Устройство для управления трехфазным регулятором

06 СОВХОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 5 О 175 РЕСПЧ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР(505 Н 02 М 7/4 ИЯМИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ В ИДЕТЕЛ ЯСТВУ РСКО 1(71) Белорусский политехнический ийститути Завод электронно-вычислительныхмавймим. Серго Орджоникйдзе(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНЙЯТРЕХФАЗНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ 2(57) Изобретейие относится к преобразовательной технике. Устройство содержит синхронизатор (1), в каждом канале дискриминатор (2 - 4), общий элемент НЕ (5) тактовый генератор (б), элементы.2 И-НЕ (10-12) соответственно на каждый канал, триггеры (б - 8) и формирбватели базового тока (13-15). Работаустройства основана на том, что ключи фазы, имеющей найменьший потенциал, при формированииимпульса не коммутируются, при коммутации других фаз сначала коммутируются -ключи фазы, имеющей потенциал между наибольшим и наименьшим, а затем ключи фазы с наибольшим потенциалом, 2 ил.Изобретение относится к преобразовагельной технике, в частности к системам управления полупроводниковыми преобразователями с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения.Известны различные устройства формирования и распределения импульсов для управления статическими преобразователями, в том числе и трехфазными регуляторами напряжения, Кроме того, известно устройство для управления трехфазным регулятором, формирующим на выходе широтно-импульсное модулированное напряжение, состоящее из синхронизатора, амплитудных ограничителей, дифференцирующего блока, сумматора, интегратора, дополнительных ключей, элементов сравнения, формирователя прямоугольных импульсов.При работе трехфазного регулятора, которым регулирование выходного напряжения осуществляется широтно-импульсным методом подключения фаз нагрузки к фазам питающей сети с последующим их отключением от фаз сети и закорачиванием на время пауз, из-за неоднозначности времени процессов включения и выключения транзисторных ключей регулятора, а также из-за асимметрии их импульсов управления, возможны междуфазные короткие замыкания,Для устранения этой возможности сис.тема управления должна для формирования переднего. фронта импульса выходного напряжения сначала подать импульсы управления на ключи фазы, имеющей наибольший отрицательный потенциал по отношению к другим, затем на ключи фазы, имеющей промежуточное значение потенциала между наименьшим,и наибольШим, а потом на ключи фазы, имеющей наибольший положительный потенциал. Для формирования заднего фронта пульса этого напряжения система управления должна сначала подать импульсы управления на ключи фазы, имеющей наибольший положительный потенциал по отношению к потенциалам других фаз, затем на ключи фазы, имеющей промежуточное значение потенциала между наибольшим и наименьшим, а потом на ключи фазы, имеющей наибольший отрицательный потенциал.Кроме того, анализ работы транзисторных ключей регулятора на интервале, когда потенциал фазы наиболее отрицателен по отношению к потенциалам других фаз и ток нагрузки протекает поочередно через диоды ключа, показал, что нет необходимости коммутировать транзисторы клЮчей, поскольку они не оказывают влияния на его работу. Известные устройства управлениятриггера соединен с выходом седьмого элемента 2 И-НЕ 30, которые являются первым У и вторым У 2 выходами дискриминатора напряжения, инверсный выход триггера со 50 единен с входом соответствующего форми рователя базового тока транзисторов55 регулятора, инверсные выходы триггеров каждых двух соседних каналов (например,канала фазы А - триггер 6 и канала фазы В - триггер 7) соединены с входами соответствующего элемента 2 И-НЕ (элемент 10), выход которого соединен с вторым входом трехфазным регулятором не выполняют не.обходимый алгоритм.Целью изобретения является повышение надежности работы трехфазного регу лятора.В каждый канал управления введен дискриминатор входного напряжения, состоящий из трех элементов Н Е, семи двухвходовых элементов 2 И-НЕ и двух трех входовых элементов ЗИ-НЕ и имеющий двасинхронизирующих входа; Х 1 с положительной полуволной напряжения питания и Х 2 с отрицательной полуволной того же напряжения, два управляющих входа: Хз, разре шающий формирование импульсавыходного напряжения, и Х, запрещающий его формирование, и информационный вход Х 5 о включенном или выключенном состоянии двух других каналов, причем синхрони зирующий с положительной полуволнойнапряжения вход Х 1 соедичен с входом первого элемента НЕ 21 и с первым входом первого элемента 2 И-НЕ 22, второй вход которого соединен с синхронизирующим с 25 отрицательной полуволной напряжениявходом Х 2 и с входом второго элемента НЕ 31, выход первого элемента НЕ 21 соединен с первым входом второгоэлемента 2 И-НЕ 24 и первым входом первого элемента ЗИ НЕ 27, выход второго элемента НЕ 31 соединен с первым входом третьего элемента 2 И-НЕ 32, выход первого элемента 2 И-НЕ22 соединен с двумя входами четвертогоэлемента 2 И-НЕ 23, выход которого соеди нен с первым входом второго элемента ЗИНЕ 25 и первым входом пятого элемента 2 И-НЕ 26, выход второго элемента 2 И-НЕ 24 соединен с первым входом шестого элемента 2 И-НЕ 29, второй вход которого соединен 40 с выходом второго элемента ЗИ-НЕ 25, выходы пятого элемента 2 И-НЕ 26 и первого элемента ЗИ-НЕ 27 соединены с первым входом седьмого элемента 2 И-НЕ 30, второй вход которого соединен с выходом 45 третьего элемента 2 И-НЕ 28,выход шестогоэлемента 2 И-НЕ 29 соединен с информационным 1-входом триггера данного канала управления, а информационный К-вход этого1757061второго элемента ЗИ-Н Е 25 соседнего кана- рой вход которого соединен с выходом элела(в рассматриваемом примереканалфазы мента 28. Выход элемента 29 соединен сС) и входом третьего элемента 32 этого же 1-входом триггера,.Выход элемента 30 соесоседнего канэлэ, которые являются йнфор- динен с К-входом триггера.мационным входом Х 5 дискриминатора нэ Информационный вход Х 5 дискриминэпряжения, выход третьего элемента НЕ 32 тора соединен с вторым входом элемента 25(не показан) соединен с вторым входом пер- и входом элемента 32, выход которого соевого элементэ ЗИ-НЕ 27, разрешэющий . динен с вторым входом элемента 27, Управформирование импульса выходного напря- ляющий вход Хз дискриминатора соединенжения вход Хз соединен с вторыми входами 10 с вторыми входэми элементов 26 и 28 и стретьего 28 и пятого 26 элементов 2 И-НЕ итретьим входом элемента 27. Упрэвляющийс третьим входом первого элементэ ЗИ-Н: вход Хд соединен с вторым входом элемента27, а тэкже с входом общего для всех кана-24 и третьим входом элемента 25; Выходлов элемента НЕ 5, выход которого соеди-тактового генератора 9 соединен с тэктовынен с вторым входом второго элемента 15 ми входами всех триггеров 6 - 8,2 И-НЕ 24 и тетьим входом второго элеМента:Устройство работает следующим обрэЗИ-НЕ 25, которые являются запрещавщим.зом,формирование импульсэ выходного напря- .Нэ участке эЬ найряжения любой фазыжения - входом Х 4 дискриминатора напря- (фиг. 2) синхронизирующий сигналХ 1 кажжения:",20 дога дискриминатора имеет логическоезнэНа фиг. 1 приведенэ схеМа устройства . - чение, равное "1", нэ участке Ьс или Ье -для управления трехфазным регулятором,.равное "0", нэ участке сб - равное "0", энэ фиг. 2 - кривые, поясняющие работу-уСт- .синхронизирующий сигнал Х 2 этого же дисройствэ,":. ":. кримйнэтора имеет нэ участке эЬ логичеУстройство содержит синхронизатор 1; 25 ское значение; равное "О", нэ участке Ьс или.соединеннь 1 й световыми кэнэламисоответ-;: Ье - равное "0", нэ участке сб - равное "1".ственно ссинхронизирующими входами Х 1Рассмотрим формирование ймпульсэ.и Хг дискриминэ-.оров 2-4 для каждого кэ-вь ходного напряжения нэ отрезке временинала управления напряжением фазы. Уп-. и - ь, До момейта времени и, посколькуравляющий вход " Хз каждого 30 формировэлэсьпауза ввыходйом нэпряжедискримйнатора, нэ которьгй подается сйг-нии, ключи 17 фазы Аи фазы В регуляторанал ШИЫ, соединен с входом элементаНЕ:- включены",э ключ 17 фэзы С выключен, Это 5, выход которого соединен с управляющим, мусоответствуют следувщие значения вы. входом Х 4 всех дискриминаторов. Информа-: ходов триггеров: фазы А -0=1; 0=0, фазы Вционный входХ 5 дискриминэторэсоединен 35 - 0=-1, 0=0; фазы С - О=О; 0=1. Значенияс выходом элемента 2 И-Н Е (соответСтвеййо" управляющих входов - "Хз=О, Х 4=1, э Х=1,дискриминатор 2-2 И-НЕ 11 (не показан) 3- В момент т 4 на управляющем входе Хз12, 4 - 10), входы которого присоединенык: вход ШИМ) появляется логический сигналинверсным выходам триггеров (соответст- ".1", что соответствует Х=ОСинхронйзирувенно триггеры 6, 7 - 2 И-НЕ 10; 7. 8 - 11; 8, 40 ющие входы дискрйминэторов имевт следу 6-12). ющие значения: для канала фазы А - Х 1=1;Инверсные выходы триггеров соедине- Х 2=0; для канала фазы В - Х 1=0; Х 2=0, дляны с формировэтелями базового тока(соот- канала фазы С - Х 1=0; Х 2=1. В результатеветственно 6 - 13, 7-14, 8-15) транзисторных кодовой комбинациивходов дискриминэтоключей 16, 17 трехфазного регулятора 18, 45 ров создается следующий алгоритм их рабосоединенного с нагрузкой 19 (20), Синхро- ты.низирующий вход Х 1 дискриминатора сое- Для канала фазы С нэ вход элемента 21динен с входом элемента 21 и с первьм. и нэ первый, вход элемента 22 поступаетвходом элемента 22, второй входкоторого логическая "1", на второй вход элемента 22соединен с синхронизирующим входом Х 2 50 и вход элементэ 31 - логический "0". В редискриминэтора и с входом элемента 31,: . зультате этого на вь 1 ходе элемента 21, э слеВыход элемента 21 соединен с первыми довэтельно, на первых входах элементов 24входами элементов 24 и 27. Выход элемента и 27 имеется логический "О". На выходе эле 23 соединен с первыми входами элементов ментэ 23, а следовательно, нэ первых вхо 25 и 26, Выход элемента 31 соединен с пер дэх элементов 25 и 26 имеется логическийвым входом элементэ 28. Выход элемента "0", Нэ выходе элемента 31, э следователь 24 соединен с первым входом элемента 29, но, нэ первом входе элемента 32 имеетсялогическая "1", фвторой вход которого соединен с выходомэлемента 25. Выходы элементов 26 и 27 со- Образовавшееся таким образом сочетаединены с первым входом элемента 30, вто- ние логических "1" и "0" на входах элемен5 10 15 20 25 10 - 12) 30 35 45 50 тов 24-28 совместно с значениями других входов дискриминатора Хз=1; Х=О, Х 5=.1 дает на первом и втором входах элемента 29 логическую "1", а на первом входе элемента 30 - логическую "1", на втором входе этого элемента - логический "0", Таким образом выходы дискриминатора приобретают следующие значения: У 1=0, У 2=1, что поступает на соответствующие информационные входы триггера и при приходе тактового импульса от генератора 9 триггер не изменит своего состояния, а следовательно, по- прежнему ключ 16 фазы С включен, а ключ 17 выключен, т.е. ключи фазы, имеющей наименьший пОтенциал по отношению к потенциалу других фаз, для формирования импульса выходного напряжения не коммутируются.В то же самое время для канала фазы В (участок Ье) синхронизирующие входы его дискриминатора имеют значенйя Х 1=-0, Х 2=0 и при значениях остальных входов Хз=1, Х=О, Х 5=-1 дает следующий алгоритм работы этого дискримйнатора. На выходе элемента 21, а,следовательно, на первых входах элементов 25 и 27 имеетсялогический "О", На выходе элемента 23, а следовательнона первых входах элементов 25 и 26 имеется логическая "1", На выходе элемента31, а следовательйо, на первом входе элемента 28 имеется логический "0".Образовавшееся сочетание логическихг 1" и "0" на входах элементов 24-28 совместно с значениями других входовдискриминатора дает на первом и втором входах элемента 29 логическую "1", на выходе элемента 26 - логический "0", а на выходе элемейта 27 -логическую "1"; что организует следующие значения выходов дискриминатора: У 1=0, У 2=1, и при приходе тактового импульса от генератора 9 триггер данного канала выставит их логические значения соответственно на свои выходы (0=0; 0=1), Это через соответствующий формирователь базового тока включит ключ 16 и выключит ключ 17 фазы В, т.е, фазы, имеющей промежуточное значение потенциала между наименьшим и наибольшим.Для фазы А синхронизирующие входыего дискриминатора имеют значения Х 1=1, Х 2=0 (участок аЬ) и совместно с другими входами Хз=1; Х=О; Х 5=-1 создается слелующий алгоритм работы, На выходе элемента 21, а следовательно, на первых входах элементов 24 и 27 имеется логическая "1", На выходе элемента 23, а следовательно, на первых входах элементов 25 и 26 имеется логический "0", На выходе элемента 31, а следовательно, на первом входе элемента 28 имеется логический "0". Образовавшееся таким образом сочетание логических "1" и "0" на входах элементов 24 - 28 совместно с значениями других входов дискриминатора дает на первых и вторых входах элементов 29 и 30 логические "1", а следовательно, следующие значения выходов дискриминатора У 1=0; У 2=0, Приход тактового импульса генератора 9 не изменит состояние триггера. Однако включение ключей фазы В приводит к тому,что информационный вход Х 5 для дискриминатора фазы А(элемент 11) примет значение - Х 5=0. Это дает на выходе элемента 32 логическую "1", а на выходе элемента 27 логический "0", что изменит состояние выхода У 2 дискриминатора - У 2=1, Теперь тактовый импульс от генератора 9 выставит на выходе триггера этого канала - О=О; 0=1, что приведет через формирователь базового тока к включению ключа 16 и выключению ключа,17 фазы А, т,е, фа;ы, имеющий наибольший потенциал, При этом информацио н н ы й вход Хз всех дискриминаторов примет значение логического "0" (элементы Окончание формирования импульса выходного напряжения осуществляется в момент времени т 6, когда на управляющий вход Хз поступает логический "0" (вход ШИМ), что соответствует Х=1. Синхронизирующие входы дискриминаторов имеют сле дующие значения: канала фазы А - Х=О Х 2=.0, канала фазы ВХ 1=1, Х 2=.0, канала фазы С - Х 1=0, Х 2=1. В результате кодовой комбинации входов дискриминаторов создается следующий алгоритм их работы,Для канала фазы В на выходе элемента 21 его дискриминатора, э следовательно, на первых входах элементов 24 и 27 имеется логическая "1". На выходе элемента 23, а следовательно, на первых входах элементов 25 и 26 имеется логический "0", На выходе элемента 31; а следовательно, на первом входе элемента 28 имеется логический "0" Образовавшееся сочетание логических "1" и "0" на входах элементов 24-28 совместно с значениями других входов дискриминатора дает на первом входе элемента 29 логическую "1", а на его втором входе - логический "О", На первом и втором входах элемента 30 имеется логическая "1". Вследствие этого выходы дискриминатора приобретают следующие значения: У 1=1; У 2=0, при которых тактовый импульс бт генератора 9 выставит эти значения на выход триггера (0=1, 00) данного канала управления и через соответстгующий формирователь базового тока выключит ключ 16 и включит ключ 17 фазы В, т,е. отключится напряжение фазы, имеющейвпотенциал наибольший по отношению к по- ра этоо канала, Произошедшее перед этим тенциалам других фаз, включение ключей Фазы А приводит к тому,В то же самое время для канала фазы А что информационный вход Х 5 дискримина(участок Ьс) синхронизирующие входы его тора фазы С(элемент 10) приметзначение - дискриминатора имеют следующие значе Х 5=1, Однако это не изменит состояние ни ния: Х 1=0, Х 2=-0 и при значениях остальных входов элементов 29 и 30, ни выходов диск- входов дискриминатора Хз=О, Ха=-1, Х 5=0 со- риминатора этого канала, поэтому ключ 16 здается следующий алгоритм их работы. На фазы С включен, а ключ 17 этой фазы выклювыходе элемента 21, а следовательно, на чен, т:е, ключи фазы, имеющей наименьший первых входах элементов 24 и 27 имеется 10 потенциал по отношению к потенциалам логический "0", На выходе элемента 23, а других фаз, не коммутируются в процессе следовательно, на первыхвходах элементовформирования импульсов вьходного напря и 26 имеется логическая 21", На выходе жения,элемента 31, а следовательно, на входе эле- В устройстве для управления трехфазмента 28 имеется логический "0". 15 ным регулятором для обеспечения его наОбразовавшееся сочетание логичесВах дежной работы и устранения возможных " " и "0" на входах элементов 24 - 28 совме-: коротких замыканий между фазами органистно с значениями других входбв дискрими- зована необходимая последовательность натора дает на первых и вторых-входах включения и отключениясиловых ключей э ементов 29 и 30 логические "1", а следо регулятора, Повышение надежности достивательно, следующйе значения выхбдов . гаетсяещеитем,чтопрохождениесигналов этого дискриминатора: У 1=-0; У 2=0. Такто- управления на силовые ключи выполняется вый импульс от генератора 9 не изменит: по команде тактового генератора, Частота состояние триггера, : следования тактовых импульсов выбираетОднако включение ключей фазы В при ся, исходя из необходимого значения задврводит к тому, что информационный вход Х 5 жки прохождения импульсов на разные дискриминатора фазы А(элемент 11) примет фазы. Например, при необходимости задерзначение - Х=1. Это даетна третьем входежки в 5-10 мкс частота генератора составит элемента 25 логическую "1", которая совме - 200 кГц,стно с Ха=1 и с логической "1" с выхода 30элемента 23 выставит навторой вход эле-. ф о р м у л а и з о б р е т е н и я мента 29 логический "0", что позволит выхо- . Устройстводляуправленйятрехфазным ду У 1 дискриминатора получить значение-. регулятором, содержащее синхронизатор с У 1=1, Приход тактового импульса от гейера- трехфазной сетью, триггер в каждом канале тора 9 выставитна выходе триггера этого 35 управления, соединенный инверсным выхоканала - 0=1, О=О. Такая комбинация при.- дом с входами формирователя базового товедет к выключению ключа 16 и включению ка транзисторного преобразователя и ключа 17 фазы А, т.е. отключится напряже-: инверсным выходом связанный с входами ние фазы, имеющей потенциал между наи- двух элементов 2 И-НЕ, тактовый генератор, меньшим и наибольшим значениями, 40 подключенный к входам триггеров, отл и чаДля канала фазы С синхронизирующие . ю щ е е с я тем, что, с целью повышения входы его дискриминатора имеют значения надежности, в каждый канал управленйя вве- Х=О;Х =1 (участок ес) и совместно с други-ден дискриминатор напряжения, состоями входами Хз=О, Ха - -1, Х 5=0 создается сле- щий из трех элементов НЕ, семи дующий алгоритм работы этого 45 двухвходовых элементов 2 И-НЕ и двух дискриминатора, На выходе элемента 21, а трехвходовых элементовЗИ.-НЕ, иимеетдва следовательно, на первых входах элементов синхронизирующих входа: Х 1 - с положи и 27 имеется логический "0", На выходе тельной полуволной напряжения питания и элемента 23, а следовательно, на первых Х 2 - с отрицательной полуволной того же входах элементов 25 и 26 имеется логиче-"50 напряжения, два управляющих входа: Хз - ский "0", На выходе элемента 31, а следова- . разрешающий формирование импульса вытельно, на первом входе элемента 28 ходного напряжения и Ха - запрещающий имеется логическая "1", Образовавшееся егоформирование, и информационный вход таким образом сочетание логических "1" и Х 5 о включенном или выключенном состоя- " " совместно с значениями других входов 55 нии двух других каналов, причем синхронидискриминатора дает на первых и вторых зирующий с положительной полуволной входах элементов 29 и 30 логические "1" и, напряжения вход Х 1 соединен с входом перслвдовательно, значения выходов дискри- вого элемента НЕ и с первь 1 м входом элеминатора - У 1=0;У 2.=0,Тактовыйимпульсот мента 2 И-НЕ, второй вход которого генератора 9 не изменит состояние тригге- соединен с синхронизир юирующим с отр 1 ца.2 Составитель О,Голо ехред М.Моргентал ор О,Кравцов Ко актор И,Шулла Тираж 398 Подписное Государственного комитета по изобретениям и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5аказ 3097 ВНИИП КНТ ССС дственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгоро гарина, 10 П Гельной полуволной напряжения входом Х 2 и с входом второго элемента НЕ, выход первого элемента НЕ соединен с первым входом второго элемента 2 И-НЕ и первым входом первого элемента ЗИ-НЕ, выход второго элемента НЕ соединен спервым входом третьего элемента 2 И-НЕ, выход первого элемента 2 И-НЕ соединен с двумя входами четвертого элемента 2 И-НЕ, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ЗИ-НЕ и первым входом пятого элемента 2 И-НЕ, выход второго элемейта 2 И-НЕ соединен с первым входом шестого элемента 2 И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента ЗИ-НЕ, выходы пятого элемента 2 И-НЕ и первого элемента ЗИ.-НЕ соединены с первым входом седьмого элемента 2 И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента 2 И-НЕ, выход шестого элемента 2 ИНЕ соединен с информационным входом триггера данного канала управления, а информационный вход этого триггера соединен с выходом шестого и седьмого элементов 24;НЕ, которые являются пер 111; вым У 1 и вторыми У 2 выходами дискриминатора напряжения, инверсный выход триггера соединен с входом соответствующего формирователя базового тока, транзисто ров регулятора, инверсные выходы каждыхдвух триггеров соседних каналов соединены с входами соответствующего элемента 2 И-НЕ, выход которого соединен с вторым входом элемента ЗИ-НЕ соседнего канала и 10 входом третьего элемента НЕ соседнего ка нала, которые являются информационнымвходом Хь дискриминаторанапряжения, выход третьего элемента НЕ соединен с третьим входом первого элемента ЗИ-НЕ, 15 разрешающий формирование импульса напряжения вход Хз соединен с втоРыми входами третьего и пятого элементов 2 И-НЕ и второго входа первого элемента ЗИ-НЕ, а также с входом общего для всех каналов 20 элемента НЕ, выход которого соединен свторыу.входом элемента 2 И-НЕ и третьим входом второго элемента ЗИ-НЕ, которые являются запрещающим формировайие импульса выходного напряжения входом Х 4 25 дискриминатора напряжения.