RU2499347C1

RU2499347C1 - Three-phase controller of ac voltage with protection

Info

Publication number: RU2499347C1
Application number: RU2012146040/07A
Authority: RU
Inventors: Олеся Геннадьевна Брылина
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2013-11-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: device comprises an inlet terminal 1 for connection of a source of signal setting, a summator 2, an integrator 3, the first 4, second 5 and third 6 relay elements, the first 7, second 8, third 9, fourth 10, fifth 11, sixth 12, seventh 13, eighth 14 and ninth 15 comparators, the first 16, second 17 and third 18 dynamic D-triggers, buses of voltage of a circuit of phases of A, B, C-terminals 19, 20, 21, the first 22-1, the second 22-2 and third 22-3, the fourth 22-4, the fifth 22-5, the sixth 22-6, the seventh 22-7, the eighth 22-8 and the ninth 22-9 power switches, a three-phase load with a zero outlet 23, the first 24-1, the second 24-2, the third 24-3, the fourth 24-4, the fifth 24-5, the sixth 24-6, the seventh 24-7, the eighth 24-8 and the ninth 24-9 sensors of conductivity, an arithmetic-logical device 25, a terminal "reset" 26, the first and second selectors of pulse duration 27 and 29, "Emergency disconnection outlet" 28, a terminal "Duplicating outlet of protection" 30.

EFFECT: increased reliability of an AC voltage controller by diagnostics of failures in power switches.

5 dwg

Description

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может использоваться в регуляторах температуры.The invention relates to power conversion technology and can be used in temperature controllers.

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. 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.Known multi-zone integrating deploying converter (MCI) (SU No. 1283801 G06G 7/12 declared. 05.22.85, publ. 15.01.87, bull. No. 2), containing adders, a group of parallel integrators, an odd number of relay elements. 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 the active components of the circuit and automatic commissioning of workable elements.

При незначительных схемных изменениях известный МРП может быть использован в составе регулятора переменного напряжения, когда выходы релейных элементов МРП подключены напрямую к информационным входам силовых ключей фаз А, В, С. Выходная координата регулятора переменного напряжения представляет собой «пакет» синусоидального сигнала, разделенного «нулевыми» паузами. Длительность «пакетов» и пауз определяется величиной сигнала управления. При этом длительности «пакета» и паузы должна соответствовать целому числу периодов напряжения сети, что нереализуемо в рамках известного технического решения в силу его схемотехнических особенностей.With minor circuit changes, the known MCI can be used as part of an AC voltage regulator, when the outputs of the MCI relay elements are connected directly to the information inputs of the power switches of phases A, B, C. The output coordinate of the AC voltage regulator is a "packet" of a sinusoidal signal separated by "zero Pauses. The duration of the "packets" and pauses is determined by the magnitude of the control signal. At the same time, the duration of the “packet” and the pause must correspond to an integer number of periods of voltage, which is not feasible within the framework of the well-known technical solution due to its circuitry features.

Известен МРП (SU №1183988, G06ПG/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, G06PG / 12 declared. 04/27/84, publ. 07.10.85, bull. No. 37), containing adders, integrator, relay elements, input and output terminals.

Устройство относится к классу автоколебательный частотно-широтно-импульсных систем (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 systems (CWPM) of 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 также не позволяет получить «пакет» из целого числа периодов напряжения сети на выходе блока силовых ключей.However, the known technical solution also does not allow to obtain a "package" from an integer number of periods of voltage on the output of the power switch block.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является многозонный регулятор переменного напряжения (патент SU №2408969, МПК Н06М 5/293, заявл. 23.12.09, опубл. 10.01.11, бюл. №1), содержащий последовательно включенные источник сигнала задания, первый сумматор, интегратор, 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 выходам соответствующих релейных элементов, три силовых ключа, 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 силового ключа соответственно, четвертый компаратор и динамический D-триггер, причем вход четвертого компаратора подключен к информационному входу первого силового ключа, 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 силового ключа.Closest to the proposed device is a multi-zone AC voltage regulator (patent SU No. 2408969, IPC Н06М 5/293, application form 23.12.09, publ. 10.01.11, bulletin No. 1), containing a reference signal source in series, the first adder, an integrator whose output is connected to the inputs of three relay elements, the outputs of which are connected to the inputs of the second adder, the output of which is connected to the second input of the first adder, three comparators, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding relay elements, three power switches, each of which is connected between the source of the corresponding phase of the three-phase voltage source and the load connected according to the star circuit with a zero output, the output of the second and third comparators are connected to the control input of the second and third power switches, respectively, the fourth comparator and the dynamic D-trigger, and the input of the fourth the comparator is connected to the information input of the first power switch, and the output is connected to the C-input of the D-trigger, the D-input of the D-trigger is connected to the output of the first comparator, and the output of the D-trigger is connected to the first input of the first power key.

Недостатком устройства-прототипа является отсутствие возможности диагностирования силовых ключей при возникновении в них катастрофических отказов.The disadvantage of the prototype device is the inability to diagnose power switches in the event of catastrophic failures.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении надежности регулятора переменного напряжения путем диагностирования отказов в силовых ключах.The basis of the invention is a technical problem, which consists in increasing the reliability of the AC voltage regulator by diagnosing failures in power switches.

Указанная техническая задача решается за счет того, что в трехфазный регулятор переменного напряжения с защитой, содержащий последовательно включенные источник сигнала задания - входная клемма, 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 компаратора соединен с D-входом первого динамического D-триггера, шины фаз А, В, С подключенные соответственно через первый, второй и третий силовые ключи к трехфазной нагрузке с нулевым выводом, причем шина фазы А подключена также к входу четвертого компаратора, выход которого подключен к С-входу первого динамического D-триггера, отличающийся тем, что введены пятый и шестой компараторы, а также второй и третий динамические D-триггеры, при этом входы пятого и шестого компараторов подключены к шинам фаз В и С соответственно, выходы пятого и шестого компараторов соединены с С-входами второго и третьего динамического D-триггера соответственно, дополнительно введены седьмой, восьмой и девятый компараторы, выходы которых подключены к входам сумматора, а их входы подключены к выходам первого, второго и третьего динамических D-триггеров соответственно, также дополнительно введены в фазу А четвертый и пятый силовые ключи, в фазу В шестой и седьмой силовые ключи, в фазу С восьмой и девятый силовые ключи, а нагрузка в каждой фазе представляет собой параллельное соединение трех резисторов, причем силовой выход первого, четвертого и пятого силового ключа соответственно подключен к первому, второму и третьему резистору фазы А, силовой выход шестого, второго и седьмого силового ключа соответственно подключен к первому, второму и третьему резистору фазы В, силовой выход восьмого, девятого и третьего силового ключа соответственно подключен к первому, второму и третьему резистору фазы С, выход первого динамического D-триггера подключен к управляющему входу первого, шестого и восьмого силового ключа, выход второго динамического D-триггера подключен к управляющему входу четвертого, второго и девятого силового ключа, выход третьего динамического D-триггера подключен к управляющему входу пятого, седьмого и третьего силового ключа, также введены девять датчиков проводимости, причем входы первого, четвертого и пятого датчика проводимости подключены к информационным выходам первого, четвертого и пятого силового ключа соответственно фазы А, входы шестого, второго и седьмого датчика проводимости подключены к информационным выходам шестого, второго и седьмого силового ключа соответственно фазы В, входы восьмого, девятого и третьего датчика проводимости подключены к информационным выходам восьмого, девятого и третьего силового ключа соответственно фазы С, дополнительно введено арифметическо-логическое устройство, которое имеет вход сброса соединенный с внешней клеммой «Сброс» и по три входа группы «а», «b» и «с», на первый, второй и третий вход группы «а» сигналы подключены соответственно с выходов первого, шестого и восьмого датчика проводимости, на первый, второй и третий вход группы «b» сигналы поступают соответственно с выходов четвертого, второго и девятого датчика проводимости, на первый, второй и третий вход группы «с» сигналы поступают соответственно с выходов пятого, седьмого и третьего датчиков проводимости, первый основной выход арифметическо-логичикого устройства подключен к первому селектору длительности импульсов, выход которого подключен к R-входам первого, второго и третьего динамического D-триггера и на выходную клемму устройства «Выход аварийного отключения», второй дополнительный выход арифметическо-логического устройства подключен через второй селектор длительности импульсов на выходную клемму устройства «Дублирующий выход защиты».The specified technical problem is solved due to the fact that in a three-phase AC voltage regulator with protection, containing a sequentially connected reference signal source - an input terminal, an adder, an integrator, the output of which 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 , of the second and third comparators, respectively, the output of the first comparator is connected to the D-input of the first dynamic D-flip-flop, the phase buses A, B, C are connected respectively through the first, second and third power keys to the three-phase load with zero output, and the phase A bus is also connected to the input of the fourth comparator, the output of which is connected to the C-input of the first dynamic D-trigger, characterized in that the fifth and sixth comparators, as well as the second and third dynamic D -triggers, while the inputs of the fifth and sixth comparators are connected to the phase buses B and C, respectively, the outputs of the fifth and sixth comparators are connected to the C-inputs of the second and third dynamic D-flip-flops, respectively, the seventh and eighth are additionally introduced the seventh and ninth comparators, the outputs of which are connected to the inputs of the adder, and their inputs are connected to the outputs of the first, second and third dynamic D-flip-flops, respectively, the fourth and fifth power switches are also additionally introduced into phase A, and the sixth and seventh power switches are into phase B, in phase C, the eighth and ninth power switches, and the load in each phase is a parallel connection of three resistors, and the power output of the first, fourth and fifth power switches are respectively connected to the first, second and third phase resistor A, the power output of the sixth, second and seventh power switch, respectively, is connected to the first, second and third phase B resistor, the power output of the eighth, ninth and third power switch, respectively, is connected to the first, second and third phase C resistor, the output of the first dynamic D-trigger connected to the control input of the first, sixth and eighth power switch, the output of the second dynamic D-trigger is connected to the control input of the fourth, second and ninth power key, the output of the third dynamic D-trigger To the control input of the fifth, seventh and third power switches, nine conductivity sensors are also introduced, the inputs of the first, fourth and fifth conductivity sensors being connected to the information outputs of the first, fourth and fifth power switches, respectively, of phase A, the inputs of the sixth, second and seventh conductivity sensors connected to the information outputs of the sixth, second and seventh power switch, respectively, phase B, the inputs of the eighth, ninth and third conductivity sensors are connected to the information outputs of the eighth, d the ninth and third power key, respectively, of phase C, an arithmetic-logic device is additionally introduced, which has a reset input connected to an external terminal “Reset” and three inputs of group “a”, “b” and “c”, to the first, second and third the input of group “a” the signals are connected respectively from the outputs of the first, sixth and eighth conductivity sensors, to the first, second and third input of the group “b” signals are received respectively from the outputs of the fourth, second and ninth conductivity sensor, to the first, second and third input of the group "C" signals p flow from the outputs of the fifth, seventh and third conductivity sensors, respectively, the first main output of the arithmetic-logic device is connected to the first pulse width selector, the output of which is connected to the R-inputs of the first, second and third dynamic D-flip-flops and to the output terminal of the emergency output device shutdown ”, the second additional output of the arithmetic-logic device is connected via a second pulse width selector to the output terminal of the“ Duplicate protection output ”device.

Техническим результатом предлагаемого устройства является его повышенная надежность и возможность автоматического диагностирования катастрофических отказов силовых ключей.The technical result of the proposed device is its increased reliability and the ability to automatically diagnose catastrophic failures of power switches.

Отличительной особенностью заявленного решения является то, что в трехфазный регулятор переменного напряжения дополнительно введены второй и третий динамические D-триггеры, с пятого по девятый компараторы, девять датчиков проводимости, арифметического-логическое устройство (АЛУ), два селектора длительности импульсов, клемма «Сброс», клемма «Выход аварийного отключения» и клемма «Дублирующий выход защиты». При этом нагрузка в каждой фазе представляет собой параллельное соединение трех резисторов, один из выводов которых соединен с шиной нулевого потенциала, а второй вывод подключен к шине соответствующей фазы напряжения сети с помощью соответствующего из трех силовых ключей, управление силовыми ключами осуществляется от трех D-триггеров. Причем силовой выход первого, четвертого и пятого силового ключа подключен к первому, второму и третьему резистору нагрузки фазы А, а информационные выходы этих же силовых ключей через первый, четвертый и пятый датчик проводимости соответственно подключены на входы АЛУ. Силовой выход шестого, второго и седьмого силового ключа соответственно подключен к первому, второму и третьему резистору нагрузки фазы В, а информационные выходы этих же силовых ключей через шестой, второй и седьмой датчик проводимости соответственно подключены на входы АЛУ. Силовой выход восьмого, девятого и третьего силового ключа соответственно подключен к первой, второй и третьей цепи нагрузки фазы С, а информационные выходы этих же силовых ключей через восьмой, девятый и третий датчик проводимости соответственно подключены на входы АЛУ. Изобретение поясняется чертежами:A distinctive feature of the claimed solution is that a second and third dynamic D-flip-flops, fifth to ninth comparators, nine conductivity sensors, an arithmetic logic device (ALU), two pulse duration selectors, and a reset terminal are additionally introduced into the three-phase AC voltage regulator , terminal “Emergency stop output” and terminal “Duplicate protection output”. In this case, the load in each phase is a parallel connection of three resistors, one of the terminals of which is connected to the bus of zero potential, and the second terminal is connected to the bus of the corresponding phase of the mains voltage using the corresponding of the three power switches, the power switches are controlled from three D-flip-flops . Moreover, the power output of the first, fourth and fifth power switch is connected to the first, second and third phase A load resistor, and the information outputs of the same power switches through the first, fourth and fifth conductivity sensors are respectively connected to the inputs of the ALU. The power output of the sixth, second, and seventh power switches is respectively connected to the first, second, and third phase B load resistors, and the information outputs of the same power switches are connected to the ALU inputs through the sixth, second, and seventh conductivity sensors, respectively. The power output of the eighth, ninth, and third power switches is respectively connected to the first, second, and third phase C load circuits, and the information outputs of the same power switches are connected to the ALU inputs through the eighth, ninth, and third conductivity sensors, respectively. The invention is illustrated by drawings:

Фиг.1 - функциональная схема предлагаемого устройства;Figure 1 - functional diagram of the proposed device;

Фиг.2а-ж - характеристики основных элементов регулятора напряжения;Figa-g - characteristics of the main elements of the voltage regulator;

Фиг.3 - временные диаграммы сигналов регулятора напряжения;Figure 3 - timing diagrams of the signals of the voltage regulator;

Фиг.4 - таблица состояния ключей, поясняющая работу АЛУ и РН;Figure 4 is a key status table explaining the operation of the ALU and the pH;

Фиг.5 - функциональная схема АЛУ.5 is a functional diagram of the ALU.

В состав устройства (фиг.1) входят последовательно включенные входная клемма 1, сумматор 2, интегратор 3, релейные элементы 4, 5, 6, компараторы 7, 8, 9 и компараторы 10, 11, 12, выходы последних подключены к С-входам первого 16, второго 17 и третьего 18 динамически-D-триггеров, а D-входы динамических D-триггеров 16, 17, 18 подключены к выходам первого 7, второго 8 и третьего 9 компараторов соответственно. Выходы динамических D-триггеров 16, 17, 18 подключены к входам седьмого 13, восьмого 14 и девятого 15 компараторов соответственно. Выходы седьмого 13, восьмого 14 и девятого 15 компараторов подключены к входам сумматора 2. Входы компараторов 10, 11 и 12 соединены с шинами фаз А, В, С соответственно. Шины фаз А, В, С - клеммы 19, 20, 21 подключены через первый 22-1, второй 22-2 и третий 22-3 силовые ключи к трехфазной нагрузке с нулевым выводом 23. В каждую фазу дополнительно введены еще по два силовых ключа, так в фазу А введен четвертый 22-4 и пятый 22-5 силовой ключ, в фазу В введен шестой 22-6 и седьмой 22-7 силовой ключ, в фазу С восьмой 22-8 и девятый 22-9 силовой ключ. При этом нагрузка 23 в каждой фазе представляет собой параллельное соединение трех резисторов. Выход первого динамического D-триггера 16 подключен к управляющим входам силовых ключей 22-1, 22-6 и 22-8. Выход второго динамического D-триггера 17 подключен к управляющим входам силовых ключей 22-4, 22-2 и 22-9. Выход третьего динамического D-триггера 18 подключен к управляющим входам силовых ключей 22-5, 22-7 и 22-3. Входы девяти датчиков проводимости 24-1…24-9 подключены к информационным выходам соответствующих силовых ключей 22-1…22-9. Выходы датчиков проводимости 24-1, 24-6 и 24-8 подключены на входы группы «а» АЛУ 25. Выходы датчиков проводимости 24-4, 24-2 и 24-9 подключены на входы группы «b» АЛУ 25. Выходы датчиков проводимости 24-5, 24-7 и 24-3 подключены на входы группы «с» АЛУ. Соответствующий вход АЛУ подключен к клемме «сброс» 26, первый основной выход АЛУ подключен к первому селектору длительности импульсов 27, выход которого подключен к R-входам первого 16, второго 17 и третьего 18 динамического D-триггера и на выходную клемму устройства «Выход аварийного отключения» 28. Второй дополнительный выход АЛУ подключен через второй селектор длительности импульсов 29 на дополнительную клемму «Дублирующий выход защиты» 30.The structure of the device (Fig. 1) includes input terminal 1, adder 2, integrator 3, relay elements 4, 5, 6, comparators 7, 8, 9 and comparators 10, 11, 12 connected in series, the outputs of the latter are connected to C-inputs the first 16, second 17 and third 18 are dynamically-D-flip-flops, and the D-inputs of dynamic D-flip-flops 16, 17, 18 are connected to the outputs of the first 7, second 8 and third 9 comparators, respectively. The outputs of the dynamic D-flip-flops 16, 17, 18 are connected to the inputs of the seventh 13, eighth 14, and ninth 15 comparators, respectively. The outputs of the seventh 13, eighth 14 and ninth 15 comparators are connected to the inputs of the adder 2. The inputs of the comparators 10, 11 and 12 are connected to the phase buses A, B, C, respectively. Phase A, B, C buses - terminals 19, 20, 21 are connected through the first 22-1, second 22-2 and third 22-3 power switches to a three-phase load with zero output 23. Two more power switches are additionally introduced into each phase So, the fourth 22-4 and fifth 22-5 power switch were introduced into phase A, the sixth 22-6 and seventh 22-7 power switch were introduced into phase B, and the eighth 22-8 and ninth 22-9 power switch were introduced into phase С. Moreover, the load 23 in each phase is a parallel connection of three resistors. The output of the first dynamic D-flip-flop 16 is connected to the control inputs of the power switches 22-1, 22-6 and 22-8. The output of the second dynamic D-flip-flop 17 is connected to the control inputs of the power switches 22-4, 22-2 and 22-9. The output of the third dynamic D-flip-flop 18 is connected to the control inputs of the power switches 22-5, 22-7 and 22-3. The inputs of nine conductivity sensors 24-1 ... 24-9 are connected to the information outputs of the corresponding power switches 22-1 ... 22-9. The outputs of the conductivity sensors 24-1, 24-6 and 24-8 are connected to the inputs of the ALU group “a” 25. The outputs of the conductivity sensors 24-4, 24-2 and 24-9 are connected to the inputs of the ALU 25 group “b”. The outputs of the sensors conductivities 24-5, 24-7 and 24-3 are connected to the inputs of the ALU group “c”. The corresponding ALU input is connected to the reset terminal 26, the first ALU main output is connected to the first pulse width selector 27, the output of which is connected to the R-inputs of the first 16, second 17 and third 18 dynamic D-flip-flops and to the output terminal of the emergency output device shutdowns "28. The second auxiliary output of the ALU is connected via the second selector of the pulse duration 29 to the additional terminal" Duplicate protection output "30.

В состав АЛУ 25 входят (фиг.5) три дешифратора 31, 32, 33 три логических элемента «6ИЛИ» 34, 35, 36, три логических элемента «2ИЛИ» 37 38, 39, логический элемент «3И-НЕ» 40 и логический элемент «3ИЛИ» 41.The structure of ALU 25 includes (Fig. 5) three decoders 31, 32, 33, three logical elements “6 OR” 34, 35, 36, three logical elements “2 OR” 37 38, 39, a logical element “3AND” 40 and a logical 3OR element 41.

Блоки трехфазного регулятора переменного напряжения имеют следующие характеристики (фиг.2).The blocks of a three-phase AC voltage regulator have the following characteristics (figure 2).

Сумматор 2 выполнен с равными коэффициентами передачи по каждому из входов. В дальнейшем считаем, что эти коэффициенты передачи равны 1,0.The adder 2 is made with equal transmission coefficients for each of the inputs. In the future, we believe that these transmission coefficients are equal to 1.0.

Интегратор 3 реализован с передаточной функцией вида W(p)=1/Т_Ир,The integrator 3 is implemented with a transfer function of the form W (p) = 1 / T _And p,

где Т_И - постоянная времени. Его выходной сигнал нарастает линейно при скачке входного воздействия со знаком, противоположным знаку входного сигнала (фиг.2а).where T _And - time constant. Its output signal increases linearly with a jump in the input action with a sign opposite to the sign of the input signal (figa).

Релейные элементы 4, 5, 6 (РЭ) имеют симметричную петлю гистерезиса и пороги переключения, удовлетворяющие условиюRelay elements 4, 5, 6 (RE) have a symmetrical hysteresis loop and switching thresholds that satisfy the condition

|±b₁|<|±b₂|<|±b₃|| ± b ₁ | <| ± b ₂ | <| ± b ₃ |

где |±b_i| - 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), где А - максимальный сигнал на выходе операционного усилителя, на базе которого традиционно реализуют РЭ 4, 5, 6.where | ± b _i | - switching thresholds of the corresponding relay elements 4, 5, 6. The output signal of each of the relay elements 4, 5, 6 varies discretely within ± A / 3 (fig.2b), where A is the maximum signal at the output of the operational amplifier, based which traditionally implement RE 4, 5, 6.

Компараторы 7, 8, 9 имеют неинвертирующую характеристику с нулевым значением порогов переключения, они предназначены для преобразования биполярного входного сигнала в однополярные импульсы (фиг.2в) и выполняют функции повторителей с таблицей истинностиComparators 7, 8, 9 have a non-inverting characteristic with zero switching thresholds, they are designed to convert a bipolar input signal into unipolar pulses (Fig.2c) and perform the functions of repeaters with a truth table

Входentrance ВыходExit А/3A / 3 1one -А/3-A / 3 00

где ±А - максимальное значение выходного сигнала сумматора 2.where ± A is the maximum value of the output signal of the adder 2.

Компараторы 10, 11, 12 имеют аналогичную характеристику компараторам 7, 8, 9 и переключаются в состояние «1» при положительной полуволне фазного напряжения (фиг.2д).Comparators 10, 11, 12 have a similar characteristic to comparators 7, 8, 9 and switch to state “1” with a positive half-wave of phase voltage (fig.2d).

Компараторы 13, 14, 15 являются безгистерезисными с порогом переключения «+С» (фиг.2г) и предназначены для преобразования однополярных импульсов в биполярные.Comparators 13, 14, 15 are hysteresis-free with a switching threshold of “+ C” (Fig. 2d) and are designed to convert unipolar pulses to bipolar pulses.

D-триггеры 16, 17, 18 являются динамическими и переключаются по переднему фронту импульса на С-входе в состояние, которое имеет D-вход (фиг.2е). Под действием сигнала логической «I» на R-входе D-триггеры 16, 17, 18 принудительно переключаются и удерживаются в состояние логического «0».D-flip-flops 16, 17, 18 are dynamic and switch on the leading edge of the pulse at the C-input to a state that has a D-input (Fig. 2e). Under the action of the logical “I” signal at the R-input, the D-flip-flops 16, 17, 18 are forcedly switched and held in the logical “0” state.

Силовые ключи 22-1…22-9 переходят в замкнутое положение при сигнале логической «I» на их управляющем входе.Power switches 22-1 ... 22-9 go into the closed position with a logical "I" signal at their control input.

Датчики проводимости 24-1…24-9 переключаются в состояние логической «1», если соответствующий силовой ключ 22-1…22-9 находится в замкнутом положении, и в состояние логического «0» - если силовой ключ разомкнут.Conductivity sensors 24-1 ... 24-9 switch to the logical "1" state if the corresponding power switch 22-1 ... 22-9 is in the closed position, and to the logical "0" state if the power switch is open.

АЛУ 25 предназначено для формирования сигнала аварийного отключения регулятора переменного напряжения с защитой при возникновении катастрофического отказа в одном или нескольких из силовых ключей 22-1…22-9.ALU 25 is designed to generate an emergency shutdown signal for an AC voltage regulator with protection in the event of a catastrophic failure in one or more of the power switches 22-1 ... 22-9.

Дешифраторы 31, 32, 33 в составе АЛУ 25 преобразуют двоичный код в десятичный.Decoders 31, 32, 33 as part of ALU 25 convert the binary code to decimal.

Логические элементы «6ИЛИ» 34, 35, 36 переключаются в состояние логической «1», если хотя бы одна из шести входных логических переменных равна «1».Logic elements “6 OR” 34, 35, 36 are switched to the state of logic “1” if at least one of the six input logical variables is equal to “1”.

Логические элементы «2ИЛИ» 37, 38, 39 формирует на выходе логическую «1», если хотя бы одна из двух входных логических переменных равна «1».The logic elements “2OR” 37, 38, 39 forms a logical “1” at the output, if at least one of the two input logical variables is “1”.

Логический элемент «3И-НЕ» 40 переходит в состояние логического «1», если хотя бы одна из трех входных логических переменных равна «0».The logic element "3I-NOT" 40 goes into the state of the logical "1" if at least one of the three input logical variables is equal to "0".

Выходной сигнал логического элемента «3ИЛИ» 40 равен «1», когда, по крайней мере, одна входная логическая переменная равна «1».The output signal of the logic element "3OR" 40 is equal to "1" when at least one input logical variable is equal to "1".

Селекторы длительности импульсов 27 и 29 формируют на выходе сигнал логической «1», если сигнал «1» на его входе по длительности превышает заданной время t_MIN (фиг.2ж). Выходной сигнал с первого селектора длительности импульсов 27 поступает на R-входы динамических D-триггеров 16, 17, 18 осуществляя их сброс в положение «О». Селекторы длительности импульсов 27, 29 позволяют избежать ложного отключения трехфазного регулятора переменного напряжения из-за кратковременных импульсов, вызванных разбросом параметров силовых ключей 22-1…22-9, логических элементов 34…41 АЛУ 25 и датчиков проводимости 22-1…22-9.The selectors of the duration of the pulses 27 and 29 form the output signal of the logical "1" if the signal "1" at its input in duration exceeds the specified time t _MIN (fig.2zh). The output signal from the first pulse width selector 27 is fed to the R-inputs of the dynamic D-flip-flops 16, 17, 18 by resetting them to the “O” position. The pulse duration selectors 27, 29 make it possible to avoid a false shutdown of the three-phase AC voltage regulator due to short-term pulses caused by the spread of parameters of power switches 22-1 ... 22-9, logic elements 34 ... 41 ALU 25 and conductivity sensors 22-1 ... 22-9 .

Принцип работы трехфазного регулятора переменного напряжения следующий.The principle of operation of a three-phase AC voltage regulator is as follows.

Если частота собственных автоколебаний трехфазного регулятора переменного напряжения намного ниже периода напряжения сети, то задержка, которую вносят динамические D-триггеры 16, 17, 18 является пренебрежимо малой и можно принять, что переключение первого релейного элемента 4, компаратора 7, динамического D-триггера 16 и компаратора 13 происходит синхронно с моментом времени выполнения условия Y_И(t)=|b₁|, т.е. когда выходной сигнал интегратора 3 достигает порога переключения первого РЭ 4.If the self-oscillation frequency of the three-phase AC voltage regulator is much lower than the mains voltage period, then the delay introduced by the dynamic D-flip-flops 16, 17, 18 is negligible and it can be assumed that the switching of the first relay element 4, comparator 7, of the dynamic D-flip-flop 16 and the comparator 13 occurs synchronously with the time the condition Y is fulfilled _And (t) = | b ₁ |, i.e. when the output signal of the integrator 3 reaches the switching threshold of the first RE 4.

Компараторы 7, 8, 9, динамические D-триггеры 16, 17, 18 и компараторы 13, 14, 15 через сумматор 2 вместе с интегратором 3 и релейными элементами 4, 5, 6 в совокупности образуют замкнутый контур регулирования и представляют собой систему с частотно- широтно-импульсной модуляцией.Comparators 7, 8, 9, dynamic D-flip-flops 16, 17, 18 and comparators 13, 14, 15 through an adder 2 together with an integrator 3 and relay elements 4, 5, 6 together form a closed control loop and represent a system with a frequency - pulse width modulation.

При X_BX=0 первый РЭ 4, имеющий минимальное значение порогов переключения ±b₁, оказывается в режиме автоколебаний (фиг.3в), а состояние двух других релейных элементов 5, 6 в зависимости от первоначальной ориентации их выходного сигнала равно, например, +А/3 и -А/3 соответственно (фиг.3д, е). Выходные сигналы РЭ 4, 5, 6 с помощью компараторов 7, 8 и 9 преобразуются в однополярный сигнал (фиг.3г), что необходимо для преобразования биполярных импульсов в однополярные и стыковки РЭ 4, 5, 6 с динамическими D-триггерами 16, 17, 18. Кроме того, компараторы 7, 8 и 9, воздействующие на D-вход, задают требуемое состояние динамических D-триггеров 16, 17, 18.When X _BX = 0, the first RE 4, having the minimum switching thresholds ± b ₁ , is in self-oscillation mode (Fig.3c), and the state of the other two relay elements 5, 6 depending on the initial orientation of their output signal is, for example, + A / 3 and -A / 3, respectively (Fig. 3d, e). The output signals of RE 4, 5, 6 with the help of comparators 7, 8 and 9 are converted into a unipolar signal (Fig. 3d), which is necessary for converting bipolar pulses to unipolar and docking RE 4, 5, 6 with dynamic D-triggers 16, 17 , 18. In addition, comparators 7, 8 and 9, acting on the D-input, set the desired state of the dynamic D-flip-flops 16, 17, 18.

Компараторы 10, 11, 12 переключаются в состояние «1» при формировании положительной полуволны фазного напряжения фаз А, В, С соответственно (фиг.3а, б).The comparators 10, 11, 12 are switched to the state “1” during the formation of a positive half-wave of the phase voltage of phases A, B, C, respectively (figa, b).

Динамические D-триггеры 16, 17, 18 переключаются по переднему фронту импульсов с выходов компараторов 10, 11, 12 в состояние, которое имеет их D-вход.Dynamic D-flip-flops 16, 17, 18 switch on the leading edge of the pulses from the outputs of the comparators 10, 11, 12 to the state that their D-input has.

В частности, компаратор 10 формирует импульсы «1» синхронно с «положительной» полуволной напряжения фазы А (фиг.3а, б). Первый РЭ 4 задает необходимое состояние компаратора 7 и первого динамического D-триггера 16, в которое он переключается по первому импульсу, совпадающему с сигналом «1» на выходе компаратора первой группы 7 (фиг.3б, г, ж). Выключение первого динамического D-триггера 16 происходит по первому импульсу компаратора 10 в пределах «нулевого» состояния компаратора 7 (фиг.3б, г, ж). В результате на интервале t₀₁-t₀₂ (фиг.3ж) на одном из резисторов R нагрузки 23 в каждой фазе формируется «нулевая» пауза.In particular, the comparator 10 generates pulses "1" synchronously with the "positive" half-wave voltage of phase A (figa, b). The first RE 4 sets the necessary state of the comparator 7 and the first dynamic D-flip-flop 16, 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.3b, d, g). The first dynamic D-flip-flop 16 is turned off by the first pulse of the comparator 10 within the “zero” state of the comparator 7 (fig.3b, d, g). As a result, in the interval t ₀₁ -t ₀₂ (Fig.3g) on one of the resistors R of the load 23 in each phase a "zero" pause is formed.

Таким образом, в режиме частотно-широтно-импульсной модуляции работают силовые ключи 22-1, 22-6 и 22-8 (фиг.3ж), постоянно включены силовые ключи 22-4, 22-2 и 22-9 (фиг.3з), а в состоянии «выключено» находятся силовые ключи 22-5, 22-7, 22-3 (фиг.3и).Thus, in the mode of frequency-pulse-width-pulse modulation, power switches 22-1, 22-6 and 22-8 work (Fig.3zh), power switches 22-4, 22-2 and 22-9 are constantly turned on (Fig.3z) ), and in the “off” state are power switches 22-5, 22-7, 22-3 (Fig. 3i).

При другом входном сигнале, например, при X_BX=A все релейные элементы 4, 5, 6 переключаются в состояние -А/3, компенсируя, таким образом, входной сигнал с клеммы 1, а все силовые ключи 22-1…22-9 выключаются. В диапазоне входного сигнала A/3<X_BX<A (вторая положительная модуляционная зона) первый РЭ 4 находится в режиме ЧШИМ переключений включено/выключено, а второй и третий РЭ 5 и 6 в статическом состоянии -А/3, при этом соответствующие первому РЭ 4 силовые ключи 22-1, 22-6, 22-8 работают в импульсном режиме включено/выключено (1/0), а остальные силовые ключи 22-4, 22-5, 22-2, 22-7, 22-9, 22-3 постоянно разомкнуты. В диапазоне входного сигнала -A/3<X_BX<A/3 (первая модуляционная зона, по аналогии со случаем X_BX=0) первый РЭ 4 также остается в режиме автоколебаний и соответствующие ему силовые ключи 22-1, 22-6, 22-8 находятся в режиме переключений (1/0). При этом второй 5 и третий 6 РЭ работают в статических и противоположных по знаку состояниях, например, +А/3 и -А/3, что обеспечивает статический режим работы соответствующих силовых ключей. В частности, силовые ключи 22-4, 22-2, 22-9 могут быть замкнуты, а силовые ключи 22-5, 22-7, 22-3 разомкнуты. При изменении входного сигнала в диапазоне -A<X_BX<-A/3 (вторая «отрицательная» модуляционная зона) РЭ 5 и 6 переключаются в статическое состояние А/3, поэтому соответствующие им силовые ключи 22-4, 22-5, 22-2, 22-7, 22-9, 22-3 оказываются замкнутыми. РЭ 4 по-прежнему остается в режиме автоколебаний, что обеспечивает режим ЧШИМ переключений силовых ключей 22-1, 22-6, 22-8. Наконец, при X_BX=-A все релейные элементы 4, 5, 6 оказываются в состояние A/3, и все силовые ключи 22-1…22-9 включаются.With a different input signal, for example, with X _BX = A, all relay elements 4, 5, 6 switch to the state -A / 3, thus compensating for the input signal from terminal 1, and all power switches 22-1 ... 22-9 turn off. In the input signal range A / 3 <X _BX <A (second positive modulation zone), the first RE 4 is in the PWM mode on / off, and the second and third RE 5 and 6 are in the static state -A / 3, while corresponding to the first RE 4 power switches 22-1, 22-6, 22-8 operate in pulse mode on / off (1/0), and the remaining power switches 22-4, 22-5, 22-2, 22-7, 22- 9, 22-3 are constantly open. In the input signal range -A / 3 <X _BX <A / 3 (the first modulation zone, by analogy with the case X _BX = 0), the first RE 4 also remains in self-oscillation mode and the corresponding power switches 22-1, 22-6, 22-8 are in switching mode (1/0). In this case, the second 5 and the third 6 RE work in static and opposite sign states, for example, + A / 3 and -A / 3, which provides a static mode of operation of the corresponding power switches. In particular, power switches 22-4, 22-2, 22-9 can be closed, and power switches 22-5, 22-7, 22-3 open. When the input signal changes in the range -A <X _BX <-A / 3 (second "negative" modulation zone) RE 5 and 6 switch to the static state A / 3, therefore the corresponding power switches 22-4, 22-5, 22 -2, 22-7, 22-9, 22-3 are closed. RE 4 still remains in self-oscillation mode, which provides the mode of PWM switching of power switches 22-1, 22-6, 22-8. Finally, with X _BX = -A, all relay elements 4, 5, 6 are in the A / 3 state, and all power switches 22-1 ... 22-9 are turned on.

В результате не зависимо от величины входного сигнала X_BX, все фазы напряжения сети оказываются загруженными по току в равной мере, что улучшает энергетические характеристики и надежность системы в целом.As a result, regardless of the value of the input signal X _BX , all phases of the mains voltage are equally loaded with current, which improves the energy characteristics and reliability of the system as a whole.

В реальной системе выходной сигнал интегратора 3 (фиг.4г) превышает пороговый уровень релейного элемента 4, находящегося в режиме автоколебаний на малую, по сравнению с длительностью «пакета» синусоид, величину |Δb₂₁|=|Δb₂₂|, что вызвано задержкой, вносимой соответствующим из динамических D-триггеров 16, 17, 18. Однако эта задержка соответствует одному периоду напряжения сети и при частоте собственных автоколебаний регулятора переменного напряжения с защитой, исчисляемой долями или единицами герц, может не учитываться.In a real system, the output signal of the integrator 3 (Fig. 4d) exceeds the threshold level of the relay element 4, which is in the self-oscillation mode, by a small value, in comparison with the duration of the "packet" of sinusoids, | Δb ₂₁ | = | Δb ₂₂ |, which is caused by the delay, introduced by the corresponding dynamic D-flip-flops 16, 17, 18. However, this delay corresponds to one period of the mains voltage and at the frequency of self-oscillations of the AC voltage regulator with protection, calculated in parts or units of hertz, may not be taken into account.

Рассмотрим процесс диагностирования состояния силовых ключей трехфазного регулятора переменного напряжения с защитой.Consider the process of diagnosing the state of power switches of a three-phase AC voltage regulator with protection.

Примем, что датчики проводимости 24-1, 24-6, 24-8, подключенные к силовому переходу ключей 22-1, 22-6, 22-8, формируют разряды Q₀, Q₁ и Q₂ двоичного кода группы «а» (фиг.4), где Q₀ - младший, a Q₂ - старший разряды. Выходные сигналы датчиков проводимости 24-1, 24-6, 24-8 поступают на первый дешифратор 30 АЛУ 25.We assume that the conductivity sensors 24-1, 24-6, 24-8, connected to the power junction of the keys 22-1, 22-6, 22-8, form bits Q ₀ , Q ₁ and Q _{2 of the} binary code of group “a” (Fig. 4), where Q ₀ is the lowest, and Q ₂ is the highest level. The output signals of the conductivity sensors 24-1, 24-6, 24-8 are fed to the first decoder 30 ALU 25.

Силовые ключи 22-4, 22-2, 22-9 и подключенные к ним датчики проводимости 24-4, 24-2, 24-9 формируют разряды Q₀, Q₁ и Q₂ группы «b». Выходные сигналы датчиков проводимости 24-4, 24-2, 24-9 поступают на второй дешифратор 31 АЛУ 25 (фиг.4).Power switches 22-4, 22-2, 22-9 and conductivity sensors 24-4, 24-2, 24-9 connected to them form the bits Q ₀ , Q ₁ and Q _{2 of} group “b”. The output signals of the conductivity sensors 24-4, 24-2, 24-9 are fed to the second decoder 31 ALU 25 (figure 4).

Силовые ключи 22-5, 22-7, 22-3 и датчики проводимости 24-5, 24-7, 24-3 участвуют в формировании сигналов Q₀, Q₁ и О₂ группы «с» (фиг.4). Выходные сигналы датчиков проводимости 24-5, 24-7, 24-3 поступают на третий дешифратор 32 АЛУ 25.Power switches 22-5, 22-7, 22-3 and conductivity sensors 24-5, 24-7, 24-3 are involved in the formation of signals Q ₀ , Q ₁ and O ₂ group "C" (figure 4). The output signals of the conductivity sensors 24-5, 24-7, 24-3 are fed to the third decoder 32 ALU 25.

При исправном состоянии силовых ключей 22-1…22-9 регулятора переменного напряжения в каждой группе «а», «b» или «с» будет формироваться двоичная последовательность (000)(000)(000) или (111)(111)(111), что соответствует десятичному числу 0 или 7 (первые две строки в кодовой таблице на фиг.4). Таким образом, исправное состояние силового ключа регулятора напряжения характеризуется двумя десятичными числами: 0 и 7. Любое отклонение от этой числовой последовательности свидетельствует о сбое в работе силовых ключей, что может явиться результатом как выхода из строя непосредственно силового ключа, так и элементов его управления. В этом случае на одном из входов элементов 37, 38, 39 присутствует "1", которая обеспечивает "0" на выходе логического элемента 40 АЛУ 25.When the power switches 22-1 ... 22-9 of the AC voltage regulator are in good condition, a binary sequence (000) (000) (000) or (111) (111) will be generated in each group “a”, “b” or “c” 111), which corresponds to the decimal number 0 or 7 (the first two lines in the code table in figure 4). Thus, the working condition of the power switch of the voltage regulator is characterized by two decimal numbers: 0 and 7. Any deviation from this numerical sequence indicates a malfunction of the power switches, which may result from a failure of the power switch itself or from its control elements. In this case, “1” is present at one of the inputs of the elements 37, 38, 39, which provides “0” at the output of the logic element 40 of the ALU 25.

При возникновении отказа в каком-либо из силовых ключей десятичная последовательность 0 или 7 заменяется одним из чисел ряда 1, 2, 3, 4, 5, 6 (фиг.4, строки №3…8). В результате логические элементы 37, 38, 39 переходят в "0", обеспечивая сигнал "1" аварийного отключения регулятора переменного напряжения на выходе логического элемента 40. Одновременно хотя бы один из логических элементов 34, 35, 36 переходит в "1", формируя на выходе логического элемента 41 дублирующий сигнал аварийного отключения регулятора переменного напряжения, например, за счет силового автоматического выключателя.If a failure occurs in any of the power keys, the decimal sequence 0 or 7 is replaced by one of the numbers in the series 1, 2, 3, 4, 5, 6 (Fig. 4, lines No. 3 ... 8). As a result, the logic elements 37, 38, 39 go to "0", providing the signal "1" emergency shutdown of the AC voltage regulator at the output of the logical element 40. At the same time, at least one of the logical elements 34, 35, 36 goes into "1", forming at the output of the logic element 41, a backup signal for emergency shutdown of the AC voltage regulator, for example, due to a power circuit breaker.

Таким образом, рассмотренный трехфазный регулятор переменного напряжения обладает повышенной надежностью, благодаря возможности диагностирования состояния его силовых ключей.Thus, the considered three-phase AC voltage regulator has increased reliability, due to the possibility of diagnosing the state of its power switches.

Claims

A three-phase AC voltage regulator with protection, containing a sequentially connected reference signal source - an input terminal, an adder, an integrator, the output of which 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 comparator connected to the D-input of the first dynamic D-flip-flop, phase buses A, B, C, connected respectively through the first, second and third power switches to a three-phase load with zero output, p why the phase A bus is also connected to the input of the fourth comparator, the output of which is connected to the C-input of the first dynamic D-flip-flop, characterized in that the fifth and sixth comparators, as well as the second and third dynamic D-flip-flops, are introduced, while the inputs of the fifth and sixth comparators are connected to the phase buses B and C, respectively, the outputs of the fifth and sixth comparators are connected to the C-inputs of the second and third dynamic D-flip-flops, respectively, the seventh, eighth and ninth comparators are added, the outputs of which are connected to the input Am of the adder, and their inputs are connected to the outputs of the first, second and third dynamic D-flip-flops, respectively, the fourth and fifth power switches are also additionally introduced into phase A, the sixth and seventh power switches are in phase B, and the eighth and ninth power keys are in phase C keys, and the load in each phase is a parallel connection of three resistors, and the power output of the first, fourth and fifth power switches are respectively connected to the first, second and third phase A resistors, the power output of the sixth, second and seventh power to the cell is respectively connected to the first, second and third phase B resistors, the power output of the eighth, ninth and third power switches is respectively connected to the first, second and third phase C resistors, the output of the first dynamic D-trigger is connected to the control input of the first, sixth and eighth power keys, the output of the second dynamic D-trigger is connected to the control input of the fourth, second and ninth power keys, the output of the third dynamic D-trigger is connected to the control input of the fifth, seventh and third power switches, nine conductivity sensors have also been introduced, the inputs of the first, fourth and fifth conductivity sensors being connected to the information outputs of the first, fourth and fifth power switches of phase A, respectively, the inputs of the sixth, second and seventh conductivity sensors are connected to the information outputs of the sixth, second and seventh power keys, respectively, of phase B, the inputs of the eighth, ninth and third conductivity sensors are connected to the information outputs of the eighth, ninth and third power keys, respectively phase C, an arithmetic-logic device is additionally introduced, which has a reset input connected to the external “Reset” terminal and three inputs of group “a”, “b” and “c”, to the first, second and third inputs of group “a” "The signals are connected respectively from the outputs of the first, sixth and eighth conductivity sensors, to the first, second and third inputs of group" b "the signals are received respectively from the outputs of the fourth, second and ninth conductivity sensors, to the first, second and third inputs of group" c come respectively from the outputs of the fifth, of the seventh and third conductivity sensors, the first main output of the arithmetic logic device is connected to the first pulse width selector, the output of which is connected to the R-inputs of the first, second and third dynamic D-flip-flops and to the output terminal of the device "Emergency shutdown output", the second additional output arithmetic-logical device is connected through a second selector pulse duration to the output terminal of the device "Duplicate protection output".