RU2320071C1 - Phase-shifting device - Google Patents
Phase-shifting device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2320071C1 RU2320071C1 RU2006135589/09A RU2006135589A RU2320071C1 RU 2320071 C1 RU2320071 C1 RU 2320071C1 RU 2006135589/09 A RU2006135589/09 A RU 2006135589/09A RU 2006135589 A RU2006135589 A RU 2006135589A RU 2320071 C1 RU2320071 C1 RU 2320071C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- logic element
- summing
- counter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для управления реверсивным тиристорным преобразователем постоянного тока или тиристорным регулятором напряжения, например, для плавного пуска асинхронных электродвигателей.The invention relates to the field of converter technology and can be used to control a reversible thyristor DC converter or a thyristor voltage regulator, for example, for smooth starting of asynchronous electric motors.
Известны системы импульсно-фазового управления (СИФУ), выполненные на основе последовательно соединенных канала синхронизации, генератора пилообразного напряжения, релейного элемента и формирователя управляющих импульсов (Управление вентильными электроприводами постоянного тока / Е.Д.Лебедев, В.Е.Неймарк, М.Я.Пистрак, О.В.Слежановский. - М.: Энергия, 1970. - 199 с.). Генератор пилообразного напряжения и релейный элемент в совокупности образуют фазосдвигающее устройство (ФСУ). Принцип действия устройства основан на непосредственном сравнении сигнала пилообразного напряжения с сигналом управления и в момент их равенства формируется угол управления тиристорами.Known pulse-phase control systems (SIFU), made on the basis of sequentially connected synchronization channel, sawtooth voltage generator, relay element and control pulse shaper (Control of DC valve electric drives / E.D. Lebedev, V.E. Neymark, M.Ya. Pistrak, O.V.Slezhanovsky. - M .: Energy, 1970. - 199 p.). The sawtooth voltage generator and the relay element together form a phase shifting device (FSU). The principle of operation of the device is based on a direct comparison of the sawtooth voltage signal with a control signal and at the moment of their equality, the thyristor control angle is formed.
Данные СИФУ относятся к классу систем с «вертикальным» управлением, характеризуются низкой помехоустойчивостью и надежностью в работе. В частности, для ограничения минимального и максимального углов управления тиристорами в подобных схемах применяется способ ограничения линейного размаха статической характеристики усилителя, подключаемого к входу сигнала управления, на основе, например, встречно-последовательного включения в цепи обратной связи усилителя двух стабилитронов (Слежановский О.В., Бирюков А.В., Хуторецкий В.М. Устройства унифицированной блочной системы регулирования дискретного типа (УБСР-Д). - М.: Энергия, 1975. - 256 с.). При высоком уровне сигналов помех возникают нелинейные искажения из-за насыщения усилителя, что влечет за собой снижение его коэффициента передачи и ухудшение качественных показателей СИФУ в целом (Цытович Л.И., Суворов Г.В. Влияние периодических помех на динамические характеристики релейного операционного усилителя. // Электротехн. пром-ть. Сер. Электропривод. - 1978. - Вып.1(63). - С.23-25).SIFU data belong to the class of systems with "vertical" control, characterized by low noise immunity and reliability. In particular, to limit the minimum and maximum thyristor control angles in such schemes, a method is used to limit the linear amplitude of the static characteristic of the amplifier connected to the input of the control signal, based on, for example, counter-series connection of an amplifier of two zener diodes (Sledzhanovsky O.V. ., Biryukov A.V., Khutoretsky V.M. Devices of the Unified Block Control System of Discrete Type (UBSR-D). - M.: Energy, 1975. - 256 p.). At a high level of interference signals, nonlinear distortions arise due to saturation of the amplifier, which entails a decrease in its transmission coefficient and a deterioration in the quality indicators of SIFU as a whole (Tsytovich L.I., Suvorov G.V. Influence of periodic interference on the dynamic characteristics of a relay operational amplifier // Electrotechnical industry. Ser. Electric drive. - 1978. - Issue 1 (63). - S.23-25).
Известна СИФУ (А.с. 873374 СССР, Н02З 13/16. Устройство для импульсно-фазового управления вентильным преобразователем / Гафиятуллин Р.Х., Суворов Г.В., Цытович Л.И., Осипов О.И. и др. (СССР). - №2680999/07, заявлено 02.11.78; Опубл. 15.10.81, Бюл. N38), состоящая из интегрирующих автоколебательных преобразователей, синхронизированных с соответствующей фазой напряжения сети, сумматоров, источников сигнала задания, формирователей управляющих импульсов.Famous SIFU (A.S. 873374 USSR, N02Z 13/16. Device for pulse-phase control of a valve converter / Gafiyatullin R.Kh., Suvorov G.V., Tsytovich L.I., Osipov O.I. et al. (USSR) - No. 2680999/07, claimed 02.11.78; Publ. 15.10.81, Bull. N38), consisting of integrating self-oscillating converters synchronized with the corresponding phase of the mains voltage, adders, reference signal sources, control pulse shapers.
Функции ФСУ выполняют автоколебательные преобразователи на основе последовательно соединенных сумматора, интегратора и релейного элемента, выход которого подключен к формирователю управляющих импульсов и первому входу сумматора. Сигнал управления подается на второй вход сумматора. Сигнал синхронизации подключается к третьему входу сумматора. Выход формирователя управляющих импульсов соединяется с управляющим электродом силового тиристора.The functions of the FSF are performed by self-oscillating converters based on a series-connected adder, integrator and relay element, the output of which is connected to a control pulse shaper and the first input of the adder. The control signal is supplied to the second input of the adder. The synchronization signal is connected to the third input of the adder. The output of the driver pulse control is connected to the control electrode of the power thyristor.
При работе в режиме внешней синхронизации ФСУ приобретают свойства апериодического фильтра первого порядка W(p)=1/(1+Тр) с постоянной времени , пропорциональной амплитуде и периоду ТC напряжения сети, где А - амплитуда выходных импульсов релейного элемента (Цытович Л.И. Развертывающий операционный усилитель с перестраиваемой полосой пропускания // Приборы и техника эксперимента. - М.: АН СССР, 1979. - N4. - С.149-152). В результате повышенная помехоустойчивость СИФУ достигается ценой значительного ухудшения ее динамических показателей. Кроме того, ограничение углов управления тиристорами здесь также достигается за счет введения в схему входного усилителя-ограничителя, подключаемого к второму входу сумматора (вместо сигнала управления), что приводит к снижению помехоустойчивости СИФУ в целом.When operating in the external synchronization mode, the FSFs acquire the properties of a first-order aperiodic filter W (p) = 1 / (1 + Tr) with a time constant proportional to the amplitude and the period T C of the mains voltage, where A is the amplitude of the output pulses of the relay element (Tsytovich LI Deploying operational amplifier with tunable bandwidth // Instruments and experimental equipment. - M.: USSR Academy of Sciences, 1979. - N4. - P. 149-152). As a result, increased noise immunity of SIFU is achieved at the cost of a significant deterioration in its dynamic performance. In addition, limiting the control angles of thyristors here is also achieved by introducing into the circuit an input amplifier-limiter connected to the second input of the adder (instead of a control signal), which leads to a decrease in the noise immunity of SIFU as a whole.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является фазосдвигающее устройство с двумя функциональными (зависящими от входного сигнала) развертывающими функциями на основе аналого-цифровой обработки сигналов (Пат. на изобретение №2288532 РФ, МПК7 Н02М 1/08. Фазосдвигающее устройство / Л.И.Цытович, М.М.Дудкин. - №2005114902/09; заявл. 13.05.05; опубл. 27.11.06, Бюл. №33).Closest to the proposed technical solution is a phase-shifting device with two functional (depending on the input signal) expanding functions based on analog-to-digital signal processing (Pat. For invention No. 2288532 RF, IPC 7 Н02М 1/08. Phase shifting device / L.I. Tsytovich, M.M. Dudkin. - No. 2005114902/09; application. 13.05.05; publ. 27.11.06, Bull. No. 33).
В состав ФСУ входят последовательно соединенные источник сигнала управления («вход» фазосдвигающего устройства), преобразователь напряжения в частоту импульсов (ПНЧ) и первый логический элемент «2И», выход которого подключен к счетному С-входу суммирующего и вычитающего счетчиков. Вход источника импульсов установки начальных условий в счетчиках подсоединен к установочным R- и S-входам суммирующего и вычитающего счетчиков соответственно, выходы которых подключены к цифровому компаратору. Прямой выход компаратора соединен с первым входом второго элемента «2И», а инверсный выход цифрового компаратора подключен ко второму входу первого элемента «2И». Выход второго логического элемента «2И» является «выходом» фазосдвигающего устройства, а его второй вход подключен к источнику импульсов управления тиристором.The FSU consists of a serially connected control signal source (“input” of the phase-shifting device), a voltage to pulse frequency converter (IF) and the first 2I logic element, the output of which is connected to the counting C-input of the summing and subtracting counters. The input source of the impulses for setting the initial conditions in the counters is connected to the installation R- and S-inputs of the summing and subtracting counters, respectively, the outputs of which are connected to a digital comparator. The direct output of the comparator is connected to the first input of the second 2I element, and the inverse output of the digital comparator is connected to the second input of the first 2I element. The output of the second logic element "2I" is the "output" of the phase-shifting device, and its second input is connected to the thyristor control pulse source.
ПНЧ, входящий в состав ФСУ, состоит из последовательно соединенных элементов - амплитудного модулятора, сумматора, интегратора и релейного элемента, выход которого является входом первого логического элемента «2И» фазосдвигающего устройства, и одновременно соединен с первым входом амплитудного модулятора, а также со вторым входом сумматора. Второй вход амплитудного модулятора подключен к источнику сигнала управления («вход» фазосдвигающего устройства).The IFF, which is part of the FSU, consists of series-connected elements - an amplitude modulator, an adder, an integrator and a relay element, the output of which is the input of the first logic element "2I" phase-shifting device, and is simultaneously connected to the first input of the amplitude modulator, as well as to the second input adder. The second input of the amplitude modulator is connected to the source of the control signal (“input” of the phase-shifting device).
В момент времени формирования импульса с выхода устройства синхронизации суммирующий счетчик переходит в нулевое состояние, а вычитающий счетчик - в состояние максимального числа Nmax. Под действием счетных импульсов с выхода ПНЧ в суммирующем счетчике накапливается число N1(t), а в вычитающем происходит уменьшение числа Nmax пропорционально величине сигнала управления. При выполнении равенства N1(t)=N2(t) на инверсном выходе цифрового компаратора формируется сигнал, соответствующий логическому состоянию «0», первый логический элемент «2И» закрывается и счет в счетчиках прекращается. Сигналом, соответствующим логическому состоянию «1», с прямого выхода цифрового компаратора открывается второй логический элемент «2И» и на силовой тиристор подается управляющий импульс. По мере роста амплитуды входного сигнала увеличивается частота выходных импульсов ПНЧ, что приводит к соответствующему изменению угла управления тиристорами.At the moment of formation of the pulse from the output of the synchronization device, the summing counter goes into the zero state, and the subtracting counter goes into the state of the maximum number N max . Under the action of the counting pulses from the output of the IF, the number N 1 (t) is accumulated in the summing counter, and the number N max decreases in the subtracting counter in proportion to the value of the control signal. When the equality N 1 (t) = N 2 (t) is fulfilled, a signal corresponding to the logic state “0” is generated at the inverse output of the digital comparator, the first logic element “2I” closes and the counting stops. The signal corresponding to the logic state “1” opens the second logic element “2I” from the direct output of the digital comparator and a control pulse is applied to the power thyristor. As the amplitude of the input signal increases, the frequency of the output IF pulses increases, which leads to a corresponding change in the angle of control of the thyristors.
Недостатком устройства-прототипа является также его относительно низкая помехоустойчивость, что объясняется следующим образом. Ограничение минимального угла управления тиристорми αmin в подобных ФСУ осуществляется автоматически за счет выбора максимальной частоты выходных импульсов ПНЧ. В тех же случаях, когда требуется фиксация αmax, приходится, как и в предыдущих вариантах ФСУ, включать на входе ПНЧ усилитель-ограничитель уровня входного воздействия со всеми вытекающими из этого последствиями для помехоустойчивости ФСУ. Очевидно, что наиболее приемлемым вариантом ограничения аmax было бы формирование такого вида цифровой развертки, при котором максимальный угол управления тиристорами автоматически ограничивался бы непосредственно в суммирующем счетчике. Кроме того, для уменьшения αmin (расширения диапазона регулирования в области малых углов управления) частота выходных импульсов ПНЧ должна быть по возможности максимальной. Это достигается путем снижения постоянной времени интегрального канала, либо за счет уменьшения порогов переключения релейного элемента ПНЧ. Однако любой из перечисленных вариантов приводит к снижению помехоустойчивости ФСУ в целом. Здесь оптимальным является решение, которое позволило бы повысить частоту выходных импульсов ПНЧ без изменения начальных параметров его элементов. При этом обеспечивалось бы сохранение требуемой помехоустойчивости ФСУ и повышение точности его работы за счет увеличения разрядности счетчика и снижения тем самым погрешности дискретизации регулирования угла управления тиристорами.The disadvantage of the prototype device is also its relatively low noise immunity, which is explained as follows. The limitation of the minimum thyristor control angle α min in such FSFs is carried out automatically by selecting the maximum frequency of the output IF pulses. In the same cases when fixing α max is required, it is necessary, as in previous versions of the FSD, to include at the input of the IF the amplifier-limiter of the input exposure level with all the ensuing consequences for the noise immunity of the FSU. Obviously, the most acceptable option for limiting a max would be the formation of this type of digital scan, in which the maximum control angle of the thyristors would automatically be limited directly to the totalizing counter. In addition, to reduce α min (expanding the control range in the region of small control angles), the frequency of the output IF pulses should be as high as possible. This is achieved by reducing the time constant of the integrated channel, or by reducing the switching thresholds of the relay element of the IF. However, any of the listed options leads to a decrease in the noise immunity of the FSO as a whole. Here, the optimal solution is one that would increase the frequency of the output IF pulses without changing the initial parameters of its elements. In this case, the required noise immunity of the FSB and the accuracy of its operation would be maintained by increasing the bit capacity of the counter and thereby reducing the sampling error of the regulation of the angle of control of the thyristors.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении точности и помехоустойчивости фазосдвигающего устройства.The basis of the invention is a technical problem, which consists in increasing the accuracy and noise immunity of the phase-shifting device.
Предлагаемое фазосдвигающее устройство содержит последовательно соединенные источник сигнала управления - «вход» фазосдвигающего устройства, сумматор, амплитудный модулятор, интегратор и первый релейный элемент, выход которого соединен со вторым входом амплитудного модулятора, первый логический элемент «2И», выход которого подключен к счетному С-входу двоичного «n»-разрядного вычитающего счетчика, суммирующий «n»-разрядный двоичный счетчик, выходы суммирующего и вычитающего счетчиков подключены к соответствующим входам цифрового компаратора, прямой выход которого соединен с первым входом второго логического элемента «2И», второй вход которого подключен к источнику импульсов управления тиристорами, выход второго логического элемента «2И» является «выходом» фазосдвигающего устройства, источника импульсов установки начальных условий в счетчиках, и отличается от известного устройства тем, что в него введены последовательно соединенные второй релейный элемент и логический элемент «Исключающее ИЛИ», источник опорного напряжения, последовательно включенные генератор импульсов стабильной частоты и третий логический элемент «2И», последовательно соединенные логический элемент «kИ», причем k<n, и одновибратор, а также логический элемент «2ИЛИ», при этом вход второго релейного элемента подключен к выходу интегратора, второй вход элемента «Исключающее ИЛИ» соединен с выходом первого релейного элемента, выход элемента «Исключающее ИЛИ» подключен к первому входу первого логического элемента «2И», источник опорного напряжения соединен со вторым входом сумматора, выход третьего логического элемента «2И» подключен к счетному С-входу двоичного «n»-разрядного суммирующего счетчика, соответствующие выходы которого подсоединены к логическому элементу «kИ», выход одновибратора подключен к S-входу суммирующего счетчика и к первому входу логического элемента «2ИЛИ», второй вход которого соединен с источником импульсов установки начальных условий в суммирующем и вычитающем двоичных счетчиках, выход элемента «2ИЛИ» подключен к S-входу вычитающего и к R-входу суммирующего счетчиков, инверсный выход цифрового компаратора соединен со вторыми входами первого и третьего логических элементов «2И».The proposed phase-shifting device contains a serially connected control signal source - the “input” of the phase-shifting device, an adder, an amplitude modulator, an integrator and a first relay element, the output of which is connected to the second input of the amplitude modulator, the first logic element “2I”, the output of which is connected to the counting C- the input of the binary "n" -bit subtractive counter, summing the "n" -bit binary counter, the outputs of the summing and subtracting counters are connected to the corresponding inputs of the digital to an omparator, the direct output of which is connected to the first input of the second “2I” logic element, the second input of which is connected to the source of thyristor control pulses, the output of the second “2I” logic element is the “output” of the phase shifting device, the pulse source of setting the initial conditions in the counters, and differs from a known device in that a second relay element and an exclusive OR logic element, a reference voltage source, a generator connected in series are connected in series a torus of stable frequency pulses and a third logic element “2I”, connected in series with a logic element “kI”, with k <n, and a single-shot, as well as a logic element “2И”, while the input of the second relay element is connected to the output of the integrator, the second input of the element The exclusive OR is connected to the output of the first relay element, the output of the exclusive OR element is connected to the first input of the first logic element 2I, the voltage reference is connected to the second input of the adder, the output of the third logical element is 2I connected to the counting C-input of the binary "n" -digit totalizing counter, the corresponding outputs of which are connected to the logic element "kI", the output of the one-shot is connected to the S-input of the summing counter and to the first input of the logical element "2OR", the second input of which is connected to the source of impulses for setting the initial conditions in the summing and subtracting binary counters, the output of the 2OR element is connected to the S-input of the subtracting and R-input of the summing counters, the inverse output of the digital comparator is connected to the second inputs mi of the first and third logical elements "2I".
При исследовании предлагаемого устройства по патентной и научно-технической литературе не выявлены технические решения, содержащие признаки, эквивалентные заявляемому объекту, что позволяет считать его соответствующим критерию «изобретательский уровень».In the study of the proposed device according to patent and scientific and technical literature, no technical solutions were found containing signs equivalent to the claimed object, which allows us to consider it to meet the criterion of "inventive step".
Поставленная техническая задача достигается за счет удвоения частоты выходных импульсов преобразователя напряжения в частоту импульсов с помощью второго релейного элемента и логического блока «Исключающее ИЛИ», а также формирования дискретного участка сигнала ведущей цифровой развертки в момент ограничения αmax с помощью логического элемента «kИ», одновибратора и логического элемента «2ИЛИ», переводящих суммирующий и вычитающий счетчики в режим максимального числа.The stated technical problem is achieved by doubling the frequency of the output pulses of the voltage converter to the pulse frequency using the second relay element and the exclusive OR logic block, as well as the formation of a discrete section of the signal of the leading digital scan at the time of limiting α max using the logical element "kI", single-vibrator and logical element "2OR", which translates the summing and subtracting counters in maximum number mode.
Таким образом, предлагаемое ФСУ обладает повышенной точностью и помехоустойчивостью.Thus, the proposed FSU has increased accuracy and noise immunity.
Изобретение поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
Фиг.1 - функциональная схема предлагаемого устройства;Figure 1 - functional diagram of the proposed device;
Фиг.2 - временные диаграммы сигналов предлагаемого устройства;Figure 2 - timing diagrams of the signals of the proposed device;
Фиг.3 - временные диаграммы ФСУ к пояснению принципа ограничения αmax;Figure 3 is a timing diagram of the FSF to explain the principle of limitation α max ;
Фиг.4 - временные диаграммы сигналов преобразователя напряжения в частоту импульсов.4 is a timing diagram of the signals of the voltage to pulse frequency converter.
В состав ФСУ входят (фиг.1) последовательно соединенные источник сигнала управления («вход» фазосдвигающего устройства), сумматор 1, амплитудный модулятор 2, интегратор 3, первый релейный элемент 4, логический элемент 5 «Исключающее ИЛИ» и первый логический элемент 6 «2И», выход которого подключен к счетному С-входу вычитающего «n»-разрядного двоичного счетчика 7. Вход источника 8 опорного напряжения соединен со вторым входом сумматора 1, а выход интегратора 3 является входом второго релейного элемента 9, выход которого подключен к другому входу логического элемента 5 «Исключающее ИЛИ». Выход первого релейного элемента 4 соединен со вторым входом амплитудного модулятора 2. Звенья 1-5, 8 и 9 образуют преобразователь напряжения в частоту импульсов (ПНЧ). Выход генератора импульсов стабильной частоты 10 подключен к первому входу третьего логического элемента 11 «2И», выход которого соединен с счетным С-входом суммирующего «n»-разрядного двоичного счетчика 12. Соответствующие выходы суммирующего 12 и вычитающего 7 счетчиков подключены к цифровому компаратору 13, прямой выход которого соединен с первым входом второго логического элемента 14 «2И», а инверсный выход компаратора 13 - со вторыми входами первого 6 и третьего 11 логических элементов «2И». Соответствующие выходы суммирующего счетчика 12 подключены к входам логического элемента 15 «kИ», выход которого соединен с входом одновибратора 16, а его выход подключен к S-входу суммирующего счетчика 12 и первому входу логического элемента 17 «2ИЛИ», выход которого соединен с S-входом вычитающего счетчика 7 и R-входом суммирующего счетчика 12. Второй вход логического элемента 17 «2ИЛИ» подключен к источнику 18 импульсов установки начальных условий в счетчиках 7 и 12, а источник 19 импульсов управления тиристорами соединен со вторым входом второго логического элемента 14 «2И», выход которого является «выходом» фазосдвигающего устройства.The FSU includes (Fig. 1) a serially connected control signal source (“input” of a phase shifter), an adder 1, an amplitude modulator 2, an integrator 3, a first relay element 4, an exclusive OR gate 5 and a first 6 logic gate 2I ”, the output of which is connected to the counting C-input of the subtracting“ n ”-bit binary counter 7. The input of the reference voltage source 8 is connected to the second input of the adder 1, and the output of the integrator 3 is the input of the second relay element 9, the output of which is connected to another input logical element 5 "exclusive OR". The output of the first relay element 4 is connected to the second input of the amplitude modulator 2. Links 1-5, 8, and 9 form a voltage to pulse frequency converter (VLF). The output of the stable frequency pulse generator 10 is connected to the first input of the third logic element 11 "2I", the output of which is connected to the counting C-input of the summing "n" -bit binary counter 12. The corresponding outputs of the summing 12 and subtracting 7 counters are connected to a digital comparator 13, the direct output of which is connected to the first input of the second logic element 14 "2I", and the inverse output of the comparator 13 - with the second inputs of the first 6 and third 11 logic elements "2I". The corresponding outputs of the totalizing counter 12 are connected to the inputs of the logic element 15 "kI", the output of which is connected to the input of the single-shot 16, and its output is connected to the S-input of the totalizing counter 12 and the first input of the logic element 17 "2OR", the output of which is connected to S- the input of the subtracting counter 7 and the R-input of the summing counter 12. The second input of the logic element 17 “2OR” is connected to the source 18 of the pulses for setting the initial conditions in the counters 7 and 12, and the source of 19 pulses of the thyristor control is connected to the second input of the second logical element 14 "2I", the output of which is the "output" of the phase-shifting device.
На фиг.1-4 введены следующие обозначения:Figure 1-4 introduced the following notation:
ХВХ - сигнал управления ФСУ («вход» устройства);X VH - FSU control signal (“input” of the device);
УA - выходной сигнал амплитудного модулятора 2;At A - the output signal of the amplitude modulator 2;
YИ - выходной сигнал интегратора 3;Y And - the output signal of the integrator 3;
YP1, YP2 - выходной сигнал первого 4 и второго 9 релейных элементов соответственно;Y P1 , Y P2 - the output signal of the first 4 and second 9 relay elements, respectively;
YF - выходной сигнал блока 5 «Исключающее ИЛИ»;Y F - the output signal of block 5 "Exclusive OR";
X0 - опорное напряжение на входе 8;X 0 - reference voltage at the input 8;
Y0 - выходной сигнал одновибратора 16;Y 0 is the output signal of the one-shot 16;
Q, - сигналы на прямом и инверсном выходах компаратора 13 соответственно;Q, - signals at the direct and inverse outputs of the comparator 13, respectively;
N1(t), N2(t) - цифровые развертки на выходе суммирующего 12 и вычитающего 7 счетчиков соответственно;N 1 (t), N 2 (t) - digital scan at the output of the summing 12 and subtracting 7 counters, respectively;
fi - частота импульсов на выходе блока 5 «Исключающее ИЛИ»;f i - pulse frequency at the output of block 5 "Exclusive OR";
fG - постоянная частота на выходе генератора импульсов 10;f G is the constant frequency at the output of the pulse generator 10;
Nmax - максимальное число в счетчиках 7 и 12;N max - the maximum number in the counters 7 and 12;
αi - угол управления силовыми тиристорами;α i is the angle of control of power thyristors;
N0<Nmax - заранее заданное число, соответствующее моменту времени ограничения максимального угла управления αmax;N 0 <N max - a predetermined number corresponding to the time limit of the maximum control angle α max ;
±b - пороги перключения первого релейного элемента 4;± b - switching thresholds of the first relay element 4;
Т0 - период выходных импульсов первого релейного элемента 4;T 0 - the period of the output pulses of the first relay element 4;
±А - амплитуда выходных импульсов первого 4 и второго 9 релейных элементов.± A - the amplitude of the output pulses of the first 4 and second 9 relay elements.
Блоки фазосдвигающего устройства имеют следующие характеристики.The phase shifter units have the following characteristics.
Сумматор 1 имеет единичный коэффициент передачи по каждому из входов.The adder 1 has a single gear ratio for each of the inputs.
Амплитудный модулятор 2 формирует на выходе биполярные импульсы с частотой выходного сигнала релейного элемента 4 и с амплитудой выходного сигнала сумматора 1. Фазовый сдвиг между выходными импульсами релейного элемента 4 и амплитудного модулятора 2 равен нулю.The amplitude modulator 2 generates bipolar pulses at the output with the frequency of the output signal of the relay element 4 and with the amplitude of the output signal of the adder 1. The phase shift between the output pulses of the relay element 4 and the amplitude modulator 2 is zero.
Интегратор 3 выполнен с передаточной функцией W(p)=1/TИp и инвертирующей характеристикой «вход-выход».The integrator 3 is made with the transfer function W (p) = 1 / T AND p and the inverting characteristic "input-output".
Релейный элемент 4 выполнен с неинвертирующей петлей гистерезиса и с симметричными относительно нулевого уровня порогами переключения ±b. Релейный элемент 9 имеет нулевое значение порогов переключения и инвертирующую характеристику «вход-выход». Выходные сигналы релейных элементов 4, 9 меняются дискретно в пределах ±А.The relay element 4 is made with a non-inverting hysteresis loop and with switching thresholds ± b symmetrical with respect to the zero level. The relay element 9 has a zero value of switching thresholds and an inverting characteristic "input-output". The output signals of the relay elements 4, 9 vary discretely within ± A.
Блок 5 функции «Исключающее ИЛИ» формирует на выходе логической сигнал «1» в случае несовпадения знаков сигналов на выходах релейных элементов 4, 9 и логический сигнал «0» - в случае совпадения знаков этих сигналов.Block 5 of the “Exclusive OR” function generates a logical signal “1” at the output in the event of a mismatch of the signal signs at the outputs of the relay elements 4, 9 and a logical signal “0” - in case of coincidence of the signs of these signals.
Выходной сигнал элементов 6, 11, 14, 15 соответствует логическому состоянию «1» при условии наличия логического состояния «1» на каждом из их входов одновременно.The output signal of the
Счетчик 12 производит суммирование, а счетчик 7 - вычитание числа импульсов, поступающих с выхода блоков 6, 11 соответственно. Вход «С» - счетный. Вход «S» предназначен для принудительной установки счетчиков 7, 12 в состояние максимального числа. Вход «R» предназначен для принудительной установки счетчика 12 в нулевое состояние.Counter 12 performs the summation, and counter 7 subtracts the number of pulses from the output of
Генератор 10 формирует на выходе высокочастотные однополярные импульсы стабильной частоты.The generator 10 generates at the output high-frequency unipolar pulses of a stable frequency.
Цифровой компаратор 13 формирует на прямом выходе логическое состояние «1» при условии выполнения равенства N1(t)≥N2(t), а на инверсном выходе - логическое состояние «1» при условии невыполнения равенства N1(t)≥N2(t).The digital comparator 13 forms a logical state “1” at the direct output provided that the equality N 1 (t) ≥N 2 (t) is satisfied, and at the inverse output, a logical state “1” is formed under the condition that the equality N 1 (t) ≥N 2 is not fulfilled (t).
Одновибратор 16 формирует на выходе импульс заданной длительности синхронно с моментом времени переключения блока 15 в логическое состояние «1».The single-vibrator 16 generates an output pulse of a given duration synchronously with the time moment of switching unit 15 to the logical state "1".
Блок 17 формирует на выходе сигнал, соответствующий состоянию «1» при условии наличия «1» хотя бы на одном из двух его входах.Block 17 generates an output signal corresponding to the state “1” provided that “1” is present at least at one of its two inputs.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
ФСУ относится к классу интегрирующих систем «вертикального» типа с двумя цифровыми развертывающими функциями. Первая - независимая N1(t) формируется на выходе суммирующего счетчика 12, вторая - функциональная N2(t) (зависящая от XВХ) подается на вход компаратора 13 с выхода вычитающего счетчика 7. Звенья 1, 2, 3, 4, 5, 8, 9 в совокупности образуют преобразователь напряжения в частоту импульсов (ПНЧ), где частота сигнала YF пропорциональна амплитуде ХВХ.FSU belongs to the class of integrating systems of the "vertical" type with two digital deploying functions. The first - independent N 1 (t) is formed at the output of the summing counter 12, the second - functional N 2 (t) (depending on X BX ) is fed to the input of the comparator 13 from the output of the subtracting counter 7. Links 1, 2, 3, 4, 5 , 8, 9 together form a voltage to pulse frequency converter (VLF), where the frequency of the signal Y F is proportional to the amplitude X VX .
Рассмотрим работу ФСУ без учета режима ограничения αmax (фиг.2а-д). В момент времени формирования импульса «Сброс» с выхода устройства синхронизации (фиг.1 - вход 18, фиг.2а) вычитающий счетчик 7 переходит в состояние максимального числа Nmax, а суммирующий счетчик 12 обнуляется (фиг.2д). При этом инверсный выход цифрового компаратора 13 находится в логическом состоянии «1». Под действием счетных импульсов с выхода генератора 10 (фиг.2г) в суммирующем счетчике 12 накапливается число N1(t), а в вычитающем счетчике 7 происходит уменьшение числа NMAX пропорционально величине сигнала управления XВХ (фиг.2б, в, д). При выполнении равенства N1(t)≥N2(t) (фиг.2д) на инверсном выходе «» цифрового компаратора 13 (фиг.1) формируется логический сигнал «0», логические элементы 6, 11 закрываются и счет в счетчиках 7, 12 прекращается. Сигналом логической «1» с прямого выхода «Q» цифрового компаратора 13 открывается логический элемент 10 и на тиристор подается управляющий импульс. По мере роста амплитуды входного сигнала (фиг.2б) увеличивается частота на выходе блока 5 (фиг.2в), что приводит к соответствующему изменению угла управления αi тиристорами (фиг.2д).Consider the work of the FSU without taking into account the limitation mode α max (figa-e). At the time of formation of the pulse "Reset" from the output of the synchronization device (Fig. 1 - input 18, Fig. 2a), the subtracting counter 7 goes into the state of the maximum number N max , and the totalizing counter 12 is reset (Fig. 2e). In this case, the inverse output of the digital comparator 13 is in the logical state “1”. Under the action of the counting pulses from the output of the generator 10 (Fig.2d), the number N 1 (t) is accumulated in the summing counter 12, and in the subtracting counter 7 the number N MAX decreases in proportion to the value of the control signal X BX (fig.2b, c, d) . When the equality N 1 (t) ≥N 2 (t) (fig.2d) on the inverse output "Digital comparator 13 (figure 1) is formed by a logical signal" 0 ", the
Рассмотрим режим ограничения в ФСУ максимального угла управления αmax (фиг.3). С помощью логического элемента 15 задается число N0<Nmax, при котором наступает ограничение αmax (фиг.3б). При малом значении сигнала управления XВХ производная цифровой развертки N2(t) падает из-за уменьшения частоты счетных импульсов с выхода блока 5 (фиг.3а, б). Поэтому в диапазоне αMAX соблюдается неравенство N1(t)<N2(t) и цифровой компаратор 13 находится в логическом состоянии Q=0. В момент времени N1(t)=N0 логический элемент 15 переходит в логическое состояние «1» и запускается одновибратор 16 (фиг.3в), под действием выходного сигнала которого суммирующий 12 и вычитающий 7 счетчики принудительно устанавливаются в положение Nmax (фиг.3б). Цифровой компаратор 13 переключается в логическое состояние Q=1 и на тиристоры подается импульс управления, соответствующий αmax. В дальнейшем сигналом «Сброс» на входе 18 (фиг.3г) обнуляется суммирующий счетчик 12, подтверждается состояние максимального числа Nmax в вычитающем счетчике 7, а ФСУ возвращается в исходное положение. В дальнейшем процесс повторяется. Таким образом, максимальный угол αmax ограничивается во всем диапазоне выполнения неравенства N0≤N2(t)≤Nmax.Consider the restriction mode in the FSF of the maximum control angle α max (figure 3). Using the logical element 15 sets the number N 0 <N max at which there is a restriction α max (figb). With a small value of the control signal X BX , the digital sweep derivative N 2 (t) drops due to a decrease in the frequency of the counting pulses from the output of block 5 (Fig. 3a, b). Therefore, in the range α MAX, the inequality N 1 (t) <N 2 (t) is observed and the digital comparator 13 is in the logical state Q = 0. At time moment N 1 (t) = N 0, the logic element 15 goes into the logical state “1” and the one-shot 16 starts (Fig.3c), under the action of the output signal of which the summing 12 and subtracting 7 counters are forcibly set to the N max position (Fig. .3b). The digital comparator 13 switches to the logical state Q = 1 and a control pulse corresponding to α max is applied to the thyristors. Subsequently, the “Reset” signal at input 18 (Fig. 3d) resets the totalizing counter 12, confirms the state of the maximum number N max in the subtracting counter 7, and the FSU returns to its original position. In the future, the process is repeated. Thus, the maximum angle α max is limited in the entire range of the inequality N 0 ≤N 2 (t) ≤N max .
Следовательно, введение в схему ФСУ блоков 15, 16 позволяет сформировать дискретный участок развертки N1(t) и ограничить тем самым αmax на заданном уровне без применения усилителя-ограничителя аналогового сигнала на входе ФСУ, что повышает помехоустойчивость устройства.Therefore, the introduction of blocks 15, 16 into the FSF circuit allows one to form a discrete sweep section N 1 (t) and thereby limit α max at a predetermined level without using an analog signal limiter amplifier at the FSF input, which increases the noise immunity of the device.
Рассмотрим работу блоков 1-5, 8, 9, образующих ПНЧ (фиг.1). Минимальная амплитуда выходных импульсов модулятора 2 задается опорным напряжением, подаваемым на вход 8 (фиг.1, фиг.4а, б). Под действием выходных импульсов модулятора 2 в контуре элементов 2, 3, 4 возникает режим устойчивых автоколебаний (фиг.4в), частота которого определяется постоянной времени ТИ интегратора 3 и величиной порогов переключения ±b первого релейного элемента 4. По мере роста величины сигнала управления XВХ (фиг.4а) возрастает амплитуда импульсов на выходе модулятора 2 (фиг.4б), что приводит к росту частоты выходных импульсов первого релейного элемента 4 (фиг.4в). Выходной сигнал интегратора 3 имеет пилообразную форму, ограниченную по амплитуде порогами переключения ±b первого релейного элемента 4 (фиг.4в). Второй релейный элемент 9 переключается в мометны времени изменения знака пилообразного напряжения на выходе интегратора 3 (фиг.4в, г), в результате чего выходные импульсы блока 9 оказываются сдвинутыми относительно выходных импульсов блока 4 на 90 эл. град. При этом логический элемент 5 функции «Исключающее ИЛИ» формирует сигнал, частота которого в два раза превышает частоту импульсов на выходе первого релейного элемента 4 (фиг.4в, д).Consider the operation of blocks 1-5, 8, 9, forming the IFF (figure 1). The minimum amplitude of the output pulses of the modulator 2 is set by the reference voltage supplied to the input 8 (figure 1, figa, b). Under the action of the output pulses of modulator 2 in the circuit of elements 2, 3, 4, a stable self-oscillation mode occurs (Fig. 4c), the frequency of which is determined by the time constant T AND of the integrator 3 and the switching thresholds ± b of the first relay element 4. As the value of the control signal increases X BX (figa) increases the amplitude of the pulses at the output of the modulator 2 (fig.4b), which leads to an increase in the frequency of the output pulses of the first relay element 4 (figv). The output signal of the integrator 3 has a sawtooth shape, limited in amplitude by the switching thresholds ± b of the first relay element 4 (pigv). The second relay element 9 switches at the moment of time of changing the sign of the sawtooth voltage at the output of the integrator 3 (figv, d), as a result of which the output pulses of block 9 are shifted relative to the output pulses of block 4 by 90 el. hail. In this case, the logical element 5 of the “Exclusive OR” function generates a signal whose frequency is twice the frequency of the pulses at the output of the first relay element 4 (figv, d).
Таким образом, частота выходных импульсов ПНЧ повышается в два раза без изменения параметров блоков 3 и 4, что положительно сказывается на помехоустойчивости ФСУ. Повышение частоты выходного сигнала ПНЧ обеспечитвает возможность увеличения разрядности счетчиков 7, 12, что снижает ошибку дискретизации регулирования угла управления тиристорами и повышает точность работы ФСУ.Thus, the frequency of the output IF frequency pulses is doubled without changing the parameters of blocks 3 and 4, which positively affects the noise immunity of the FSF. Increasing the frequency of the output signal of the VFD provides the possibility of increasing the bit depth of the counters 7, 12, which reduces the sampling error of the regulation of the angle of control of the thyristors and increases the accuracy of the FSU.
Следовательно, за счет введения блоков 5, 9, 15, 16, 17 повышается точность и помехоустойчивость работы фазосдвигающего устройства.Therefore, due to the introduction of blocks 5, 9, 15, 16, 17, the accuracy and noise immunity of the phase shifting device are increased.
Промышленная применимость.Industrial applicability.
Рассмотренное устройство предлагается использовать при реконструкции электроприводов воздуходувок цеха №2 ОАО ММК с применением тиристорных станций управления для плавного пуска асинхронных электродвигателей.The device under consideration is proposed for use in the reconstruction of electric drives of blowers of workshop No. 2 of OJSC MMK using thyristor control stations for the smooth start-up of asynchronous electric motors.
За счет внедрения подобной системы, обладающей повышенной помехоустойчивостью и точностью в работе, основными статьями экономической эффективности являются:Due to the introduction of such a system with increased noise immunity and accuracy in operation, the main articles of economic efficiency are:
- экономия затрат на электроэнергию в результате перевода электродвигателей из непрерывного в отключенное состояние;- saving energy costs as a result of the transfer of electric motors from continuous to off state;
- эффективность от снижения потока отказов электро- и технологического оборудования и снижения затрат на ремонт и обслуживание.- efficiency from reducing the flow of failures of electrical and technological equipment and reducing the cost of repairs and maintenance.
Таким образом, предполагаемый экономический эффект от внедрения тиристорных регуляторов напряжения для плавного пуска асинхронных электродвигателей составляет 4650000 руб. в год. Срок окупаемости затрат - 2,1 года.Thus, the estimated economic effect of the introduction of thyristor voltage regulators for the smooth start of asynchronous electric motors is 4650000 rubles. in year. The payback period is 2.1 years.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006135589/09A RU2320071C1 (en) | 2006-10-09 | 2006-10-09 | Phase-shifting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006135589/09A RU2320071C1 (en) | 2006-10-09 | 2006-10-09 | Phase-shifting device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2320071C1 true RU2320071C1 (en) | 2008-03-20 |
Family
ID=39279912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006135589/09A RU2320071C1 (en) | 2006-10-09 | 2006-10-09 | Phase-shifting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2320071C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2373624C1 (en) * | 2008-10-27 | 2009-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Phase shifter |
| RU2418358C2 (en) * | 2008-10-29 | 2011-05-10 | Евгений Максимович Зоркин | Control device of alternating current electric motor |
| RU2422974C1 (en) * | 2009-12-17 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Integrating synchronisation device |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2079986A (en) * | 1980-07-11 | 1982-01-27 | Sunbeam Corp | Motor speed control |
| EP0469873A2 (en) * | 1990-07-31 | 1992-02-05 | Eaton Corporation | Waveform generator for inverter control |
| WO2001047098A1 (en) * | 1999-10-26 | 2001-06-28 | Power Conservation, Ltd. | Energy conserving motor controller |
| RU2288532C1 (en) * | 2005-05-13 | 2006-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Phase-shifter |
-
2006
- 2006-10-09 RU RU2006135589/09A patent/RU2320071C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2079986A (en) * | 1980-07-11 | 1982-01-27 | Sunbeam Corp | Motor speed control |
| EP0469873A2 (en) * | 1990-07-31 | 1992-02-05 | Eaton Corporation | Waveform generator for inverter control |
| WO2001047098A1 (en) * | 1999-10-26 | 2001-06-28 | Power Conservation, Ltd. | Energy conserving motor controller |
| RU2288532C1 (en) * | 2005-05-13 | 2006-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Phase-shifter |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2373624C1 (en) * | 2008-10-27 | 2009-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Phase shifter |
| RU2418358C2 (en) * | 2008-10-29 | 2011-05-10 | Евгений Максимович Зоркин | Control device of alternating current electric motor |
| RU2422974C1 (en) * | 2009-12-17 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Integrating synchronisation device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5337338A (en) | Pulse density modulation circuit (parallel to serial) comparing in a nonsequential bit order | |
| US20010026460A1 (en) | Multiway power converter | |
| KR930022168A (en) | Clock generator capable of dividing fractional frequencies into programs | |
| RU2320071C1 (en) | Phase-shifting device | |
| RU2408969C1 (en) | Multipoint frequency-pulse width variable voltage regulator | |
| US6169504B1 (en) | Device and method for converting analog signal to digital signal using interleaving sampling | |
| RU2449456C1 (en) | Integrating synchronisation device | |
| RU2288532C1 (en) | Phase-shifter | |
| RU2465709C1 (en) | Synchronisation device | |
| RU2396683C1 (en) | Pulsed phase control system | |
| RU2461948C1 (en) | Synchronisation device | |
| KR100390384B1 (en) | Pulse width modulator and arbitrary frequency generator using pulse distribution technique | |
| RU2246745C2 (en) | Alternating voltage adjuster | |
| Dudkin et al. | Adaptive units and control systems of power semiconductor converters on the basis of integrating scanning conversion | |
| RU2037263C1 (en) | Digital direct-current drive incorporating double pulse-width modulation provision | |
| SU1422230A1 (en) | Power regulating device | |
| RU2216846C2 (en) | Phase shifter | |
| Tsytovich et al. | Integrating pulse-number ADC with high temporal and temperature stability of characteristics | |
| RU2373624C1 (en) | Phase shifter | |
| RU2571549C1 (en) | Method of integrating analogue-to-digital conversion | |
| RU2106740C1 (en) | Multistage amplifier | |
| SU1720132A1 (en) | Method of control valve-type three-phase converter | |
| RU2208868C1 (en) | Difference-frequency relay | |
| RU2350007C1 (en) | Pulse-width monitoring method for static converter | |
| RU1777219C (en) | Valve-type converter control method with provision for latitude-code regulation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081010 |