Устройство для синхронизации системы управления вентильным преобразователем

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХЕСПУБЛИК 9721 М 1/ 51) 5 ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИЯ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТО МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 45но-исследовательский, ский итехнологичех полупроводниковцх ные нгл, гия,г пе) з 1 ез 1, Ее 3 с" 0 О(56) Современные линейные интегралмикросхемы и их применение, /Пер, спод ред М. В, Гальперина, МЗне1980, с, 147 - 158, рис. 10, 11.Ейг зебгасу тури Р пагпоперобзтаУУооче) обкзаасопецо паркесайцот 1 Вегпагб, "Еезг, паЮ, РО б 1 п.;1984, М 58, р, 97-124.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНХРОНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЪНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМУ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении тиристорными ком пенсаторами реактивной мощности и др. Цель изобретения - повышение точности управления и надежности вентильного преобразователя путем повышения симметрии импульсов синхронизации. С этой целью введены датчик 10 напряжения синхронизации и фазочувствительные демодуляторы 7, 8, 9, управляемые двоичным счетчиком 6 и формирующие напряжение компенсации. Указанное напряжение суммируется с напряжением фазового детектора 1 в сумматоре 2 так, что на входе фильтра 3 низкой частоты сигнал имеетмалый уровень пульсаций. В результате этого управляемый генератор 5 импульсов работает стабильно, а на выходах двоичного счетчика 6 формируется симметричная последовательность импульсов. 3 з, и. ф-лы, 4 ил.45 50 55 Изабре 1:.Ние оно( ИГ Я к лектр;1 ех,1 и ке, Б частности, к системам управления тиристарными каЛегсатарами реактивной ЧОЩнОсти идругими Т 1 р 11 СТ 01 зны 111 преэбразователями,Цел ь ю и 3 0 б 1. ее н 1,1 Я я в л Я .с Я 1 а Б ы ш 8- ние точности управлелля и надежна:ти ВВНТИЛЬНОГО ПРЕОО.ЭаэОват 811 Я ПУТЕМ ПОть 1- шения симметрии имгу(ЬссБ син Оониа- ЦИИ.На фи 1, 1 (1 Оед",тавл 81.а агОк-схеа устройства; на фиг. 2. прл 1-11,Ипиальнь,е схемы блоков; нс фиГ, - схела датчикэ нс 1 Г рякения синхранлзацли, .а;р,г, 4"ременные ,(иаграЬ 1(1 раба ь ус раи:тва,У (О Й ( т Г а( х , , ГС т 0 1 "(О В тДетектора 1, ВыОлн 81" наГс 1,Бг 1;т 1 мес в Биде фазсчувствительнОГО деь.Одулятага, сумматора 2, фит 1 ьтра. низкой частоты, выполненного, например 0 Биде РС-цегл, ГИ- регулятора 4, управляемсга генератора 5, Босьмиразряднаго счетчика 6, персогс 7, второго 8 и третьего 9 фазочувствительных демодуляторов, Выпслненых аналоги;на фазовому детектору 1, дат тика 10 напряжения син:(ранизацли, . Оичем Выход фазавОГО детек гора 1 и выход= гБрваго Втооого 8 и третьего 9 Фазач, Бстт. тел ьн ых демодултто- ров саед;, - 1 ены с саатгетс Бую:.цими вхсдами сумма(ора 2. ьХ.1:,ом падклОченнога ЧЕР 8". По(ЛБДавагЛ;.,На Са;";"ИНЕННЫС фильтр 3 низкой часть, Г 1 И-(егу(ятор 4 и уп 1:1 авляемый Г 8 нератар Ь к счетному Входу дваичнсга счетчика 6, у котааога выходы пятОГО, шестаГО и седьмОГО разрядаа сОединены с управлягс шими зходами третьего (,), БтОрОГО 8 и п 8 рБОГОфазачувстВительных демодуляторов, соответственно, а Быхс, ВОСЬМОГО ОЗЗРЯДБ - 1.; УПРБВЛЯЮЩИМ ЗХО".Сти фазового детектора 1, си(Баль 1 ый ьход Фазового детектора 1 соединен с входом датчика 10 напряжен 1 я синхронизации, Выход которого соединен с сигнальными Б 1(одами иервога 7, вторс 1; О 8 и трегьеГС 9 фазочувгтвительных демодуляторов.Сумматор 2 и фильтр нлака;.тастр-Ь 1, МОГут быть Выполнены в Риде сутм 11 оу 1 с;ц( га резисторно-емкастногз фильтра :1(фиг.2) и ГрздставляаЦего ссРООЙ четыре резистора 12, квжд:,Й н: (стс 1 Оьх с,аединяет саатвеству 10 щий 8 му вход и БыхОД сумми" руюьцего филь гра ",1 и енденс;Тс ".3, подключенный между 11 ыходам суммируюгцега фильтра 11 и Общей тксй питания ус 1 ро 1- ства. ПИ" р 8(учятар -";фиг. 2) БЫГ Олнен на операцис ннам усЛиСле 14, ернверт.,рующии Вход ка000 (:) я в(11 ется ВхбдОм, а выход- выходом ПИ 1-р;.Гул Ятаоа 41, на Гюследавател ьна саеди 1;8" ны х резис 1 аре3 и конденса ареБ цеги а 1 эк 1,атегй ад 5 10 15 2 г 25 30 35 рат 1(ОЙ связи ОпераЦионно(а усилителя 14 и на резисторе 17, вклОченнам иежду инвертирующим Входом Операционного усилителя 14 и общей точкой питания,управляемый генератор 5 выполнен на потенциометре 18(подстроечный резистор), Бкл 1 оченнам между полажительЫм и отри-. цательным паласами источника плтанкя (разнополярный источник питания; е показан). на шести резисторах 9 - 24 на первом 25 и втором 26 транзисторах, змит-.еры которых соединены через тре-.лй 21 и четвертый 22 резисторы саа; ветственна с ОТРИЦБ ГВЛЬНЫМ ПОЛОаач ИСТОЧНИКа ГИТ Э- ния. а их базы соединены межцу собой и ПОДкл 10 чен ы через второй резистор 20 средВй тОчк 8 патзнЦиаметра 18 и чераз первый резистор 19 - к в;(аду управляемого Генератора 5, на конденсатаре 27, Включенном между коллектарамл первого 25 и вто-, рого 26 транзисторов, на первом 28 и втором 29 элементах И - 1-1 Е, причем первый вход первого элемента И-НЕ 28 соединен через пятый резистоо 23 с коллектором пеоБога транзистора 25, а БТОООЙ ВХОД - с Быхэдом второго эгемента И - НЕ 29, и первый вход второГо элемента И-НЕ 29 соединен с выходом первого элемента И - НЕ 28, а втааой вход - через шестой резистор 24 с коллекторам второго ранзистара 26, на первом диоде 30, катодом соединенном с коллектором первого транзистора 25, а анодом - с Выходам первого элемента И - Н Е 28, на втором длоде 31 катодам соединенном с коллектором Второго транзистора 26. а анодом - с выходом Бтоас го элемента И - НЕ 29, выход которого является вь ходом управля МОГО генератора ),В данном случае элементь И - Н Е 28 и 29 под(лючены по плтанию между дополнительным погасом и общей точкой лстачни (а питания. Датчик 10 напряжения синхронизации може- быть вь;голнен фиг 3) и в Биде элемента 3,. Вь 1 борки.х 1 эгнени (микросхема), сигнальный вход которой является сигнальным ВХОДОМ,(атчика 0 нагряжения синхранизаЦии, формирователя з 3 па фронту и спаду, Выхад котааа Га СО(гинен с управляюшим входом эле(еТа 32 :Ыборкихранения, а вход - с входам управления аатчи 1 а 1 0 напря:(Ия (нра 1 ц 11 и инвертора 33 1 Бьнтален на операционном усилителе), у каторага Вход соединен с Выходом элемента 32 вборки-х 1 Оснения, а Выход является Выходом,глч .а 1" напряжен 1 Я си.4(Г 1.тра и 1,.8( фг 1 пу.1- ктирные линии) сигнальный вход датчика 1 д напряжения син "оан:а.и саедие. с ВЫХОДНОМ ФазОВОГО е"=" ."и. 1, а вход чп 169721050 равления - с выходом восьмого разряда Х 8 двоичного счетчика б,Устройство работает следующим образом (временные диаграммы, фиг, 4);На сигнальный вход фазового детектора 1 (фиг, 1) поступает напряжение синхронизации Ос (фиг, 4), а на управляющий вход- импульсы синхронизации Охас выхода восьмого разряда двоичного счетчика 6, На выходе фазового детектора 1 формируется напряжение (при сигнале "1" на управляющем входе фазового детектора 1 последний инвертирует напряжение синхронизации,при сигнале "0" - фазовый детектор работает как повторитель напряжения), которое содержит переменную составляющую и постоянную составляющую - ошибку регулирования, Величина и знак этой ошибки регулирования зависят от разности фаз между указанными сигналами на входах фазового детектора 1.Сигнал с выхода фазового детектора 1 (временная диаграмма 01) поступает на сумматор 2, где основная часть его переменной составляющей компенсируется (временная диаграмма компенсирующей составляющей Ок показана пунктирной линией), Результирующий сигнал с выхода сумматора (временная диаграмма 02) обрабатывается фильтром низкой частоты 3, который устраняет помехи и высшие гармоники, и поступает на вход ПИ-регулятора 4, обеспечивающего соответствующий закон регули- рования, Отфильтрованная таким абоазом ошибка регулирования воздействует через ПИ-регулятар 4 на вход управляемого генератора 5, управляя его частотой генерации. Импульсы с выхода управляемого генератора 5 поступают на счетный вход двоичного счетчика 6, который работает в коде 128- 64-32-16 - 8 - 4-2-1. В результате на выходах Х 1,Х 8 разрядов двоичного счетчика б формируются последовательности прямоугольных импульсов синхронизации со скважностью; равной 2 (например, временные диаграммы Ох 5, Охб, Ох 7 и Охв).Частота управляемого генератора 5 регулируется так, чтобы разность фаз между напряжением синхронизации О. и прямо.угольными импульсами синхронизации с выхода восьмога разряда Х 8 двоичного счетчика 6 была равна л/2 (ошибка регулирования равна нулю). Такое состоя ние работы устройства именуют режимом синхрониэма. Компенсация переменной составляюшей напряжения с, выхода фазового детектора 1 осуществляется в сумматоре 2следующим образом. Напряжение синхронизации О поступает на вход датчика 10 напряжения синхронизации, нв выходе 5 10 15 20 25 30 35 40 45 которого формируется сигнал, равный амплитудному значению напряжения синхронизации (временная диаграмма Ою), Этот сигнал (01 а) преобразуется первым 7, вторым 8 и третьим 9 фаэочувствительными демодуляторами в разнополярные симметричные прямоугольные импульсы (временные диаграммы 07, 08 и Ов). Первый 7, второй 8, и третий 9 фаэочувствительные демодуляторы управляются импульсами синхронизации с выходов разрядов Х 7, Хб и Х 5 соответственно двоичного счетчика б (временные диаграммы Ох 7, Охб и Ох 5).Коэффициенты усиления первого 7, второго 8 и третьего 9 фаэочувствительных демодуляторов равны - 0,7; - 0,3 и 0,15, Результирующий сигнал Ок=07+08+Оц в виде напряжения фазочувствительных выпрямителей 7, 8 и 9 является компенсирующей составляющей (временная диаграмма О, показанная пунктирной линией), которая и нейтрализует действие переменной составляющей с выхода фазового детектора 1 в сумматоре 2. Таким образом осуществляется "фильтрация" ошибки регулирования уже на выходе сумматора 2, Фильтр 3 низкой частоты устраняет лишь высокочастотные составляющие сигнала, имеет малую постоянную времени. В режиме слежения устройства зг фазой напряжения синхронизации Ос (режим захвата) сигнал на выходе фильтра 3 низкой час аты практически отсутствует, чта является условием стабильности генерации импульсов управляемым генераторам 5, Частота генерации с высокой тачнастыс равна 256 1 сети на любом отрезке времени, Следовательно, и высокую стабильность имеют параметры импульсов синхронизагии на выходах двоичного счетчика 6. Эта особенно важно в . системах управления тиристорными преобразователями, когда в сост" етствии с алгоритмам функционирования каждому состоянию счетчика отводится срога определенное время.Кроме того, малая постоянная времени фильтра 3 низкой частоты повышает быстродействие слежения (регулирования) устройства эа изменением фазы или частоты напряжения синхронизации. Количество фазочувствительных демодуляторов (7, 8, 9) мажет Сыть увеличено до четырех или пяти. Тогда фильтрация ошибки регулирования в сумматоре 2 улучшается. Однако дальнейшее увеличение числа демодуляторов, работающих на более высокой частоте, не дает видимого эффекта, поскольку возникающие помехи в контуре регулирования устройства становятся по величине и частоте сопоставимы с сигналами с выходов э 1 ихдополнительных фазочувствительных демодуляторов, Сумматор 2 и фильтр 3 низкой частоты могут быть в виде суммируОщега ИС-филь.ра 11 фиг. 2), обладающего простотой реализации, Выход суммируОщего 5 фильтра 11 хооошо соласуется с входом неинвертирующего Г 1 И-регул ятора 4 (фиг. 2), имеющего большое Входное сопротлвление, Его передато 1 Ная функИя10М 4(Г) = 1-Т 1;)ТР,где Р - оператор Лапласа;Т 1,=Я 15 С 1 6;32=- К 17 С 16: 15Р 15 и В 17 - значения сопротивлени:.резисторов 15 и 17,С 16 - ьеличина емкости конденсатора.1 6.На фиг, 2 по.азана принцигИальь:я 20схема управляемого ге;-ератора 5. На элементах И-НЕ 28 и 29 выполнен ЙБ-трлггер,крторый ь процессе работы находится в одном из двух устойчивых состояний; либо когда на Выходе первого элемента 11-НЕ 28 25сигнал "1", а на выходе второго элементаИ - НЕ 29 - "0", либо, наоборот, кода на выходе первого элемента И-НЕ 28 - "0", а навыходе второго злемента 4-НЕ 29 - "1",Сигнал "1", по уровню бгИэкий положительному напряжснио истоНика питания, подается в первом случае ерез первый диод 30и во стором случае - через диод 31 на соответствующуо обкладку конденсатора 27,при этом вторая обкладка конденсатора остается под потенциалом, который уменьшается в результате переэаряда конденсатора27 вторым истОчникОм тока (Второй транзистор 26, четвертый резистср 22) - в первомслучае и первым источником тока 1 первый 40транзистор 25, третий резистор 21)ВО зтором случае.Так как обкладки конденсатора 27 связаны через защитные резистооы 23 и 24 совходами установки РБ-триггера, то при снлжении потенцлала на указанной обкладкеконденсатора 27 до нулевогс порога срабатывания триггера последний перебрасывается, так что для первого случая на выходахпервого элемента И - НЕ 28 устанавливается 50сигнал "0", а на вьходе Второго элементаИ-Н Е 29 "1", и для второго случая, наоборот.Скорость перезаряда конденсатора 27 и,следовательно, частота управляемого Генератора 5 регулируются источниками тока 55Транзисторы 25, 26 и резисторы 21, 22) путем подачи на базы трэнзистопов 25 иСООТВВТСТВУОЩЕГО УПРЗВЛЯЮЩЕГО НОГРЯЖЕния через первый Г)еэистор 19 с ВыхОда ИИрегулятора 4, Эдновременно на базы транзисторов 25 и 26 подается с выхода потенциометра 18 через второй резистор 20 напряжение смещения,В рабочем состоянии устройства (в режиме захвата) потенциал на выходе потенциометра 18 устанавливается по величине таким, чтобы на выходе ПЛ-регулятора 4 напряжение бьцО близкО нулевому значению., что необходимо для обесгечения симметричной зонь делствия 01 И-регулятора 4 по выходному напряжению, Соотношение величин резисторов 1920 определяет ширину этОЙ ЗОны действия,Датчик 10 напряжения, синхронизации ,фиг, 3) работает следующим образом, Напряжение с выхода фазового детектора 1 ,Временная диаграмма О) поступает на сигнальный вход элемента 32 выборки-хранения, который управляется формирователем 33, Ро фронту и спадуимпульсов синхронизации с выхода восьмого разряда Х 8 (Временная диаграмма Охв) счетчика б формирователь 33 Генерирует короткие импульсы управления временная диаграмма Озз), по времени совпадающие с моментами отрицательных максимумов напряжения с выхода фазового детектора 1, которые равны по величине амплитудному значению напряжения синхронизации Ос, На выходе элемента 32 выборки-хранения формируется сигнал, равный амплитуде напряжения слнхронизации Ос отрицательной полярности, который инвертлруется затем инвертором 34. Таким образом на выходе датчика 1 С напряжения синхронизации формируется сигнал, равный по величине амплитуде напряженля синхронизации Ос (временные диаграммы Ого и ОЗ 4),Если осуществлять формирование импульсов управления для элемента 32 выООрки хранения с ГОмощью лин 8 йнОГО дешифатора, подкл 1 оченного Входами к выходам двоичного счетчлка 6, В моменты положительных максимумов напряжения 0с ВыхОда фазОВОГО Д 8"Гектора 1, используя В качестве выходного дешифоатора соответствуОщий выход, то указанный сигнал, равный амплитуде напряжения синхронизации Ос положительной полярности, можно формировать непосгэедственио без инвертора 34, т. е. в устройство Введены датчик напряж 8 ния синхронизации и фазочувствительные демодуляторы, управляемые двоичным счетчиком, формирующие напряжение компенсации, а также сумматор, в котором напряжение фазового детектора и напряжение компенсации суммируются так, что нз Выходе сумматора и, соответственно, на Входе фильра низкой частоты сигнал регулирования лжет малый уровеньпульсаций. На выходе фильтра низкой частоты пульсации напряжения практическиотсутствуют. Управляемый генератор работает стабильно, Следовательно, на выходахдвоичного счетчика формируются последовательности импульсов с высокими временными характеристиками,Применение устройства синхронизациив системе управления вентильным преобразователем обеспечивает также высокую 10симметрию управляющих импульсов,Формула изобретения1. Устройство для синхронизации системы управления вентильным преобразователем, содержащее фазовый детектор, 15сигнальный вход которого использован каквход напряжения синхронизации устройства, последовательно соединенные фильтрнизкой частоты, управляемый генераторимпульсов и двоичный счетчик, один из 20выходов которого соединен с управляющим входом фазового детектора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышенияточности управления и надежности вентильного преобразователя путем повышения точности слежения эа напряжениемсинхронизации, введены фаэочувствительные демодуляторы, датчик напряжения синхронизации и сумматор. причем выходыдвоичного счетчика использованы как выходы импульсов синхронизации устройства,управляющий вход фазового детектора соединен с последним выходом двоичного счетчика, вход датчика напряжения синхронизации соединен с входом фазового детектора, выход - с сигнальными входами фазочувствительных демодуляторов, управляющие входы которых соединены с соответствующими, начиная с предпоследнего, выходами двоичного счетчика, выходы - с одним входом сумматора. другой вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход - с входом фильтра низ- кой частоты,2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что сумматор и фильтр низкой частоты выполнены в виде суммирующего фильтра низкой частоты.З.Устройство по п.1, отл ича ю щеес я тем, что выход фильтра низкой частоты соединен с входом управляемого генератора импульсов через дополнительно введенный ПИ-регулятор.4, Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что датчик напряжения синхронизации выполнен в виде элемента выборки и хранения, у которого сигнальный вход соединен с выходом фазового детектораа выход является выходом датчика напряжения синхронизации, и схемы управления, у которой выход соединен с управляющим входом элемента выборки и хранения, а входы соединены с выходами двоичного счетчика.