частоты так, чтобы обеспечить реализацию логических выражений на выходе элемента 12ф а аг + Ф а а (1) и на выходе элемента 13Фа 1 аг+фа, аг (2) элемента 14Ф аагаа+ Ф а,а а, а 4 (3) элемента Д 5ф а агаа + ф а 1 агаа, (4) где Ф и ф - сигналы на прямом и инверсном выходе нуль-органа 2;а,ааад - сигналы соответственно на прямых и 0инверсных выходах регист.ров делителя б частоты,начиная с последнегорегистра в обратномпорядке.35 25 Устройство работает следующим образом.фазовый детектор 3 выделяет разницу фаз выходных напряжений нуль органа 2 и делителя б частоты (фиг.З), Каждый из элементов 3-ЗИ 2 ИЛИ и 4-4 ИИЛИ 12-15 формирует логический сигнал 1 при временном совпадении импульсов на всех входах 45 любого из входных элементов И,и сигналОф,когда одновременно на обеих входных элементах И присутствует10 . При сдвигах фазы фронтов импульсов а( на выходе последнего регистра делителя б частоты влево относительно фронтов импульсов Ф нуль-органа 2, или, что тоже самое относительно ОЯои питающего напряжения, (будет считать это рас-, согласование положительным) соглаа но логическому условию (1),формируется сигнал 1 на выходе,элемента 12 (вход А). При сдвигах вправо (отрицательное рассогласование) сигнал 1 формируется согласно Щ условию (2) на выходе элемента 13 (вход А)При величине рассогласования ,большей длительности импульса а на выходе четвертого регистра делителя Ь частоты (т.е. больше 180/3- 22,5 эл.град.) дополнительно появляется сигнал ф 1 ф на выходе элемента 14 (вход Б) при положительныхрассогласованиях и на выходе элемен.та 15 (вход Б) при.отрицательных.При нулевом рассогласовании навыходах всех элементов 3-ЗИИЛИ и4-4 ИИЛИ 12-15 сигналы равны0. Коэффициент усиления масштабного усилителя 11 по входам Б и Бв несколько раз больше, чем по входам А и А. Таким образом, при нулевом рассогласовании на выходе фазо"вого детектора 3 напряжение равнонулю, при малых рассогласованиях -напряжение низкого уровня, и, наконец, при больших рассогласованияхнапряжение высокого уровня. Однозначность работы фазового детектора 3обеспечивается лишь в диапазоне+90 эл.град. При больших рассогласо-,ваниях появляются сигналы как наинвертирующих А и Б так и на неин вертирующих А и Б входах. Такое состояние является неустойчивым дляустройства и характерно для режимафбивний 1 ф. Выходное напряжениефазового детектора 3 через интегра"тор 9 и фильтр 4 низких частот поступает на вход управляемого генера"тора 5 импульсов и изменяет его частоту (уменьшает или увеличивает)так, чтобы она стала равной частотесети, а фазовый сдвигмежду нимиравным нулю. В этом положении напряжение на выходе фазового детектора 3 также становится равным нулю,выходное напряжение интегрирующегоусилителя 9 перестает изменяться ив схеме наступает установившийсярежим. Интегрирующий элемент 9 делает кольцо ФАПЧ в устройстве астатическим, т.е. разность фаз междусетью и развертывающим напряжениемстановится близкой к нулю и не зависящей от изменения разницы частотгенератора и сетиНеравенство сдвига нулю обуславливается лишь погрешностью измерения и интегрирования,которая при применении интегральныхмикросхем незначительна и составляет1-2 эл.град,В установившемся режиме с выходовделитель 6 частоты снимается парал"лельный двоичный код, который влюбой момент времени несет информацию о текущем значении фазы напряжения сеТи. Компаратор 7 кодов сравнивает текущее значение кода на выходах делителя б частоты с заданным,которое поступает с блока задания10, и в момент равенства кодов формирует импульс управления. Этотсигнал, пройдя через распределительимпульсов, обеспечивает включениетиоисторов преобразователя.В1086545 НИИПИ Заказ 2265/ краж 667 Подписное Большие постоянные времени интег ратора 9 и фильтра 4 низких частот (порядка длительности нескольких десятков полупериодов напряжения сети) обеспечивают высокую фильтрующую способность устройства по отношению к нестабильности фронтов импульсов нуль-органа 2, которые возникают при искажениях формы кривой питающего напряжения во время работы тиристорных преобразователей.При малых значениях фазовых рассогласований малый коэффициент усиления фазового детектора 3 совместно с большими постоянными времени интегратора 9 и фильтра 4 создают значительную инерционность кольца ФАПЧ, а следовательно, высокую илиал ППП "Патент",.Ужгород,ул.Проектная,4 точность н помехозащищенность синхронизации устройства фазового управления с питающим напряжением.Это позволяет повысить точность задания и ограничения углов управления и расширить диапазон регулирования,При больших рассогласованиях (восновном при включении - в режиме 10 захвата, а также при значительных случайных помехах) большой коэффициент усиления фазового детектора3 резко повышает быстродействиеконтура ФАПЧ, что позволяет сохранить 15 устойчивость, существенно расширитьполосу и сократить время фзахва- таф