Устройство для управления электрическим преобразователем с защитой от перенапряжений

(5)5 Н 0 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ бжения А вз(71) Институт проблем энергосна НУССР(56) Справочник по преобразовательнойтехнике/ Под ред, И.М,Чиженко, - М.; Техника 1 978.Энергетическая электроника; Справочное пособие/ Пер, с нем, Под ред. В.А.Лабунцол,. - М,: Энергоатомиздат, 1987.Г)У,арев А,Л., Деткин Л,П. Управлениетиристорными йреобразователями (системы импульсного фазового управления). - М.:Энергия, 1975,Биэиков В.А. Системы управления тиристорными преобразователями частоты. - М.:Э нергоатом издат, 1981.Скаржепа В,АШелехов К.В. Цифровоеуправление тиристорными преобразователями. - Л,; Энергоатомиздат (Ленинградское отделение), 1984.Тонкаль В,Е, Синтез автономных инверторов модуляционного типа. - Киев.: Наукодумка, 1979,Авторское свидетельство СССРйг 794704, кл, Н 02 М 7/515, 1981,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМС ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ(57) Сущность изобретения; при возникновении перенапряжения питающей сетиэлектрического преобразователя на выходедатчика 15 перенапряжения появляется импульс, который, проходя элемент И 17, поступает на вход второго формирователя 21переднего фронта. Второй формирователь 21 переднего фронта формирует выходной импульс, который, поступая на 8-вход второго триггера 23, устанавливает его в "1"- состояние. Кроме того, указанный импульс запускает второй одновибратор 16. Пере-, ключение второго триггера 23 в единичное состояние приводит к Юакрытию элемента И 18 и открытию элемента И 19. При перекИючении первого триггера 14 в единичное состояние первый формирователь 12 переднего фронта вырабатывает импульс, который запускает первый одновибратор 3 13, вырабатйвающий импульс, длительность которого определяет допустимое напряжение на силовых вентилях электрического преобразователя при возникновении перенапряжения в питающей сети электрического преобразователя, Сформированный первым одновибратором в 13 импульс через элемент И 19 и элемент (р ИЛИ 22 поступает на стробирующий вход дешифратора 7 распределителя импульсов и определяет заданные выходные параметры электрического преобразователя в режи юнйме перенапряжения питающей сети.Длительность импульса, формируемого вто рым одновибратором 16, определяется продолжительностью перенапряжения питающей сети. По заднему фронту импуль- д са второго одновибратора 16 формирователь 20 заднего фронта вырабатывает импульс, который, поступая на второй В- вход второго триггера 23, устанавливает его в исхсдное состоянле. При этом вновь открывается третья схема И 18 и закрывается четвертая схема И 19, обеспечивая номинальный режим работы электрического преобразователя. 2 ил,Изобретение относится к преобразова- к выходу суммирующего счетчика 6, а втораятельной технике и предназначено для управ- группа- к выходу реверсивного счетчика 10,ления электрическими преобразователями выход которого подсоединен к второму усразличных классов и их защиты от перенап- тановочному входу суммирующего счетчикаряжений, 5 6, первый триггер 14, Я-вход которого подЦелью изобретения является расшире- ключен к выходу первого элемента И 3, перние функциональныхвозможностей устрой- вый В-вход которого подключен к выходуства для управления электрическим блока сравнения 11, а второй В-вход - к. преобразователем и повышение надежно- шине начальной установки, первый форми-.сти его работы путем использования внут рователь 12 переднегофронта, входкотороренних ресурсов электрического го подключен к выходу первого триггера 14,преобразователя для ограничения перенап- первый одновибратор 13, вход которогоряжения питающей сети, примеияя широт- . подключен к выходу первого формироватено-импульсное его регулирование., ля 12 переднего фронта, третий элемент ИНа фиг. 1 представлена функционадь 18, первый вход которого подключен к вцхоная схема устройства для управления элек- ду первого триггера 14, четвертый элементтрическим преобразователем с защитой от И 19, первый вход которого подключен кперенапряжений; на фиг. 2 - временные выходу первого одновибратора 13, элементдиаграммыработызаявляемогоустройства; ИЛИ 22, первый и второй входы котона фиг. 2 а- выходные импульсы, формиру рого подключены к выходам третьемые первым триггером 14 (фиг,1), б - вы- . его и четвертого элементов И соответственходные импульсы, формируемые но, а выход - к входу стробированияформирователем переднего фронта 12 дешифратора 7, датчик 15 перенапряжения,(фиг.1); в - выходные импульсы, формируе- вход которого подключен к питающей сетимые одновибратором 13 (фиг.1); г - выход электрического преобразователя, пятыйной сигнал датчика перенапряжения 15 элемент И 17, второй вход которого подклю(фиг.1); д - выходной импульс, формируе- чен к выходу датчика 15 перенапряжения,мый вторым триггером 23 (фиг.1); е - .выход-второй формирователь 21 переднего фронной импульс второго формирователя та, вход которого подключен к выходу пятопереднего фронта 21 (фиг,1); ж - выходной 30 го элемента И, второй триггер 23. 5-входимпульс, формируемый вторым одновибра- которогг подключен к выходу второго фортором 16(фиг,1); з- выходной импульс, фор- мирователя переднего фронта, первый Вмируемыйформирователемэаднего фронта вход подключен к шине начальной20 (фиг.1); и - выходные импульсы, форми- установки, прямой его выход подключен круемые на выходе элемента ИЛИ 22 (фиг.1), 35 второму входу четвертого элемента И, а инопределяющие выходное напряжение пре- верснцй выход - к второму и первому вхообразователя. дам третьего и пятого. элементов ИПредлагаемое устройство (фиг 1) содер- соответственно, второй одновибратор 16,жит (фиг.1), задающий генератор 1, выход вход которого подключен к выходу второгокоторого подключен к первому входу перво формирователя переднего фронта, формиго элемента И, второй вход которого под- рователь 20 заднего фронта, вход которогоключен к шине управления "Вкл", счетчик 5 подключен к выходу второго одновибратоимпульсов, импульсный и установочный ра, а выход - к второму В-входу второговходы которого подключены к выходу эле- триггера, устройство изменения состояниямента И 3 и шине начальной установки. со реверсивного счетчика 8, импульсный, упответственно, дешифратор 7, равляющий и установочные. выходы котороинформационные входы которого подклю- го подключены к соответствующим входамцены к выходу счетчика 5, блок 9 формиро- реверсивного счетчика,вателей импульсов управления, входы Предлагаемое устройство работает слекоторого подключены к выходам дешифрато дующим образом,ра 7,а выходы - ксиловымвентилямэлектри- В режиме начальной установки переческого преобразователя, дополнительный ключатель Т находится в положении "НУ",генератор 2, выход которого подключен к вто- . при этом первая схема И 3 закрыта, первыйрому входу второго элемента И 4, суммирую- и второй счетчики импульсов 5 и 6, реверщий счетчик 6 импульсов; импульсный вход 55 сивный счетчик 10, первый и второй триггекоторого подключен к выходу второго эле- рц 14, 23 находятся в нулевом состояниимента И, а первый установочный вход при- (фиг.1).соединен к шине начальной установки, При переводе переключателя Т в полореверсивный счетчик 10, блок 11 сравнения, жение "Вкл" первый элемент И 3 открываетпервая группа входов которогоподключена ся и выходные импульсы задающегогенератора 1 с частотой т 1 начнут поступать на импульсный вход счетчика 5, установочный 5-вход первого триггера 14 и импульсный вход блока 8 изменения состояния реверсивного счетчика, С приходом первого импульса на Я-вход триггера 14 последний установится в "1" - состояние и тем самым откроет второй элемент И 4, Выходные сигналы дополнительного генератора 2 с частотой 12 = ит 1 (и-числа квантований длительности импульса, формируемого фа, зосдвигающим устройством) начнут поступать на импульсный вход суммирующего счетчика 6 импульсов, Композиция даполнительнага генератора 2, второго элемента И 4, суммирующего счетчика импульсов 6, блока 8 изменения состояния реверсивного счетчика, реверсивного счетчика 10, блока 11 сравнения и первого триггера 14 представляет собой цифровое фазосдвигающее устройство, на выходе которого формируются при включении нарастающие по длительности ат периода к периоду импульсы с частотой 11, пака преобразователь не войдет в номинальный режим, и при выключении на выходе этого устройства формируются убывающие от периода к периоду импульсы с частотой 11, пока вообще йе пре";атлтсл.К,моменту включения устройства насуммирующем выходе блока 8, который в случае автоматического управления представляет собой набор всевозможных датчиков напряжения, датчиков тока и т.д присутствует сигнал, который поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 10,. Принцип работы фазасдвигающего устройства состоит в следующем, Первый выходной импульс элемента И 3, следующий с частотой 11, проходя на импульсный вход блока 8, поступает на импульсный вход реверсивного счетчика 10 и устанавливает его в состояние "1". Затем на импульсный вход счетчика 6 через схему И 4 ат генератора 2 поступает первый импульс частотой т 2 = п 1, где и-числа квантований выходного сигнала фазасдвигающега устройства, и устанавливает счетчик 6 в "1"-састаяние, т,е. состояние реверсивного счетчика 10 совпадает с состоянием счетчика 6. На выходе схемы 11 сравнения появится импульс, который сбросит триггер 14 в нулевое состояние, т,е, на выходе триггера 14 будет сформирован сигнал, длительность которого равна одному периоду частоты 12 = п 11,С приходом второго импульса послевключения ат схемы И 3 триггер 14 установится в "1"-састаяние, в реверсивный счетчик 10 будет записана "1", После поступления уже двух импульсов на входсчетчика 6 схема 11 сравнения выработаетсигнал, который сбросит триггер 14 в нулевое состояние, т.е. длительность импульса,5 сформированного на триггере 14, будет равна двум периодам частоты Г 2 - И 1.С приходом третьего, четвертого и т,д.импульсов от элемента И 3 описанный процесс повторяется, при этом длительность .10 импульса, формируемого триггером 14, равна трем, четырем и т.д. периодам частоты б-.= пб 1,При достижении номинального режимаработы преобразователя блок 8 снимает15 сигнал "+" и все последующие выходныеимпульсы триггера 14 по длительности будут соответствовать номинальному режимурабаты преобразователя. Максимально возможная длительность выходных импульсов20 триггера 14 определяется максимальнымсостоянием реверсивного счетчика 10.При появлении вычитающего сигнала отблока 8 он поступает на вычитающий входреверсивного счетчика 10. При этом все по 25 ступающие на импульсный вход реверсивного счетчика 10 импульсы будутвычитаться.При достижении номинального режимаработы преобразователя блок 8 снимает сигналЯГ "-" и все последующие выходные импульсытриггера 14 по длительности будут соответствовать номинальному режиму работыпреобразователя, Минимально возможнаядлительность выходных импульсов триггера35 14 определяется минимальным рабочим состоянием реверсивного счетчика, например"НУ" блок 8 формирует только лишь один40 вычитающий выходной сигнал, поступающий на соответствующий вход реверсивного счетчика 10. При этом все поступающиена его импульсный вход импульсы будут вычитатьсл. При достижении нулевого состоя 45 нил реверсивным счетчиком 10 блок 8снимает выходной вычитающий сигнал.Схема будет возвращена в исходное состояние.Выходом фазосдвигающего устройства50 служит выход первого триггера 14. Сформированный на выходе триггера 14 импульс,длительностью которого определяет заданные выходные параметры электрическогопреобразователя в номинальном режиме55 питающей сети(например, для автономногоинвертара напряжения - выходное напряжение), поступает на первый вход третьегоэлемента И 18 и вход первого формирователя переднего фронта 12. Так как третий элемент И 18 по второму входу открыт (наинверсном выходе второго триггера 23 установлена "1") данный импульс, проходя элемент ИЛИ 22, поступает на вход стробирования дешифрэтора 7, входящего в состав распределителя импульсов. Структура распределителя импульсов, предназначенного для реализации заданного алгоритма переключения силовых вентилей . электрического преобразователя, хорошо известна и состоит иэ счетчика 5 импульсов и дешифратора 7, С выхода дешифратора 7 импульсы управления попадают в блок 9 формирователей импульсов управления, не несущий никакой логической нагрузки и служащий для согласования выходных импульсов дешифратора 7 с силовыми ключами преобразователя, Рассмотренный режим работы устройства для управления протекает при номинальном входном напряжении на входе электрического преобразователя,При возникновении перенапряжения питающей сети электрического преобразователя на выходе датчика перенапряжения 15 (Фиг.2 г) появляется импульс, который, проходя пятый элемент И 17 (по первому входу схема И 17 открыта, т.к. на инверсном выходе триггера 23 в данный момент находится логическая "1"), поступает на вход второго формирователя переднего фронта 21(фиг.2 е). Второй формирователь переднего фронта 21 формирует выходной импульс, который, поступая на 8-вход второго триггера 23, устанавливает его в "1"-состояние (фиг,2 д), Кроме того, указанный импульс запускает второй одновибратор 16 (фиг,2 ж).Переключение второго триггера 23 в единичное состояние приводит к закрытию третьей схемы И 18 и открытию четвертой схемы И 19.При переключении первого триггера 14в единичное состояние первь 1 й формирователь переднего фронта 12 вырабатывает импульс, который запускает первый одновибратор 13 (фиг,2 б,в), вырабатывающий импульс, длительность которого определяет допустимое напряжение на силовых вентилях электрического преобразователя при возникновении перенапряжения в питающей сети электрического преобразователя. Сформированный первым одновибратором 13 импульс через четвертую схему И 19 и схему ИЛИ 22 поступает нэ стробирующий вход дешифратора 7 (фиг.2 и) распределителя импульсов и определяет заданные выхоДные параметры электрического преобразователя в режиме перенапряжения оитающей сети.Длительность импульса, формируемоговторым одновибратором 16, определяется продолжительностью перенапряжения пи тающей сети. Экспериментально установлено, что продолжительность перенапряжения питающей сети обычно не превышает, например, для автономных инверторов напряжения, нескольких периодов формируемого им выходного напряжения,По заднему фронту импульса второго одновибратора 16 (фиг,2 ж,з) формирователь заднего фронта 20 вырабатывает импульс, который, поступая на второй й-вход второго триггера 23, устанавливает его в исходное состояние. При этом вновь открывается третий элемент И 18 и закрывается четвертый элемент И 19, тем самым обеспечивая ре 5 10 жим работы электрического преобразователя в номинальном режиме.Устройство для управления электрическим преобразователем с защитой от перенапряжений может быть выполнено на основе применения цифровых микросхем,например 155 серии,Задающий и дополнительный генераторы 1, 2, элементы И 3,4,18,19,17, первый и второй формирователи 12, 21 переднего фронта, формирователь 20 заднего фронта, первый и второй одновибраторы 13, 16, элемент ИЛИ 22, блок 8 изменения состояния реверсивного счетчика реализуются по известным схемам на базе микросхемы 155 ЛАЗ,оПервый и суммирующий счетчики 5 и 6 импульсов строятся с использованием микросхемы 55 ИЕ 5, в основе. реверсивного счетчика , лежит микросхема 155 ЕИ 7,ния микросхемы 155 ИДЗ, а триггера 14 и 23- 155 ТМ 2.В качестве датчика перенапряжения используется соединение делителя напряжения на резисторах, источника опорного напряжения и сравнивающего устройства, Источник опорного напряжения выполнен в виде параметрического стабилизатора с использованием стабилитрона Д 818 Е. Сравнива ющее устройство реализовано компаратором на микросхеме 521 САЗА,Экспериментальные исследования предлагаемого устройства для управления электрическим преобразователем с защитой от перенапряжений в составе электри 50 ческого преобразователя для транспортных средств показали, что по сравнению с устройстьом аналогичного назначения (прототипа) заявляемое устройство обеспечивает надежную защиту электрического преобразователя от перенапряжения питающей сети и позволяет за счет этого существенно упростить силовые устройства защиты собственно электрического преобразователя или даже исключить их и тем самым повы 35 . Дешифратор 7 строится путем применесить КПД электрического преобразователя, понизить его вес и габариты. Например, при номинальном входном напряжении питающей сети 22-29 В возникающие перенапряжения до 70 В и длительностью до 3 мс не 5 нарушали работу электрического преобразователя.формула изобретенияУстройство для управления электрическим преобразователем с защитой от пере напряжений, содержащее задающий , генератор, выход которого подключен к первому входу гервого элемента И, второй вход которого подключен к шине управления "Вкл", счетчик, импульсный вход которого 15.подключен к выходу первого элемента И, а установочный вход - к шине начальной ус-, . тановки, дешифратор, информационные.входы которого подкл 1 очены к выходу счетчика, а выход присоединен к блоку форми рователей импульсов управления силовых вентилей преобразователя, дополнительный генератор, выходом подключенный к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к импульсному входу 25 суммирующего счетчика, выход которого подкг .;,ен к первой группе входов блока сравнмнил, втОрая группа входов которого подключена к выходу реверсивного счетчика, импульсный, суммирующий и вычитаю. 30 щий входы которого подключены к соответствующим выходам блока изменения состояния реверсивного счетчика, установочный вход которого подключен к шине начальной установки соответственно, а уп равляющие входы - к датчикам выходных параметров электрического преобразователя, выход блока сравнения присоединен к первому Й-входу первого ВЗ-триггера, 3- вход которого подключен к выходу первого 40 элемента И, второй В-вход подключен к шине начальной установки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности его в работе, оно снабжено первым и вторым формирователями переднего фронта импульсов, формирователем заднего фронта импульсов, первым и вторым одно- . вибраторами, датчиком перенапряжений, третьим, четвертым и пятым элементами И, элементом ИЛИ и вторым ВЗ-триггером, причем выход первого ЙЗ-триггера подключен к второму входу второго элемента И, первому входу третьего элемента И и входу первого формирователя переднего фронта импульсов, выход которого через первый одновибратор подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого подключен к одному входу элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу третьего элемента И, а выход элемента ИЛИ подключен к входу стробирования дешифратора, при этом вход датчика перенапряжения подключен к питаю:цей сети электрического преобразователя, а выход к первому входу пятого элемента И, выход которого подключен к входу второго формирователя переднего фронта импульсов, выход которого подключен к З-входу второго ЙЗ-триггера, первый В-вход которого подключен к шине начальной установки, а второй В-вход - к выходу формирователя заДнего фронта импульсов, вход которого подключен к выходу сторого одновибратора, вход которого подключен к выходу второго формирователя переднего фронта импульсов, при этом прямой выход второго ВЗ-триггера подключей к второму входу четвертого элемента И, а инверсный выход ЙЗ- триггера подключен к вторым входам третьего и пятого элементов И, при этом импульсный вход блока изменения состояния реверсивного счетчика подключен к выходу. первого элемента И,Составитель О.АлымовТехред М.Моргентал Тиражсударственного комитета по изобре 113035, Москва, Ж, Раушс Подписноеиям и открытияя наб 4/5