RU2470360C1 - Multipoint integrating ac voltage controller with automatic control channel backup - Google Patents
Multipoint integrating ac voltage controller with automatic control channel backup Download PDFInfo
- Publication number
- RU2470360C1 RU2470360C1 RU2011139292/08A RU2011139292A RU2470360C1 RU 2470360 C1 RU2470360 C1 RU 2470360C1 RU 2011139292/08 A RU2011139292/08 A RU 2011139292/08A RU 2011139292 A RU2011139292 A RU 2011139292A RU 2470360 C1 RU2470360 C1 RU 2470360C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- comparators
- adder
- inputs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может использоваться в регуляторах температуры с автоматическим резервированием каналов управления.The invention relates to power conversion technology and can be used in temperature controllers with automatic redundancy of control channels.
Известна система управления с автоматическим резервированием (SU №1294152, G05B 9/03, Н05К 10/100, заявл. 02.08.85, опубл. 07.02.87, бюл. №5), содержащая интегрирующие развертывающие преобразователи, блоки диагностирования, датчики обратных связей, ключевой коммутатор, исполнительный механизм. Недостатком устройства является его недостаточно высокая надежность, вызванная отсутствием средств диагностирования ключевых коммутаторов.A known control system with automatic redundancy (SU No. 1294152, G05B 9/03, H05K 10/100, application. 02.08.85, publ. 07.02.87, bul. No. 5), containing integrating deploying converters, diagnostic units, feedback sensors , key switch, actuator. The disadvantage of this device is its lack of reliability due to the lack of diagnostic tools for key switches.
Известен многозонный интегрирующий развертывающий преобразователь (МРП) (SU №1283801, G06G 7/12, заявл. 22.05.85, опубл. 15.01.87, бюл. №2), содержащий сумматоры, группу параллельно работающих интеграторов, нечетное число релейных элементов.Known multi-zone integrating deploying converter (MCI) (SU No. 1283801, G06G 7/12, application. 05.22.85, publ. 15.01.87, bulletin No. 2), containing adders, a group of parallel integrators, an odd number of relay elements.
Устройство характеризуется высокой надежностью в работе при единичных отказах релейных элементов и относится к классу систем с самодиагностированием активных компонентов схемы и автоматическим вводом в работу работоспособных элементов (Цытович Л.И. Многозонный развертывающий преобразователь с адаптируемой в функции неисправности активных компонентов структурой // Приборы и техника эксперимента. - М.: АН СССР, 1988. - №1. - С81-85).The device is characterized by high reliability in case of single failures of relay elements and belongs to the class of systems with self-diagnosis of active components of the circuit and automatic commissioning of workable elements (Tsytovich L.I. Multi-zone deploying converter with an adaptable structure in the function of the fault function // Devices and Technique experiment. - M.: Academy of Sciences of the USSR, 1988. - No. 1. - C81-85).
Недостатком известного технического решения является невозможность его работы при нулевых по выходу отказах релейных элементов, что может быть связано, например, с аварийным отключением источника электропитания. Таким образом, устройство характеризуется недостаточно высокой надежностью при отказе источника электропитания.A disadvantage of the known technical solution is the impossibility of its operation at zero output failures of relay elements, which may be associated, for example, with an emergency shutdown of the power source. Thus, the device is not sufficiently reliable in the event of a power failure.
Известен МРП (SU №1183988, МПК G06G 7/12, заявл. 27.04.84, опубл. 07.10.85, бюл. №37), содержащий сумматоры, интегратор, релейные элементы, входную и выходную клеммы.Known MCI (SU No. 1183988, IPC G06G 7/12, application form 27.04.84, publ. 07.10.85, bulletin No. 37) containing adders, integrator, relay elements, input and output terminals.
Устройство относится к классу автоколебательных частотно-широтно-импульсных (ЧШИМ) преобразователей интегрирующего типа, обладает высокой помехоустойчивостью и точностью работы, что обусловлено замкнутым характером структуры МРП и наличием интегратора в прямом канале регулирования.The device belongs to the class of self-oscillating frequency-latitude-pulse (CWPM) converters of the integrating type, has high noise immunity and accuracy, due to the closed nature of the MCI structure and the presence of an integrator in the direct control channel.
Однако известное техническое решение обладает ограниченными функциональными возможностями и низкой кратностью резервирования при его использовании для управления силовыми преобразователями.However, the known technical solution has limited functionality and low redundancy when used to control power converters.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является многозонный регулятор переменного напряжения (РН) (патент SU №2408969, МПК Н02М 5/293, заявл. 23.12.09, опубл. 10.01.11, бюл. №1), содержащий последовательно включенные источник сигнала задания и первый сумматор, выход которого подключен к входам трех релейных элементов, выходы которых подключены к входам второго сумматора, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, три компаратора, входы которых подключены к выходом соответствующих релейных элементов, три ключевых элемента, каждый из которых включен между источником соответствующей фазы трехфазного источника напряжения и нагрузкой, соединенной по схеме «звезда» с нулевым выводом, выход второго и третьего компараторов подключены к управляющему входу второго и третьего ключевых элементов соответственно, четвертый компаратор и динамический D-триггер, причем вход четвертого компаратора подключен к силовому входу первого ключевого элемента, а выход соединен с С-входом D-триггера, D-вход D-триггера соединен с выходом первого компаратора, а выход D-триггера подключен к управляющему входу первого ключевого элемента.Closest to the proposed device is a multi-zone AC voltage regulator (PH) (patent SU No. 2408969, IPC
Недостатком устройства-прототипа является его низкая надежность при отказе релейных элементов МРП. Так, при выходе из строя первого релейного элемента динамический D-триггер, подключенный к его выходу через компаратор, оказывается в статическом положении, и режим частотно-широтно-импульсной модуляции в РН срывается. В итоге, система частично или полностью теряет свою работоспособность. Ее частичное сохранение возможно лишь при наличии контура обратной связи, когда возможен переход РН из режима автоколебаний в режим релейного регулирования. Однако при этом снижается точность и диапазон регулирования.The disadvantage of the prototype device is its low reliability in case of failure of the relay elements of the MCI. So, when the first relay element fails, the dynamic D-trigger connected to its output through the comparator is in a static position, and the frequency-pulse-width-modulation mode in the LV breaks down. As a result, the system partially or completely loses its functionality. Its partial preservation is possible only in the presence of a feedback loop, when the LV can transition from self-oscillation mode to relay control mode. However, this reduces the accuracy and range of regulation.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в обеспечении возможности саморезервирования (автоматического резервирования) и повышении надежности работы заявленного устройства при отказах его активных компонентов.The invention is based on a technical problem, which consists in providing the possibility of self-reservation (automatic backup) and increasing the reliability of the claimed device in case of failures of its active components.
Указанная техническая задача решается тем, что многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения с автоматическим резервированием каналов регулирования, содержащий последовательно включенные источник сигнала управления - входная клемма, первый сумматор, интегратор, выход которого соединен с входом первого, второго и третьего релейных элементов, выходы которых подключены к входам первого, второго и третьего компараторов соответственно, выход первого, второго и третьего компараторов соединен с D-входом первого, второго и третьего динамических D-триггеров соответственно, шины фаз А, В, С, подключенные к соответствующим входам трехфазной нагрузки с нулевым выводом через первый, второй и третий силовой ключ соответственно, управляющие входы которых соединены с выходом соответственно первого, второго и третьего динамического D-триггера, также содержащий второй сумматор, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, четвертый, пятый и шестой компараторы, входы которых соединены с шинами фаз А, В, С соответственно, выход четвертого, пятого и шестого компаратора подключен к С-входу первого, второго и третьего динамического D-триггера соответственно, и характеризуется тем, что в него введены седьмой, восьмой и девятый компараторы, выходы которых соединены с соответствующими входами второго сумматора, а вход седьмого, восьмого и девятого компаратора подключен к выходам первого, второго и третьего динамического D-триггера соответственно.The indicated technical problem is solved in that a multi-zone integrating AC voltage regulator with automatic redundancy of control channels, containing a control signal source in series - an input terminal, a first adder, an integrator whose output is connected to the input of the first, second and third relay elements, the outputs of which are connected to the inputs of the first, second and third comparators, respectively, the output of the first, second and third comparators is connected to the D-input of the first, second and third dynamic D-flip-flops, respectively, phase A, B, C buses connected to the corresponding inputs of the three-phase load with zero output through the first, second and third power switches, respectively, whose control inputs are connected to the output of the first, second and third dynamic D-flip-flops, respectively , also containing a second adder, the output of which is connected to the second input of the first adder, the fourth, fifth and sixth comparators, the inputs of which are connected to the phase buses A, B, C, respectively, the output of the fourth, fifth and sixth the parator is connected to the C-input of the first, second and third dynamic D-flip-flops, respectively, and is characterized by the fact that the seventh, eighth and ninth comparators are introduced into it, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the second adder, and the input of the seventh, eighth and ninth comparator is connected to the outputs of the first, second and third dynamic D-flip-flop, respectively.
Техническим результатом предлагаемого устройства является его автоматическая возможности саморезервирования и, как следствие, повышенная надежность устройства, достигаемая за счет того, что при отказе какого-либо элемента, входящего в его замкнутый контур, работоспособность системы восстанавливается за счет автоматического ввода в режим автоколебаний одного из параллельных каналов регулирования.The technical result of the proposed device is its automatic self-reservation capabilities and, as a result, the increased reliability of the device, achieved due to the fact that in case of failure of any element included in its closed loop, the system is restored by automatically entering one of the parallel oscillations regulation channels.
Отличительной особенностью заявленного решения является то, что в регулятор напряжения введены седьмой, восьмой и девятый компараторы, выходы которых соединены с соответствующими входами второго сумматора, а входы седьмого, восьмого и девятого компараторов подключены к выходам первого, второго и третьего динамических D-триггеров соответственно. В результате все элементы устройства оказываются охваченными общей обратной связью, с помощью которой система осуществляет автоматический поиск работоспособного канала регулирования и включение его в работу.A distinctive feature of the claimed solution is that the seventh, eighth and ninth comparators are introduced into the voltage regulator, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the second adder, and the inputs of the seventh, eighth and ninth comparators are connected to the outputs of the first, second and third dynamic D-flip-flops, respectively. As a result, all elements of the device turn out to be covered by general feedback, with the help of which the system automatically searches for a working regulation channel and turns it on.
Изобретение поясняется чертежами, где на:The invention is illustrated by drawings, where:
фиг.1 - дана функциональная схема предлагаемого устройства;figure 1 - is a functional diagram of the proposed device;
фиг.2 - приведены характеристики основных элементов предлагаемого устройства;figure 2 - shows the characteristics of the main elements of the proposed device;
фиг.3 - приведена структура МРП;figure 3 - shows the structure of MCI;
фиг.4 - даны временные диаграммы сигналов МРП;4 is a timing diagram of the signals of the MCI;
фиг.5, 6 - приведены временные диаграммы сигналов предлагаемого устройства;5, 6 are timing diagrams of the signals of the proposed device;
фиг.7, 8 - представлены временные диаграммы сигналов предлагаемого устройства при его моделировании в пакете «Matlab+Simulink».7, 8 - shows the timing diagrams of the signals of the proposed device when it is simulated in the package "Matlab + Simulink".
В состав устройства (фиг.1) входят последовательно включенные источник сигнала управления 1, первый сумматор 2, интегратор 3, выход которого соединен с входом первого 4, второго 5 и третьего 6 релейных элементов. Выходы релейных элементов 4, 5 и 6 подключены к входам первого 7, второго 8 и третьего 9 компаратора соответственно. Выходы компараторов 7, 8 и 9 соединены с D-входами первого 10, второго 11 и третьего 12 динамических D-триггеров соответственно. С-входы D-триггеров 10, 11 и 12 подключены к выходам четвертого 13, пятого 14 и шестого 15 компаратора соответственно. Входы компараторов 13, 14 и 15 соединены с шинами фаз А, В, С соответственно. Выходы D-триггеров 10, 11 и 12 соответственно подключены к входам седьмого 16, восьмого 17 и девятого 18 компаратора, а также соединены с управляющими входами силовых ключей 19, 20 и 21 соответственно. Выходы седьмого 16, восьмого 17 и девятого 18 компараторов соединены с соответствующими входами второго сумматора 22, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора 2. Шины фаз А, В, С - клеммы 23, 24 и 25 подключены соответственно через первый 19, второй 20 и третий 21 силовой ключ к соответствующим входам трехфазной нагрузки с нулевым выводом 26 - клеммы 27, 28, 29 соответственно.The structure of the device (Fig. 1) includes a serially connected
Элементы многозонного интегрирующего регулятора переменного напряжения с автоматическим резервированием каналов регулирования имеют следующие характеристики.Elements of a multi-zone integrating AC voltage regulator with automatic redundancy of control channels have the following characteristics.
Сумматоры 2 и 22 выполнены с равными коэффициентами передачи по каждому из входов. В дальнейшем считаем, что эти коэффициенты передачи равны 1,0.
Интегратор 3 реализован с передаточной функцией вида W(p)=1/Тир, где Ти - постоянная времени. Его выходной сигнал нарастает линейно при скачке входного воздействия со знаком, противоположным знаку входного сигнала (фиг.2а).
Релейные элементы 4, 5, 6 имеют симметричную петлю гистерезиса и пороги переключения, удовлетворяющие условию
|±b1|<|±b2|<|±b3|,| ± b 1 | <| ± b 2 | <| ± b 3 |,
где ±bi - пороги переключения соответствующего из релейных элементов 4, 5, 6. Выходной сигнал каждого из релейных элементов 4, 5, 6 меняется дискретно в пределах ±А/3 (фиг.2б).where ± b i are the switching thresholds of the
Компараторы первой группы 7, 8 9 имеют неинвертирующую характеристику с нулевым значением порогов переключения, предназначены для преобразования биполярного входного сигнала в однополярные импульсы (фиг.2в) и выполняют функции повторителей с таблицей истинностиThe comparators of the first group 7, 8 9 have a non-inverting characteristic with zero switching thresholds, are designed to convert a bipolar input signal into unipolar pulses (pigv) and perform the functions of repeaters with a truth table
где ±А - максимальное значение выходного сигнала сумматора 22 МРП.where ± A is the maximum value of the output signal of the
Компараторы второй группы 13, 14, 15 имеют аналогичную первой группе компараторов 7, 8, 9 характеристику и переключаются в состояние «1» при положительной полуволне фазного напряжения (фиг.2д).The comparators of the
Компараторы третьей группы 16, 17, 18 являются безгистерезисными с порогом переключения «+С» (фиг.2г) и предназначены для преобразования однополярных импульсов в биполярные.The comparators of the
D-триггеры 10, 11, 12 являются динамическими и переключаются по переднему фронту импульса на С-входе в состояние, которое имеет D-вход (фиг.2е).D-flip-
Силовые ключи 19, 20, 21 переходят в замкнутое положение при сигнале «1» на их управляющем входе.Power switches 19, 20, 21 go into a closed position with a signal "1" at their control input.
Нагрузка 26 в дальнейшем считается активной.Load 26 is hereinafter considered active.
На диаграммах сигналов МРП (фиг.3, фиг.4) приняты следующие обозначения:In the diagrams of the MCI signals (FIG. 3, FIG. 4), the following notation is adopted:
Хвх - входной сигнал (входная клемма 1);X I - input signal (input terminal 1);
Yи(t) - выходной сигнал интегратора 3;Y and (t) is the output signal of the
YPl, YP2(t), YP3(t) - выходные сигналы релейных элементов 4, 5, 6 соответственно;Y Pl , Y P2 (t), Y P3 (t) - output signals of
Yвых(t) - выходной сигнал сумматора 22;Y o (t) is the output signal of the
Yc - среднее значение выходных импульсов сумматора 22.Y c - the average value of the output pulses of the
Принцип работы многозонного интегрирующего регулятора переменного напряжения с автоматическим резервированием каналов регулирования следующий.The principle of operation of a multi-zone integrating AC voltage regulator with automatic redundancy of control channels is as follows.
Если принять, что выходы релейных элементов 4, 5 и 6 подключены напрямую к сумматору 22, а компараторы первой группы 7, 8, 9 отключены от выходов релейных элементов 4, 5, 6. Полагаем также, что выходы компараторов третьей группы 16, 17, 18 отключены от второго сумматора 22, входы которого соединены с выходами релейных элементов 4, 5, 6. В этом случае получается классическая структура МРП (фиг.3), которая работает следующим образом.If we assume that the outputs of the
При включении МРП и нулевом входном сигнале ХВХ (входная клемма 1) релейные элементы 4, 5 и 6 устанавливаются произвольным образом, например, в состояние +А/3 (фиг.4в-д). Под действием сигнала развертки Yи(t) с выхода интегратора 3 (фиг.4б) происходит последовательное переключение в положение -А/3 двух релейных элементов 4 и 5 (т.к. релейные элементы 4 и 5 обладают наименьшими порогами переключения b1 и b2 соответственно) (фиг.4в, г, моменты времени t01, t02), после чего меняется направление развертывающего преобразования, и сигнал Yи(t) на выходе интегратора 3 нарастает в положительном направлении.When turning on the MCI and the zero input signal X BX (input terminal 1), the
Начиная с момента времени выполнения условия Yи(t)=b1, МРП входит в режим устойчивых автоколебаний, когда амплитуда сигнала развертки Yи(t) ограничена зоной неоднозначности первого релейного элемента 4 (с минимальными порогами переключения b1), а второй 5 и третий 6 релейные элементы находятся в статических и противоположных по знаку выходных сигналов YP2(t), YР3(t) состояниях (фиг.4г, д). Координата Yвых(t) на выходе сумматора 22 формируется за счет переключений первого релейного 4 (фиг.4в) в первой модуляционной зоне, ограниченной пределами ±А/3 (фиг.4е).Starting from the moment the condition Y and (t) = b 1 are fulfilled, the MCI enters the stable self-oscillation mode when the amplitude of the Y and (t) sweep signal is limited by the ambiguity zone of the first relay element 4 (with minimum switching thresholds b 1 ) and the second 5 and the third 6 relay elements are in static and opposite in sign sign of the output signals Y P2 (t), Y P3 (t) states (Fig.4g, d). The coordinate Y o (t) at the output of the
При отсутствии Хвх (фиг.4a, t<t0) среднее значение Y0 импульсов Yвых(t) равно нулю. Наличие входной координаты Хвх<(А/3) (фиг.4a, ) влечет за собой изменение частоты и скважности импульсов Yвых(t), так как в интервале t1 (фиг.4в) развертка Yи(t) (фиг.4б) изменяется под действием разности сигналов, подаваемых на сумматор 2 (фиг.4а, е), а в интервале t2 - dYи(t)/dt зависит от суммы этих воздействий. В результате Y0≡Хвх (фиг.4е).In the absence of X I (Fig. 4a, t <t 0 ), the average value Y 0 of the pulses Y o (t) is zero. The presence of the input coordinate X I <(A / 3) (figa, ) entails a change in the frequency and duty cycle of the pulses Y o (t), since in the interval t 1 (Fig. 4c) the scan Y and (t) (Fig. 4b) changes under the influence of the difference of the signals supplied to the adder 2 (Fig. 4a, e), and in the interval t 2 - dY and (t) / dt depends on the sum of these effects. As a result, Y 0 ≡X in (Fig. 4e).
Если в момент времени сигнал Хвх увеличился дискретно до величины (А/3)<Хвх<А (фиг.4а). Это нарушает условия существования режима автоколебаний в первой модуляционной зоне, и МРП переходит на этап переориентации состояний второго и третьего релейных элементов 5 и 6, который заканчивается в момент времени t03, когда релейный элемент 6 переключается в положение -А/3 (фиг.4д). Координата Yвых(t) достигает уровня - А (фиг.4е), и МРП переходит во вторую модуляционную зону, где в интервалах t1, t2 (фиг.4в) скорость формирования развертывающей функции Yи(t) (фиг.4б) также определяется разностью или суммой сигналов, воздействующих на сумматор 2. При этом сигнал Y0 включает постоянную составляющую -А/3 первой и среднее значение импульсного потока Yвых(t) второй модуляционной зоны (фиг.4е). Переход МРП из одной модуляционной зоны в другую для малых приращений координаты Хвх сопровождается переходом системы через характерные точки с нулевым значением частоты несущих колебаний (режим частотно-нулевого сопряжения модуляционных зон).If at time the signal X I increased discretely to a value of (A / 3) <X I <A (figa). This violates the conditions for the existence of a self-oscillation mode in the first modulation zone, and the MCI goes to the stage of reorientation of the states of the second and
МРП в каждой модуляционной зоне представляет собой систему с частотно-широтно-импульсной модуляцией, когда с ростом Хвх частота выходных импульсов уменьшается и на границе раздела модуляционных зон становится равной нулю. При этом во всем диапазоне изменения входного воздействия Хвх амплитудная характеристика Y0=f(XBX) МРП является линейной, что объясняется замкнутым характером структуры МРП и наличием интегратора 3 в прямом канале регулирования.The MCI in each modulation zone is a system with pulse-width-pulse-width modulation, when with increasing X in the frequency of the output pulses decreases and at the interface between the modulation zones it becomes zero. Moreover, in the entire range of changes in the input action X I, the amplitude characteristic Y 0 = f (X BX ) of the MCI is linear, which is explained by the closed nature of the structure of the MCI and the presence of an
Отличие предложенного многозонного интегрирующего регулятора переменного напряжения с автоматическим резервированием каналов регулирования (фиг.1) от классической схемы МРП (фиг.3) заключается в том, что компараторы 7, 8, 9, 13, 14, 15 и D-триггеры 10, 11, 12 за счет введения компараторов 16, 17, 18 и подключения сумматора 22 к выходам компараторов 16, 17, 18 оказываются «внутри» замкнутого контура регулирования МРП, что позволяет повысить надежность работы предложенного устройства при отказах большего числа компонентов, чем это допускается схемой на фиг.3.The difference between the proposed multi-zone integrating AC voltage regulator with automatic redundancy of the control channels (Fig. 1) from the classic MCI circuit (Fig. 3) is that the
Рассмотрим работу многозонного интегрирующего регулятора переменного напряжения с автоматическим резервированием каналов регулирования в целом. Считаем, что ХВХ=0. Полагаем также, что переключение блоков 4, 7, 10, 16 происходит синхронно с моментом времени выполнения условия |YИ(t)|=|b1|.Consider the work of a multi-zone integrating AC voltage regulator with automatic redundancy of control channels as a whole. We believe that X BX = 0. We also believe that the switching of blocks 4, 7, 10, 16 occurs synchronously with the moment of fulfillment of the condition | Y AND (t) | = | b 1 |.
При таких условиях в режиме автоколебаний будет находиться первый релейный элемент 4, имеющий минимальное значение порогов переключения (фиг.5в), а состояние релейных элементов 5 и 6 в зависимости от первоначальной ориентации равно, например, +А/3 и - А/3 соответственно (фиг.5д, е).Under such conditions, the first relay element 4 with the minimum value of switching thresholds (Fig. 5c) will be in the self-oscillation mode, and the state of the
Компараторы первой группы 7, 8, 9 преобразуют биполярный входной сигнал (фиг.5в) в однополярные импульсы (фиг.5г), которые задают требуемое состояние динамических D-триггеров 10, 11, 12.The comparators of the first group 7, 8, 9 convert the bipolar input signal (Fig.5c) into unipolar pulses (Fig.5g), which set the desired state of the dynamic D-flip-
Компараторы второй группы 13, 14, 15 переключаются в состояние «1» при формировании положительной полуволны фазного напряжения (фиг.5а, б).The comparators of the
Динамические D-триггеры 10, 11, 12 переключаются по переднему фронту импульсов с выходов компараторов второй группы 13, 14, 15 в состояние, которое имеет их D-вход. В результате в режиме частотно-широтно-импульсной модуляции работает силовой ключ 19 (фиг.5ж), постоянно включен силовой ключ 20 (фиг.5з), а в состоянии «горячего» резерва находится силовой ключ 21 (фиг.5и).Dynamic D-flip-
В частности, компаратор второй группы 13 формирует импульсы «1» синхронно с «положительной» полуволной напряжения фазы А (фиг.5а, б). Первый релейный элемент 4 задает необходимое состояние компаратора первой группы 7 и первого D-триггера 10, в которое он переключается по первому импульсу, совпадающему с сигналом «1» на выходе компаратора первой группы 7 (фиг.5б, г, ж). Выключение D-триггера 10 происходит по первому импульсу в пределах «нулевого» состояния компаратора 7 (фиг.5б, г, ж). В результате на интервале t01-t02 (фиг.5ж) в нагрузке фазы А формируется «нулевая» пауза.In particular, the comparator of the second group 13 generates pulses "1" synchronously with the "positive" half-wave voltage of phase A (figa, b). The first relay element 4 sets the necessary state of the comparator of the first group 7 and the first D-flip-flop 10, to which it switches by the first pulse that matches the signal "1" at the output of the comparator of the first group 7 (fig.5b, d, g). Turning off the D-trigger 10 occurs on the first pulse within the "zero" state of the comparator 7 (fig.5b, d, g). As a result, in the interval t 01 -t 02 (Fig. 5g), a “zero” pause is formed in the phase A load.
Применение режима ЧШИМ позволяет существенно улучшить энергетические показатели предложенного регулятора и для силовых ключей 19, 20, 21 получить неограниченный диапазон регулирования. Действительно, при широтно-импульсной модуляции (ШИМ) , (фиг.5в) и период Т0=t1+t2=2Т, где «Т» - в общем случае параметр схемы ШИМ или ЧШИМ, имеющий размерность времени; - нормированная величина входного сигнала. В случае ЧШИМ , , . Тогда диапазон регулирования для силовых ключей 19, 20, 21 при ШИМ заведомо имеет конечную величину, ограниченную входным сигналом , так как диапазон «D» не может быть равным нулю, а для ЧШИМ практически неограничен.The use of the PWM mode allows you to significantly improve the energy performance of the proposed controller and for power switches 19, 20, 21 to get an unlimited range of regulation. Indeed, with pulse width modulation (PWM) , (Fig. 5c) and the period T 0 = t 1 + t 2 = 2T, where “T” is, in the general case, a PWM or PWM scheme parameter having a time dimension; - normalized value of the input signal. In case of WSSM , , . Then the regulation range for power switches 19, 20, 21 with PWM, it obviously has a finite value limited by the input signal , since the range “D” cannot be equal to zero, but for WSSM almost unlimited.
Рассмотрим работу предложенного устройства при отказе первого релейного элемента 4 (фиг.6), когда он переходит в неуправляемое состояние +А/3 (фиг.6в). В этом случае первый динамический D-триггер 10 оказывается в статическом состоянии «1», и силовой ключ 19 (фаза А) замыкается (фиг.6ж).Consider the operation of the proposed device in case of failure of the first relay element 4 (Fig.6), when it goes into an uncontrollable state + A / 3 (Fig.6c). In this case, the first dynamic D-flip-flop 10 is in the static state “1”, and the power switch 19 (phase A) is closed (FIG. 6g).
Тогда режим автоколебаний возникает в тракте второго релейного элемента 5, имеющего пороги переключения ±b2 (фиг.6г), и в состояние «включено/выключено» переходит силовой ключ 20 (фаза В) (фиг.6з). Силовой ключ 21 (фаза С) сохраняет свое статическое «нулевое» положение (фиг.6и).Then the self-oscillation mode occurs in the path of the
В реальной системе выходной сигнал интегратора 3 (фиг.6г) может превышать пороговый уровень релейного элемента, находящегося в режиме автоколебаний (в данном случае ±b2), на величины |Δb21|≠|Δb22|, что вызвано задержкой, вносимой соответствующим из динамических D-триггеров 10, 11, 12. Однако эта задержка соответствует одному периоду напряжения сети и при частоте собственных автоколебаний МРП, исчисляемой долями или единицами герц, может не учитываться.In a real system, the output signal of the integrator 3 (Fig.6d) may exceed the threshold level of the relay element in the mode of self-oscillations (in this case ± b 2 ) by | Δb 21 | ≠ | Δb 22 |, which is caused by the delay introduced by the corresponding from dynamic D-flip-
Дальнейшее поведение многозонного интегрирующего регулятора переменного напряжения с автоматическим резервированием каналов регулирования при отказе его элементов зависит от характера этих отказов. Например, если произойдет «нулевой» отказ второго релейного элемента 5 (неуправляемое состояние - А/3), то режим автоколебаний сохраниться в тракте третьего релейного элемента 6, и система сохранит свою работоспособность. При «единичном» отказе второго релейного элемента 5 (состояние +А/3) система окажется неисправной.The further behavior of the multi-zone integrating AC voltage regulator with automatic redundancy of the control channels in case of failure of its elements depends on the nature of these failures. For example, if there occurs a “zero” failure of the second relay element 5 (uncontrolled state - A / 3), then the self-oscillation mode will remain in the path of the
Аналогичная ситуация будет и при отказах других элементов предложенного устройства. Например, в неисправное «нулевое» или «единичное» состояние может перейти не релейный элемент 4, а какой-либо из блоков 7, 10, 16. Их отказы эквивалентны отказам релейного элемента 4, так как они совместно с первым релейным элементом 4 по сути дела представляют собой последовательное включение ключевых элементов, и отказ любого из них эквивалентен отказу всей «цепочки» этих блоков. Более того, компаратор 13 также может рассматриваться как элемент, входящий в каскад блоков 4, 7, 10, 16, так как при его отказе блокируется весь канал регулирования и происходит переход системы на резервную группу элементов. Такие же процессы происходят и при отказе одного из компараторов 14 или 15. В этом случае блокируется один из каналов 5, 8, 11, 17 или 6, 9, 12, 18.A similar situation will be with failures of other elements of the proposed device. For example, not one relay element 4, but one of the blocks 7, 10, 16 may go into a faulty “zero” or “single” state. Their failures are equivalent to the failures of the relay element 4, since they, in essence, together with the first relay element 4 cases are the sequential inclusion of key elements, and the failure of any of them is equivalent to the failure of the entire "chain" of these blocks. Moreover, the comparator 13 can also be considered as an element included in the cascade of blocks 4, 7, 10, 16, since when it fails, the entire control channel is blocked and the system switches to a backup group of elements. The same processes occur when one of the
В рассмотренном многозонном интегрирующем регуляторе переменного напряжения с автоматическим резервированием каналов регулирования для повышения его надежности интегратор 3 может быть выполнен путем включения нескольких параллельно работающих интеграторов. Следует также учитывать, что нерезервируемым остается сумматор 22, который целесообразно выполнять на базе пассивного R-сумматора с достаточным запасом по эксплуатационным характеристикам. Сумматор 2 в реальных схемах является виртуальным (суммирующая точка операционного усилителя интегратора), поэтому резервирования не требует.In the considered multi-zone integrating AC voltage regulator with automatic redundancy of control channels to increase its reliability, the
Таким образом, за счет введения компараторов 16, 17, 18 и включения сумматора 22 на выходе предложенного устройства подавляющее количество элементов регулятора напряжения оказывается в «зоне» действия эффекта саморезервирования, что приводит к повышению надежности работы устройства в целом.Thus, due to the introduction of
На фиг.7 и фиг.8 приведены результаты моделирования предложенного устройства, выполненного в пакете «Matlab+Simulink».In Fig.7 and Fig.8 shows the simulation results of the proposed device, made in the package "Matlab + Simulink".
При «нулевом» отказе первого релейного элемента 4 (фиг.7б) автоколебательный режим переходит на второй релейный элемент 5, и в режиме переключений находится силовой ключ 20. Длительность «пакета» синусоидального напряжения на клемме 28 увеличивается, однако относительная продолжительность этого «пакета» сохраняется неизменной и соответствует исправному состоянию многозонного интегрирующего регулятора переменного напряжения с автоматическим резервированием каналов регулирования (фиг.7а).With a “zero” failure of the first relay element 4 (FIG. 7b), the self-oscillating mode switches to the
На фиг.8 в качестве дополнительного примера показаны диаграммы сигналов многозонного интегрирующего регулятора переменного напряжения с автоматическим резервированием каналов регулирования при неисправном состоянии динамического D-триггера 11. В этом случае в выключенное положение переходит силовой ключ 20 (клемма 28), в статическое открытое - силовой ключ 21 (клемма 29), а в режим «включено/выключено» - силовой ключ 19 (клемма 27).Fig. 8 shows, as an additional example, the signal diagrams of the multi-zone integrating AC voltage regulator with automatic redundancy of the control channels when the dynamic D-flip-flop 11 is in a malfunctioning state. In this case, the power switch 20 (terminal 28) goes into the off position, and the power switch switches into the static open position key 21 (terminal 29), and in the on / off mode - power switch 19 (terminal 27).
Таким образом, введение в схему многозонного интегрирующего регулятора переменного напряжения с автоматическим резервированием каналов регулирования компараторов третьей группы 16, 17, 18 позволяет повысить надежность работы системы в целом.Thus, the introduction of a multi-zone integrating AC voltage regulator with automatic redundancy of the control channels of the third group of
Рассмотренное устройство предполагается использовать в системе автоматизации сушильной камеры 150ЕКР электроцеха ОАО «Челябинский трубопрокатный завод».The considered device is supposed to be used in the automation system of the drying chamber 150EKR of the electric workshop of Chelyabinsk Pipe-Rolling Plant OJSC.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011139292/08A RU2470360C1 (en) | 2011-09-26 | 2011-09-26 | Multipoint integrating ac voltage controller with automatic control channel backup |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011139292/08A RU2470360C1 (en) | 2011-09-26 | 2011-09-26 | Multipoint integrating ac voltage controller with automatic control channel backup |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2470360C1 true RU2470360C1 (en) | 2012-12-20 |
Family
ID=49256643
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011139292/08A RU2470360C1 (en) | 2011-09-26 | 2011-09-26 | Multipoint integrating ac voltage controller with automatic control channel backup |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2470360C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2549128C1 (en) * | 2014-04-16 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Single-cycle multizone integrating converter |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU436327A1 (en) * | 1972-07-05 | 1974-07-15 | А. С. Темичев Ленинградский институт точной механики , оптики | EXTREME REGULATORY OF BF11 pcs |
RU2058571C1 (en) * | 1990-07-10 | 1996-04-20 | Пермский государственный технический университет | Relay-pulse proportional-integrating-differential controller |
US20070185590A1 (en) * | 2006-02-07 | 2007-08-09 | Reindel Kenneth A | Programmable Hardware Element Pre-Regulator |
RU2408969C1 (en) * | 2009-12-23 | 2011-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Multipoint frequency-pulse width variable voltage regulator |
-
2011
- 2011-09-26 RU RU2011139292/08A patent/RU2470360C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU436327A1 (en) * | 1972-07-05 | 1974-07-15 | А. С. Темичев Ленинградский институт точной механики , оптики | EXTREME REGULATORY OF BF11 pcs |
RU2058571C1 (en) * | 1990-07-10 | 1996-04-20 | Пермский государственный технический университет | Relay-pulse proportional-integrating-differential controller |
US20070185590A1 (en) * | 2006-02-07 | 2007-08-09 | Reindel Kenneth A | Programmable Hardware Element Pre-Regulator |
RU2408969C1 (en) * | 2009-12-23 | 2011-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Multipoint frequency-pulse width variable voltage regulator |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2549128C1 (en) * | 2014-04-16 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Single-cycle multizone integrating converter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107148521B (en) | The fault-tolerant drive system of magnetic bearing | |
Burlacu et al. | Synchronization of the distributed PWM carrier waves for modular multilevel converters | |
EP3378163A1 (en) | Josephson current source systems and methods | |
JP6674313B2 (en) | Multi-terminal power transmission system | |
JP2018023195A5 (en) | ||
RU2470360C1 (en) | Multipoint integrating ac voltage controller with automatic control channel backup | |
RU2408969C1 (en) | Multipoint frequency-pulse width variable voltage regulator | |
RU2461875C1 (en) | Multizone frequency-pulse-duration alternating voltage controller | |
Fan et al. | Connectivity-preserving rendezvous of multi-agent systems with event-triggered controllers | |
Konishi et al. | Analysis of a dc bus system with a nonlinear constant power load and its delayed feedback control | |
RU2471282C1 (en) | Multi-zone integrating controller of ac voltage | |
Shahbazi et al. | Fast detection of open-switch fault in cascaded H-Bridge multilevel converter | |
CN215710891U (en) | Electronic safety control module of elevator device | |
RU2499347C1 (en) | Three-phase controller of ac voltage with protection | |
Shahbazi et al. | Fast detection of open-switch faults with reduced sensor count for a fault-tolerant three-phase converter | |
Mehrabian et al. | Velocity synchronization of networked euler-lagrange systems with switching network topologies subject to actuator faults | |
RU2472279C1 (en) | Frequency-width-pulse controller of ac voltage with distributed load | |
Kuznyetsov et al. | Phenomena related to noise-induced and disturbance-induced tipping in a multistable DC drive | |
RU2490685C1 (en) | Frequency-width-pulse controller of ac voltage with balanced load | |
Csaba et al. | Mathematical model development for faults simulation in current-source PWM inverters | |
CN107577217B (en) | A kind of crisscross parallel control logic circuit and fast protection method | |
Chen et al. | Integrated fault diagnosis and recovery in NPC multi-level inverters | |
Onwuchekwa et al. | Analysis of boundary control for a multiple-input DC-DC converter topology | |
TWI815225B (en) | power conversion device | |
CN106849201B (en) | A kind of STATCOM system charge control method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130927 |