Импульсный преобразователь с защитой от внутренних аварий

Номер патента: 1411894

Авторы: Замаруев, Кипенская, Кипенский, Сокол

ZIP архив

Текст

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 19) (И) 4 Н 12 коротки ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ НОМУ СВИДЕХЕПЬСТ(71) Харьковский политехнический институт им. В.И, Ленина(72) Е.И, Сокол, А.В. Кипенский, А.В. Кипенская и В.В. Замаруев (53) 621.314.57:621,316.925.4(088.8) 56) Авторское свидетельство СССР У 855841, кл. Н 02 Н 7/10, 1981,Авторское свидетельство СССР У 1121737, кл. Н 02 Н 7/12, 1983. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ЗАЩИТОЙ ОТ ВНУТРЕННИХ АВАРИЙ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение Функциональных возможностей, При возникновении аварийной ситуации, в течение которой ток не превышает допустимого значения, система защиты работает в зависимости от вида аварии следующим образом. При самопроизвольном включении основного вентиля 4 до прихода управляющего импульса счетчик 25 обнуляется, а затем переполняется, так как после гоступления на его счетный Т-вход очередного управляющего импульса счетчик 25 не обнуляется импульсами с датчика 19 пересечения нулевого уровня. Переполнение счетчика 25 приводит к срабатыванию Формирователя 27 импульсов, отпиранию вентиля защиты 3 и отключениюпреобразователя. При самопроизвольномвключении силового вентиля 4 в интервале времени, когда на выходе задатчика 14,режима работы напряжение соответствует уровню логического нуля,протекание тока в нагрузке 8 и датчике 9 приводит к срабатыванию детектора 19 пересечения нулевого уровня.Его выходной сигнал через элемент ЗАПРЕТ 23, элемент ИЛИ 26, формирователь 27 импульсов поступает на управляющий электрод вентиля 3 защиты,отпирание которого приводит к отклю- Жчению преобразователя от источника 1.При невключении основного вентиля 4 ЪЮ 4счетчик 25 переполняется импульсамиуправления, так как ток в цепи датчика 9 тока отсутствует, детектор 19 не фсрабатывает и импульсы на установочный К-вход счетчика 25 не поступают.Незапирание основного вентиля 4 приводт.к переполнению счетчика 25 импульсамиуправления, так как на установочныйВ-входимпульсы от Формирователя 22 химпульсов не поступают. 2 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, вчастности, для управления и защитыот внутренних аварий импульсных пре 5образователей постоянного напряженияи тока.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей.На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 временные диаграммы работы устройства.Преобразователь содержит источник1 питания, автоматический выключатель 2, вентиль 3 защиты, основной 4и коммутирующий 5 вентили, коммутирующий конденсатор 6, обратный диод 7,нагрузку (якорная обмотка двигателяпостоянного тока) 8, датчик 9 тока 20генератор 10 пилообразного напряжения, источник 11 напряжения управления, представляющий собой, например,сумматор, на один вход которого поступает напряжение задания, а на дру-. 25гой вход напряжение отрицательной обратной связи; компаратор 12, элементИ 13 на два входа, задатчик 14 режимаработы (в качестве задатчика режимаработы может быть использован, напри мер, мультивибратор с изменяемой по желанию оператора частотой и скважно"стью импульсов, в результате чего изменяется длительность импульсов ипауз на выходе задатчика), первый 15 и второй 16 одновибраторы, первый 17 и второй 18 формирователи импульсов управления., детектор 19 пересечениянулевого уровня, пороговый элемент 20, источник 21 опорного напряжения, формирователь 22 коротких импульсов, элемент ЗАПРЕТ 23, элемент 24 задерж,ки, счетчик 25 импульсов, содержащий установочный 2-вход и счетный Т-вход, элемент ИЛИ 26 на три входа и формирователь 27 импульсов управления, аналогичный формирователям 17 и 18.Выход источника 1 питания подключен к входу преобразователя через автоматический выключатель 2, причем автоматический выключатель 2 своими йеподвижными контактами подключен к Выходу источника 1, а подвижными конТактами - к входу преобразователя, первая группа контактов включена в положительную шину, а вторая группа55 Контактов - в отрицательную шину, подвижный контакт первой г-бэппы подключен к аноду вентиля З,защиты, к аноду основного вентиля 4 и к первому выводу коммутирующего конденсатора б, второй вывод которого подключен к аноду коммутирующего вентиля 5. Катоды основного 4 и коммутирующего 5 вентилей и обратного диода 7 объединены в общую точку н подключены кпервому выводу нагрузки 8.Второй вывод нагрузки 8 объединен с анодом обратного диода 7 и подключен к отрицательной шине преобразователя, в которую включен датчик 9 тока. К отрицательной шине преобразователя подключен катод вентиля 3 защиты и подвижный контакт второй группы автоматического выключателя 2. Выход генератора 10 пилообразного напряжения подключен к первому входу компаратора .12, к второму входу которого подключен выход источника 1 напряжения управления. Выход компаратора 12 подключен к первому входу элемента И 13, к второму входу которого подключен выход задатчика 14 режима работы.Выход элемента И 13, подключен к входам одновибраторов 15 и 16. Выход одновибратора 15 через формирователь 17 импульсов подключен к управляющему электроду основного вентиля 4, выход одновибратора 16 через формирователь 18 импульсов - к управляющему электроду коммутирующего вентиля 5, выход датчика 9 - к входу детектора 19 пересечения нулевого уровня и к первому входу порогового элемента 20, к второму входу которого подключен выход источника 21 опорного напряжения.Выход детектора 19 пересечения нулевого уровня подключен к входу формирователя 22 коротких импульсов и прямому входу элемента ЗАПРЕТ 23, к инверсному входу которого подключен выход задатчика 14 режима работы. Выход формирователя 22 коротких импульсов через элемент . 24 подключен к уста" новочному В.-входу счетчика 25, счетный Т-вход которого подключен к выходу одновибратора 15. Выход. счетчика 25 импульсов подключен к первому вхо; ду элемента ИЛИ 26, второй вход которого подключен к выходу порогового элемента 20, а третий - к выходу элемента ЗАПРЕТ 23, Выход элемента ИПИ 2 б через формирователь 27 импульсов подключен к управляющему электроду вентиля 3.50 3 1411Преобразователь работает следующимобразом,Генератор 10 пилообразного напряжения формирует напряжение пилообраз 5нои формы (фиг. 2 а),определяющее период Т широтно-импульсной модуляциипреобразователя. Напряжениесрав 1 Онивается в компараторе 12 с напряжением Ц Когда Н Ъ Н напряжение 1 О111 О фна выходе компаратора соответствуетуровню логической единицы, а когда( Н , - уровню логического нуля,11 1 О фСигналы с компаратора 12 проходятчерез элемент И 13 на входы одновиб-15раторов 15 и 1 б в том случае, еслинапряжение на выходе задатчика 14режима работы соответствует уровнюлогической единицы, например интервал(фиг. 2 б, в). Если напряжениена выходе задатчика 14 режима работысоответствует уровню логического нуля(интервал 1, -С о, фиг. 26), сигналыс компаратора 12 на входы одновибраторов 15 и 1 б не поступают (фиг. 2 в),Таким образом, в зависимости от выходного сигнала задатчика 14 режимаработы производится разрешение илизапрет прохождения управляющих импульсов к преобразователю, что позволяетосуществлять работу двигателя постоянного тока 8 в режиме "Старт-стоп".Одновибратор 15 по переднему фронту поступающих на его вход импульсовот элемента И 13 формирует импульсыдлительностью, необходимой для отпирания основного вентиля 4. Эти импульсы усиливаются формирователем 17импульсов и через трансформатор тока,входящий в состав формирователя им 40пульсов (не показан), поступают науправляющий электрод основного вентиля 4. Вентиль 4 открывается и черезнагрузку 8 по цепи положительная шина источника 1 питания - первая груп 45па контактов выключателя 2 - вентиль4 - нагрузка 8 - датчик 9 тока - вторая группа контактов выключателя 2 -отрицательная шина источника 1 начинает протекать ток.Сигнал с одновибратора 5, поступая на счетный Т-вход счетчика 25,записывает в его память единицу. Наличие тока в цепи нагрузки, контролируемое датчиком 9, заставляет срабатывать детектор 19 пересечения нулевого уровня, по переднему фронту выходных сигналов которого формирователь 22 коротких импульсов формирует 894 4.импульсы малой длительности. Импульсы, формирователя 22 через элемент 24 задержки поступают на установочный К-вход счетчика 25 импульсов, стирая из его памяти записанное количество импульсов. Бремя задержки элемента 24 задержки Выбирается так, чтобы импульсы с одновибратора 15 и формирователя 22 коротких импульсов не поступали на входы счетчика 25 импульсов одновременно, что недопустимо с точки зрения эксплуатации счетчика.Одновибратор 16 по заднему фронту поступающих на его вход импульсов от элемента И 13 формирует импульсы длительностью, необходимой для отпирания коммутирующего вентиля 5, Эти импульсы усиливаются формирователем 18 импульсов и поступают на управляющий электрод коммутирующего вентиля 5, отпирая его. Коммутирующий конденсатор б, заряженный предварительно с полярностью, указанной на фиг. 1, начинает разряжаться и запирает основной вентиль 4, так как к последнему прикладывается напряжение обратной полярности. Ток под действием ЭДС самоиндукции нагрузки 8 проте" кает в контуре диод 7 - нагрузка 8. Напряжение на выходе датчика 9 тока становится равным нулю и детектор 19 пересечения нулевого уровня возвраща-, ется в исходное состояние, т.е. на его выходе устанавливается напряжение, соответствующее уровню логического нуля.Таким образом, при отсутствии аварийной ситуации: потеря управляющей способности, пробой электрический или тепловой, невключение вентиля в любом из режимов заданным системой управления - режим регулируемой передачи энергии от источника 1 к нагрузке 8, интервал-г. (фиг. 2 д), режим непрерывной передачи энергии от источника 1 к нагрузке 8 (работа двигателя на естественной характеристике), интервал 13-15, или интервал Ечз й.20 паузы при работе двигателя в режиме "Старт-стоп", за каждым импульсом, поступающим на счетный Т-вход счетчика 25 от одновибратора 15, моментывремени оз З 81 1 ф 13 1 б фс (фиг. 2 г), следуют ймпульсы от формирователя 22 коротких импульсов, через элемент 24 задержки, поступающие на установочный Е-вход счетчика 25, моменты временийС (Фиг. 2 е).Счетчик 25 после каждой записанной вего память единицы обнуляется и наего выходе напряжение остается равнымуровню логического нуля.5При возникновении аварийной ситуации устройство работает следующим образом.Самопроизвольное переключение основного вентиля 4 в проводящее состояние при отсутствии управляющего импульса происходит либо по причинепотери управляющей способности у вентиля, либо по причине его пробоя.Пусть в момент временипроизошло самопроизвольное переключение основного вентиля 4 в проводящее состояние по любой из указанных причин. Вцепи нагрузки 8 начинает протекатьток, контролируемый датчиком 9 тока.Предположим, что величина тока непревышает допустимого значения и пороговый элемент 20 не срабатывает.Срабатывает детектор 19 пересечениянулевого уровня (фиг. 2 ж). По переднему фронту его выходного импульса формирователь 22 коротких импульсов формирует короткий импульс, которыйчерез элемент 24 задержки, момент времени(фиг. 2 з) поступает на В.-вход счетчика 25 и обнуляет его. В момент времени й В (Фиг. 2 г) на Т-вход счетчика 25 от одновибратора15 поступает импульс, уменьшая на единицу число импульсов ш, необходимое для переполнения счетчика и появления на его выходе логической единицы.В момент времени С на Т-вход счетчика 25 от одновибратора 15 поступает следующий импульс, счетчик переполняется (на Фиг, 2 приведены временные диаграммы для счетчика с ш = 2), на его выходе появляется на 45 пряжение логической единицы, этот сигнал через элемент ИЛИ 26 (фиг. 2 и) поступает на вход формирователя 27 импульсов. По переднему фронту поступившего на его вход импульса Формирователь 27 формирует отпирающий импульс, который поступает на управляющий электрод вентиля 3 защиты, отпирая его . Через вентиль 3 по цепи положительная шина источника 1 питания - первая группа контактов автома тического выключателя 2 - вентиль 3 - вторая группа контактов выключателя 2 - отрицательная шина источника 1питания начинает протекать ток. При достижении этим током значения тока уставки автоматического выключателя последний срабатывает и размыкает цепь протекания тока, отключая преобразователь от источника 1.Время срабатывания защиты в этом случае определяется формулой= Т(ш) + с. + М,ср где Т период широтно-импульсноймодуляции;коэффициент счета счетчика25 импульсов;время, на которое самопроизвольное включение вентиля произошло раньше, чем заданное системой управления(фиг. 2 ж);запаздывание, вносимое элементами схемы защиты. 1сР 1 Если самопроизвольное переключение основного вентиля 4 в проводящее состояние вызывает аварийное нарастание тока, срабатывает пороговый элемент 20, его выходной сигнал через элемент ИЛИ 2 б поступает на вход формирователя 27 импульсов и происходит Если самопроизвольное переключение основного вентиля 4 в проводящеесостояние происходит в интервале времени, когда на выходе задатчика 14 режима работы напряжение соответствует уровню логического нуля, момент времени С , (фиг. 2 ж), то схема защиты работает следующим образом.Переключение основного вентиля 4 1в проводящее состояние приводит к протеканию тока в нагрузке 8 и датчи" ке 9 токаСрабатывает детектор 19 пересечения нулевого уровня, его выходной сигнал через элементы ЗАПРЕТ 23 и ИЛИ 2 б поступает на вход Формирователя 27 импульсов (фиг. 2 и). Формирователь 27 по переднему Фронту поступившего на его вход импульса формирует отпирающий импульс, который поступает на управляющий электрод вентиля 3 защиты, в результате чего происходит отключение преобразователя от источника 1 по принципу, описанному выше. В этом случае срабатывания защиты определяется выражениемпоступающий на Т-вход счетчика 25переполняет его, на выходе счетчикапоявляется логическая единица, этотсигнал через элемент ИЛИ 26 поступаетна вход формирователя 27 импульсов(фиг. 2 п) и происходит отключение 10 Таким образом, преобразователь позволяет контролировать любые внутренние аварии при любом из режимов работы преобразователя. Формула изобретения 7 1411894 8отключение преобразователя от источ- импульс с выхода одновибратора 15,ника 1 эа времяНезапирание основного вентиля 4происходит либо по причине пробоя по 5следнего, либо по причине выхода изстроя коммутирующих вентиля 5 и конденсатора 6,Пусть в момент времени й 8, опреде- преобразователя от источника 1. Времяленный в компараторе 12, происходит срабатывания защиты в этом случаевключение основного вентиля 4, а в определяется формулоймомент С - его выключение по любойиз причин, указанных выше, не проис- = Т(ш) + ЬТ.СР 3ходит, С момента 8 в нагрузке 8 идатчике 9 тока начинает. протекать ток,15срабатывают детектор 19 пересечениянулевого уровня (фиг. 2 к) и формирователь 22 коротких импульсов, в момент(фиг. 2 л) на К-вход счетчика25 поступает импульс с выхода элемента 24 задержки и обнуляет его, В момент времени й на Т-вход счетчика11Импульсный преобразователь с защи 25 поступает импульс с выхода одно- той от внутренних аварий, содержащийвибратора 15, при этом происходит силовой блок, включающий в себя осуменьшение на единицу числа импуль новной и коммутирующий вентили, комсов ш, необходимого для переполнения мутирующий конденсатор и системусчетчика, В момент времени управления и защиты, включающую в(фиг. 2 м) на Т-вход счетчика 25 по- себя датчик тока и два одновибратора,ступает следующий импульс, который о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, спереполняет счетчик, и происходит целью расширения функциональных возсрабатывание системы защиты, приводя- можностей, система управления и защищее к отключению преобразователя от ты снабжена генератором пилообразногоисточника 1. напряжения, источником напряженияВремя срабатывания защиты в этом управления, компаратором, элементомслучае определяется формулой И, задатчиком режима работы, тремя1,: Т.ш - +,4где й - время проводящего состояния-4вентиля 4, определенное системой управления для тогопериода, в течение которогопроизошла авария,Невключение основного вентиля 4 связано в основном с механическими повреждениями, такими как обрыв управляющего электрода, нарушение пайки электродов и т.д.Пусть в момент й 8 на управляющий электрод вентиля 4 подан отпирающий импульс. Этот импульс с выхода одновибратора 15 поступает и на Т-вход счетчика 25, уменьшая число ш на единицу, Однако включение вентиля не происходит, ток в цепи датчика 9 тока отсутствует и на выходе детектора 19 (фиг. 2 г) пересечения нулевого уровня напряжение соответствует уровню логического нуля. Следующий З 5 формирователями импульсов управления,пороговым элементом, источником опорного напряжения, детектором пересечения нулевого уровня, формирователем 40коротких импульсов, элементом ЗАПРЕТ,элементом задержки, счетчиком импульсов с установочным и счетным входамии элементом ИЛИ, вентилем защиты,диодом и автоматическим выключателем, 5 причем силовой блок входом предназначен для подключения к источнику питания через автоматический выключатель,выход которого шунтирован вентилем за.щиты, при этом анод вентиля защитыподключен к положительной шине, а катод к отрицательной, диод предназначен для подключения в обратном направлении параллельно нагрузке, вы-ход генератора пилообразного. напряжения подключен к первому входу компа ратора, к второму входу которого подключен выход источника напряженияуправления, выход компаратора подключен к первому входу элемента И, вто1411894 9 О и д и,и оставитель ОМещеряко ехред М,Дидык Ко ктор О, Кравцова едактор П. Гереш Подписно ного комитета СССРний и открытий 5 аушская наб. ул, Проектная,предприятие, г, Ужг рой вход которого подключен к выходу задатчика режима работы, выход элемента И подключен К входам одновибраторов, выход первого одновибратора5 ,через первый формирователь импульсов ,управления подключен к управляющему электроду основного вентиля, выход второго одновибратора через второйформирователь импульсов подключен к управляющему электроду коммутирующего вентиля, выход датчика тока подключен к входу детектора пересечения нулевого уровня и к первому входу пороговогоэлемента, к второму входу которого подключенисточник опорного напряжения, выход детектора пересечения нулевого уровня подключен к входу форказ 3667/52 Тираж 665 ВНИИПИ Государстве по делам изобрет 113035, Москва, Ж, оизводственно-полиграфическ мирователя коротких импульсов и кпрямому входу элемента ЗАПРЕТ, к инверсному входу которого подключенвыход задатчика режима работы, выходформирователя коротких импульсов через элемент задержки подключен к установочному К-входу счетчика импульсов, к счетному Т-входу которого подключен выход первого одновибратора,выход счетчика импульсов подключенк первому входу элемента ИЛИ, второйвход которого подключен к выходу порогового элемента, а третий вход квыходу элемента ЗАПРЕТ, выход элемен"та ИЛИ через третий формирователь импульсов управления подключен к управляющему электроду вентИля защиты.

Смотреть

Заявка

4188980, 02.02.1987

ХАРЬКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ. В. И. ЛЕНИНА

СОКОЛ ЕВГЕНИЙ ИВАНОВИЧ, КИПЕНСКИЙ АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ, КИПЕНСКАЯ АНТОНИНА ВАЛЕРИЕВНА, ЗАМАРУЕВ ВЛАДИМИР ВАСИЛЬЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: H02H 7/12, H02M 3/335

Метки: аварий, внутренних, защитой, импульсный

Опубликовано: 23.07.1988

Код ссылки

<a href="https://patents.su/6-1411894-impulsnyjj-preobrazovatel-s-zashhitojj-ot-vnutrennikh-avarijj.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Импульсный преобразователь с защитой от внутренних аварий</a>

Похожие патенты