Широтно-импульсный регулятор для управления вентильным преобразователем

(19) (Н) 4 Н 02 М 1/О- ар САНИЕ ИЗОБРЕТЕН а;,) аЪ;. У ЕТ ВТОРСИОМ Р Вайаа ща з ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Институт электродинамики АН УССР (53) 621.314.27(088,8)(56) Авторское свидетельство СССР В 587431, кл. Ч 02 М 7/12, 1975.Авторское свидетельство СССР В 771846, кл. Н 02 М 7/12, 1.980. (54)(57) ИИРОТЧО-ИМПУЛЬСНЬЙ РЕГУЛЯТОР ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ,содержащий первый генератор, формирователь напрядения обратной связи,выход которого подключен к входу первого интегратора, формирователь опорного напряжения, выход которого подключен к входу второго интегратора, входы Формирователей напряжения обратной связи и опорного напряжения предназначены для подключения сигналов обратной связи и опорного напряжения соответственно, оба интегратора снабжены входом сброса, выходы интеграторов соединены с входами компаратора, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью ограничения диапазона регулирования и повыше ния надежности при пуске, он снабжен вторым генератором, двумя Т-триггерами, тремя КЯ-триггерами, шестью одновибраторами, двумя элементами задержки, пятью элементами И, формирователи напряжения обратной связи и опорного напряжения выполнены в виде модулятора-демодулятора с входами модуляции, причем выход первого генератора через первый одновибратор подключен к входу второго одновибратора и к первому входу первого элемента И, выход второго одновибратора является первым выходом широтно-импульсного регулятора и соединен с входами сброса обоих интеграторов и через третий одновибратор - с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу компаратора, выход второго элемента И соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого через червертый одновибратор подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого является вторым выходом широтно-импульсного регулятора, выход второго генератора соединен с первым входом четвертого элемента И и через первый Т-триггер - с входами модуляции формирователя напряжения обратной связи, выход четвертого элемента И подключен к входу второго Т-триггера, инверсный выход которого соединен с первым входом пятого элемента И, входы модуляции формирователя опорного напряжения соединены соответственно с прямым выходом второго Т-триггера и выходом пятого элемента И, входы первого КЯ-триггера предназначены для подключения к пусковому переключателю, прямой выход через пятый одно- вибратор соединен с Я-входом второго КЯ-триггера и с входом первого элемента задержки, инверсный выход через шестой одновибратор с К-входом третьего КЯ-триггера и входом второго элемента задержки, выход которого подключен к К-входу второго КЯ-триггера, выход первого элементаадержки соединен с Я-входом третьего1181074 30 КЯ-триггера, прямой выход которогоподключен к К-входу второго Т-триггера и второму входу четвертого и пяИзобретение относится к электро-технике и может быть использовано в устрочствах управления автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией, широтно-импульсных пре образователях, регулируемых выпрямителях.Цель изобретения - ограничение диапазона регулирования и повышение надежности при пуске.ОНа Лиг. 1 представлена схема предлагаемого регулятора; на фиг, 2 временные диаграммы работы регулятора; на фиг. 3 - структура интегра-, тора и компаратора; на фиг. 4 - дна граммы работы интеграторов и компаратора.1)Устройство широтно-импульсного регулятора для управления вентильным преобразователем (Лиг. 1) содержит задающий генератор 1, к которому последовательно подключены три одновибратора 2-4, два интегратора 5 и 6; выходы которых подключены к входам компаратора 7, первый и второй элементы И .8 и 9, подключенные первыми входами соответственно к выходу первого и третьего 2 и 4 одновибраторов, третий элемент И 10, подключенный первым входом через четвертый одно- вибратор 11 к выходу первого элемента И 8, второй генератор 12 повышенной частоты к выходу которого вход первого Т-триггера 13 подключен непосредственно, а .вход второго Т-триг- З 5 гера 14 - через четвертый элемент И 15, формирователи 16 и 17 напряжения обратной связи и опорного напряжения входы 18,19 и 20,21 которых соответственно предназначены для подключения обратной связи и опорного напряжения, входы 22 и 23 модуляции первого и 24 и 25 второго формирователей подключены к выходным шинам первого Т-триггера 13 непосред ственно, а к выходным шинам второго того элементов И, а прямой выходвторого КЯ-триггера подключен квторому входу третьего элемента И. Т-триггера 14 - через пятый элементИ 26. Собраны первый и второй формирователи, соответственно, на основе транзисторов 27-30 и 31-34, промежуточных трансформаторов 35 и 36,потенциометров 37 и 38, выходныхтрансформаторов 39 и 40 и выпрямителей 41 и 42, три КЯ-триггера 43-45,причем на входе первого триггера 43установлен пусковой переключатель 46,его прямой выход через пятый одновибратор 47 соединен с Я-входом второго КЯ-триггера и с входом первогоэлемента 48 задержки, инверсный выходпервого КЯ-триггера 43 через шестойодновибратор 49 соединен с К-входомтретьего КЯ-триггера 45 и с входомвторого элемента 50 задержки выходные зажимы 51 и 52 устройства, накоторых формируется соответственноопорная и выходная последовательности импульсов, 53 - входной зажимпервого интегратора для подключениясигнала питающей сети вентильногопреобразователя 54 - зажимы источника питания,Интегратор 5 (фиг. 3) состоит изоперационного усилителя 5,1, накопительного элемента (конденсатора)5.2, ключа 5.3, шунтирующего накопительный элемент, и сопротивлений5.4 и 5,5, через которые на входоперационного усилителя подключенывыходы датчика питающей сети вентильного преобразователя Ц и иформирователя опорного напряжеОРВторой интегратор 6 собран наоперационном усилителе 6.1, накопительном элементе (конденсаторе)6,2, ключе 6,3, шунтирующего накопительный элемент, и сопротивлениях6.4 и 6.5, через которые на входоперационного усилителя подключенынапряжение обратной связи преобразователя Б и опорное напряжение Поп.1181 074 418 и 19, на которые поступает сигналнапряжения обратной связи.Триггеры 43-45 блока управленияв исходном положении "Стоп" обезнулены. Ло команде "Пуск" триггеры 43 и44 сразу переводятся в единичное состояние, тем самым на выходе триггера 44 вырабатывается первое разрешающее напряжение, которое приведено на фиг. 2 . Тем самым разрешается прохождение выходной последовательности импульсов на выходнойзажим 52, Появляется на зажимах 18 и19 напряжение обратной связи, модулируется (с помощью трансформатора 39 можно осуществить масштабное умножение) и через демодулятор 41 поступает, начиная с момента времени(Фиг, 2 е ), на вход второго интегратора. Ключи 5.3 и 6.3 собраны идентично Так, ключ 6,3 содержит транзистор 6.3.1, ограничительный резистор 6.3.2т включенный во входной цепи транзистора, трансформатор 6,3,3, пер ,вичная обмотка которого подключена к выходу инверторной микросхемы 6.3.4, вход которой подключен к выходу первого одновибратора 2. В состав блока 6 входит также инвертирующий каскад, 1 О собранный на операционном усилителе 6.6 и резисторах 6,7 и 6.8. Выходы первого и второго интеграторов через резисторы 7. 1 и 7.2 поданы на 1компаратор 7.3. 15Широтно-импульсный регулятор для управления вентильным преобразователем работает следующим образом.Длительности импульсов опорной последовательности, которую Фор) мирует задающий генератор 1 (Фиг, 1), с помощью одновибратора 2 устанавливают равными 1 углу ограничения диапазона Фазового регулирования сверху. С помощью второго одновибра тора 3 выделяют вторую опорную последовательность импульсов. Она поступает на третий одновибратор 4, который Формирует первую вспомогательную последовательность импульсов с длительностями импульсов 8 , равными углу ограничения диапазона фазового регулирования снизу. Выходные сигналы блоков 2-4 приведены на фиг. 2 О, 0 и О. Работа интеграторов 5 и 6 (Фиг. 1) синхронизируется35 второй опорной последовательностью импульсов. Их выходные сигналы поступают на компаратор. Выходной сигнал компаратора 7 приведен на фиг, 2 х.40 Генератор 12 вырабатьвает высокочастотную последовательность импульсов, которая на триггер 13 поступает непосредственно, а на триггер 14 . через схему И 15. Входы 22 и 23 модуляции формирователя напряжения обратной связи и подключены к прямому и инверсному выходам триггера 13, Вследствие этого на вторичных обмотках промежуточного трансформатора 35 Формируется высокочастотная последова"тельность импульсов, график которой приведен на Фиг. 2 2 .Она поступает на входы транзисторов 29 и 30 модулятора напряжения обратной связи, трансформатор 39 которого через согласующий потенциометр 37 подключен к зажимам Третий триггер 45 управления вы,рабатывает по заднему фронту сигна,ла первого элемента 48 задержки второе разрешающее напряжение (Фиг. 2 Ж ). Единичный сигнал с выхода триггера 45 поступает на элемен- ты И 15 и 26, К-вход второго Т-триггера 14. На вход триггера 14 начинают поступать сигналы генератора 12. Входы 24 и 25 модуляции Формирователя опорного напряжения подключены теперь соответственно к прямому и инверсному выходам триггера 14. Начиная с этого момента 11 р на промежуточном трансформаторе 36 формируется вторая высокочастотная последовательность импульсов, график которой приведен на Фиг. 2, Она поступает на входы транзисторов 33 и 34. В результате опорное напряжение 0 д модулируется, трансФормируется и через демодулятор 42 поступает на входы интеграторов. В соответствии с появлением на выходе демодулятора 41 (Фиг. 2 е ) напряжения обратной связи в момент времени й и на выходе демодулятора 42 (Фиг. 2 и ) опорного напряжения в момент времени е, приведена (Фиг.2 к ) вторая вспомогательная последовательность импульсов, вырабатьваемая . компаратором 7 Формируемый компарато ром 7 выходный сигнал показьвает что при пуске устройства компаратор как до момента времени, так и в .интервале времени С - 1 вырабатывает минимальные по длительности импульсы, Пусть, например, время установ 1181074ления электромагнитных процессов в силовой схеме вентильного преобразо- вателя йо-(Фиг. 2) составляет один период частоты опорной после 5 довательности импульсов. Соответственно этому второе разрешающее напряжение триггером 45 Формируется с указанной задержкой. Только начиная с момента времени Т длительности 1 О импульсов второй вспомогательной последовательности импульсов устанавливаются равными номинальному режиму.Ограничение диапазона фазового регулирования снизу осуществляется 15 (Фиг, 1) элементом И 9, который подключен входами к выходам компаратора 7 и одновибратора 4. Происходит сравнение первой и второй вспомогательных последовательностей импуль. 20 сов (Фиг. 2 6 и) и получают результирующую последовательность импульсов (фиг. 2 Л ) либо с длительностями импульсов, устанавливаемых в Функции сигналов обратной связи и опор ного напряжения, однако не меньшими времени ограничения диапазона фазового регулирования снизу с , либо с длительностями импульсов, равными времени ограничения диапазона фазо- ЗО вого регулирования с снизу.Ограничение диапазона Фазового регулирования сверху осуществляется (Фиг, 1) элементом И 8, на который поступает первая опорная последовательность импульсов с одновибратора 2 и результирующая последовательность импульсов с элемента И 9 (фиг. 2 С 1 и Л ). Выходная последовательность импульсов после второго ограничения показана на фиг. 2 м Длительности импульсов на каждом периоде опорной частоты могут регулироваться в номинальном режиме работы вентильного преобразователя в диаЛ л45 пазоне отдо Т в Г , С помощью одновибратсра 11 получают выходную последовательность импульсов (фиг. 2 н ).1При включении устройства пусковой тумблер 46 переводится в положение "Стоп". При этом триггеры 43 и 45 обезнуливаются по сигналу выключения. Снимается выходной сигнал триггера 45 со схем И 15 и, 26, К-входа Т-триггера 14 и тем самым прекращается выработка второй высокочастотной последовательности импульсов,Соответственно компаратор 7 переводится в режим выработки минимальных по длительности, ограниченных величиной , импульсовСпустя длительность импульса, вырабатываемого вторым элементом 50 задержки, переводится в нулевое состояние второй ЕЯ-триггер 44 управления. Он снимает первое разрешающее напряжение со схемы И 10, тем самым запрещая прохождение на выходной зажим 52 устрой: ства выходной последовательности импульсов.Схемы интеграторов 5 и 6 и компаратора 7 (фиг. 3) приведены для случая использования их для управления либо автономным инвертором с ИИМ по прямоугольному синусу, подключенному к промышленной сети через неуправляемый выпрямитель, либо широтно-импульсным преобразователем, также подключенному к промышленной сети через неуправляемый выпрямитель. В этом случае наряду со стабилизацией выходного напряжения преобразователя осуществляется компенсация пульсаций выпрямленного напряжения питающей сети, в частности низкочастотных пульсаций, вызванных несимметричностью трехфазной сети как по амплитуде, так и по фазе.Принцип работы приведенной схемы состоит в следующем. На ключи 5.3 и 6.3 с частотой, равной выбранной частоте модуляции, поступают короткие импульсы (фиг, 4 Р ). Это приводит к кратковременному включению транзисторов 5.3. 1 и 6.3. 1 и закорачиванию накопительных конденсаторов, разряжая их. В этот момент времени напряжение на выходе операционных усилителей 5.1 и 6.1равно нулю.Блоки 5 и 6 интегрируют соответственно результаты сравнения напряжения питающей сети и напряжения обратной связи с опорным напряжением. Временные диаграммы на выходе операционных усилителей 5.1 и 6,1 приведены соответственно на Фиг. 4 0,ь. На фиг. 4 2 показано проводимоесравнение сигналов блоков 5 и 6 компаратором 7.3, на фиг. 40 приведено выходное напряжение компаратора.Увеличение напряжения на выходепреобразователя (Фиг. 4 3 ) т,е. увеличение П приводит к уменьшению длительности формируемых импульсов ФСУ, а уменьшение Бос приводит к увеличению длительности импульсов, формируемых компаратором. Тем самым достигается срабилизация среднего выходного напряжения преобразователя, Увеличение напряжения питающей сети Псв приводит к уменьшению длительности формируемых импульсов О компаратором, а уменьшение Уя у приводит к увеличению длительности импульсов, формируемых компаратором. Тем самым реализуется компенсация пульсаций напряжения питающей сети, 15 учитывая, что несущая частота преобразователя как минимум на порядок превышает частоту питающей сети.При выключении устройства вначале снимают второе разрешающее напряжение 20 тем самым исключают воздействие опорного напряжения на выработку выходной последоват льности импульсов, длительности импульсов которой снижаются до минимальных, не менее ве личины о 2, а затем, спустя время установления минимального напряжения на выходе преобразователя, обеэнуливают первое разрешающее напряжение, Таким образом при пуске и выключении преобразователя исключается формирование повышенных напряжений,Кроме того, ограничения предельных углов регулирования связаны в основном с динамическими параметрами силовых ключей инвертора. Поэтому данные длительности имеют конкретное временное выражение. Зада лваясь величинамииформирования длительностей импульсов первым и третьим одновибратором, тем самым в предлагаемом устройстве осуществляется ограничение предельных углов регулирования независимо от выходной частоты инвертора. При необходимости длительности импульсов, формируемых одновибраторами, могут быть реализованы в прямой зависимости от выходной частоты преобразователя, В этом случае сохраняется постоянной относительная длительность ограничения предельных углов фазового регулирования.1181074 г . Составитель В. МироноТупица Техред Л.Микеш орректор Е охман Реда Подписно 5944/56 Тираж,645 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.