SU1039005A1 - Цифровое устройство дл коммутации симистора - Google Patents

Abstract

ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОММУТАЦИИ СИМИСТОРА,содержащее блок синхронизации, вход которого предназначен дл  подключени  через резистивный делитель к питающей сети, а выход подключен к соответствующим входам преобразовател  кода числа в-уровень напр жени , выполненный в виде временного распределител , включающего в себ  последовательно соединенные счетчик с дешифратором и RS-триггеры, под- . ключенные к входам элемента ИЛИ и выходам дешифратора, выходы кото- . рого подключены к входзам блока сравнени , генератор заполн ющих импульсов, выход которого подключен к соответствующему входу вышеуказанного преобразовател , задатчик. тока нагрузки, отличающеес  тем, что, с целью увеличени  быстродействи  и упрощени , оно снабжено инвертором, инвертором пол рности , элементом 2 ИЛИ-НЁ, шестью диодами, а блок сравнени  включает два компаратора с подключенными на их выходе управл емыми ключами, выходы которых объединены и предназначены дл  подключени  к управл ющему электроду симистора, причем вход инвертора пол рности подключен к средней точке резистивного делител  и через первый диод к управл ющему входу первого управл ющего ключа и первому входу элемента 2 ИЛИ-НЕ, выход инвертора через второй диод подключен к управл ющему входу второго управл емого ключа и к второму входу элемента 2 ИЛИ-НЕ, (Л выход которого через третий диод подключен к инвертирующему входу первого компаратора и через инвертор и четвертый диод к пр мому входу второго компаратора, выход задатчика тока нагрузки через п тый диод подключен к инвертирующему входу первого компаратора и через шестой диод к неинвертирующему входу 10 второго компаратора, а выход преобразовател  кода подключен к объеди:О ненным неинвертирующему входу первого компаратора и инвертирующему входу .второго компаратора.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к след щим системам с цифровым представлением информации, и может быть использовано дл  управлени  технологическими процессами в вакуумной технике, в блоках управлени  оптических квантовых генераторов, в системах позиционировани  с возбужденным состо нием исполнительного органа при быстротекущих электронных процессах и при расширенной информативности о фазовых сдвигах в системах прецезионного позиционировани .

Известны устройства дл  коммутации тиристоров (симисторов). Общеприн тым способом коммутации  вл етс  управление по вертикальному способу, которое заключаетс  в том, что синхронно с питающим напр жением переменного тока, в цепь которого последовательно с нагрузйгой включен тиристор (симисюр, возбуждают генератор пилообразного напр жени , зар жающий емкость. Если стабилизирован ток зар да, напр жение на емкости возрастает линейно . При определенном уровне этого напр жени  обеспечивают формирование (например на операционном усилителе), которым поджигают т.иристор ( симистор) в широтной области полупериода синусоидального напр жени .

Если на управл ющий вход генератора пилообразного напр жени  подано напр жение управлени ,. которое к моменту начала формировани  пи- . лы зар 5йает емкость до некоторого уровн , то момент срабатывани  формирователем смещаетс  в широтном диапазоне полупериода синусоиды упом нутого напр жени .

Указанный способ характеризуетс  недостаточной точностью коммутации, котора  св зана с качеством стабилизации тока, зар жающего емкость, и с наличием самой емкости, котора  имеет токи утечки, измен ет ТКЕ (температурный коэффициент) и т.д. Схемы такого рода из-за наличи  емкости трудно поддаютс  микроминиатюризации .

Известно устройство, которое содержит фильтр, подключенный через генератор тактовой частоты, счетчик т,екущего значени  кода фазового сдвига, ключ, счетчик импульсов и дешифратор к входу триггера управлени , выходом подключенного к входу ключа, а управл ющий вход через блок сравнени  - к выходам регистра записи кода фазового сдвига и счетчиков текущего значени  кода фазового сдвига, выходы которого через генератор тактовой частоты и нуль-орган подключены к выходу фильтра, а также элементы И, ИЛИ, л

дополнительные ключи, триггеры и |Счетчик временного интервала.

ч

В указанном устройстве формирование выходного импульса, задержанного на врем , соответствующее коду фазового сдвига, осуществл етс  с помощью регистра-записи кода фазового сдвига, блока сравнени  и двоичного счетчика текущего значени  кода фазового сдвига, а распределение импульсов на тиристоры осуществл етс  с помощью ключа., триггера управлени  ключем, системы распределени  импульсов, дешифратора 1.

Однако устройство дл  коммутации симистора, управл емого двухпол рными импульсами тока при соответствующей пол рности.на аноде-катоде затрудн ет возможность согласовани  с цифровой информацией и не обеспечивает точность позиционировани  системы, где устройство используетс

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  устройство ДЛЯимпульсно фазового управлени , содержащее блок синхронизации , вход которого предназначен дл  подключени  через резистивный делитель к питающей сети, а выход к соответствующим входам преобразовател  кода числа в уровень напр жени , выполненный в виде временног распределител , включак цего в себ  счетчик с дешифратором и RS-триггеры , подключенные к входам элемента ИЛИ и выходом дешифратора, выходы которого подключены к входам блока сравнени , генератор заполн ющих . импульсов, выход которого подключен к соответствующему входу указанного преобразовател , задатчик тока нагрузки Г 2.

Однако в св зи с тем, что устройство дл  импульсно-фазового управлени  с сопр женной ЭВМ работает в реальном масштабе времени, дл  р да быстротекущих процессов с обратными св з ми его быстродействие недостаточно из-за длинных линий св зи , которые можно упразднить если . осуществл ть логические операции преобразовани  в одном автономном блоке. Это снизит переходное волновое сопротивление, емкость монтажа и т.д. При этом быстродействие может быть улучшено дополнительно, если увеличить ток поджига тиристоров (симистора), что согласно диаграг-1м находитс  в нелинейной функциональной зависимости с увеличением быстродействи  на пор док при предельных значени х тока поджига в сравнении с минимальными токами.

Цель изобретени  - увеличение быстродействи  и упрощение устройства .

.Поставленна  цель достигаетс  тем, что цифровое устройство дл  коммутации симистора снабжено инвертором , инвертором пол рности, эле-, ментом 2 НЛИ-НЕ,шестью диодами, а блок сравнени  включает два компаратора с подключенными на их выходе управл емыми ключами, выходы которых объединены и предназначены дл  подключени  к управл ющему электроду симистора, причем вход . инвертора пол рности подключен к средней точке резистивного делител  и через первый диод к управл ющему входу первого управл емого ключа и первому входу элемента 2 ИЛН-НЕ, выход инвертора через второй диод подключен к управл ющему входу второго управл емого ключа и к второму входу элемента 2 ИЛИ-НЕ, выход которого через третий диод подключен к инвертирующему входу первого компаратора и через инвертор и четвертый диод к пр мому йходу второго компаратора, выход задатчика тока нагрузки через п тый диод подключен к инвертирующему входу первого компаратора и через шестой диод к неинвертирующему входу второго компаратора, а выход преобразовател  кода подключен к объединенным неинвертирующему входу первого компаратора и инвертирующему входу второго компаратора.

Така  структура схемы позвол ет использовать дл  коммутации симистора цифровую информацию расширенных фазовых ра ссогласований при расширенной информативности. Это увеличивает точность позиционировани . Кроме того, оптимальна  отсечка тока управлени  после поджига симистора увеличивает надежность его работы.

На фиг. 1 изображена функциональна  схема устройства; .2 - диаграммы, по сн ющие его работу, на фиг. 3 - структура преобразовател  кодовой комбинации чисел в уровень напр жени .

На фиг. 2 обозначены: А- диаграмма на выходе преобразовател  кодовой комбинации чисел при уставке задатчика на потенциал (+ Lgg)

5 - диаграмма переменного напр жени  питани  частотой f, где X диапазон изменени  угла поджига симистора при возникновении фазового рассогласовани  в одну сторону (-utf,} и V диапазон функционально зависимым от скррости изменени 

-1 dV

фазового рассогласовани  ( д ); В и Г - диаграммы состо ний компараторов в соответствии с диаграммой .А. Устройство дл  цифровой коммутации симистора содержит (,фиг. ij генератор 1 заполн ющих импульсов.

счетчик 2 формировани  номинального поджига симистора, преобразователи 3-5 кодовой комбинации чисел в уровень напр жени , компараторы б, и 7, элемент 2 ИЛИ-НЕ 8, диодные матрицы 9 и 10, задатчик 11 тока нагрузки, инвертор 12, управл емые ключи 13и 14, резистор 15 управл ющего электрода симистора 16, элемент .1ИЛИ 17, нагрузку 18, резистивный дели;тель включающий резисторы 19 и 20, детектор 21 нул , инвертор 22 пол рности питающего напр жени  переменного тока, диодную матрицу 23 с диодами 24 и 25, при этом каждый преобразователь кодовой комбинации чисел в уровень напр жени  (фиг.. 3) включает дешифратор 26, триггеры 27,27 и подключенный к выходам триггеров многовходовый элемент ИЛИ 17.

. Детектор 21 нул  служит дл  формировани  строб-импульса при переходе питающего переменного напр жени  через нуль (фиг. 2, S) , Этим импульсом производитс  сброс счетчика 2 формировани  номинального

поджига, а также установка триггеров преобразовател  3 в исходное состо ние в начале каждого полупериода .

Генератор 1 заполн ющих импульсов

обеспечивает заполнение счетчика 2 формировани  номинального поджига .после каждого сброса этого счетчика по Р-входу.

Преобразователи 3-5 служат дл 

преобразовани  кодовой комбинации чисел на триггерах счетчиков ( на фиг. 1 изобра сен только счетчик 2 номинального поджига), в ступенчато возрастающий уровень напр жени 

(фиг.2, А) , который сравниваетс  на компараторах б и 7 с уровнем ( напр жени  задатчика 11 . тока нагрузки 18. Ксжотаратор б обеспечивает коммутацию симистора 16

-через открытый только в положительные полупериоды (фиг. 2 Б и Г) управл енаай ключ 13, а компаратор 7 - отрицательными импульсами через открытый только в отрицательные полупериоды (фиг. 2 Б и В), управ . л емый ключ 14, элемент 2 ИЛИ-НЕ 8 при коммутации симистора 16 по ка-, налу обратной св зи, включающего диоднуЬ) матрицу 23 и инвертор 22

пол рности, формирует 1 - импульс,

возвращающий компараторы б и 7

в исходное состо ние. Этим обеспечиваетс  отсечка управл ющего тока симистора 16 при его поджиге.

Устройство дл  цифровой коммутации симистора работает следующим образом..

При переходе синусоиды питающего напр жени  частотой (фиг. 1) через

нуль детектор 21 нул  вырабатывает

строб-импульс, которым счетчик 2 формировани  номиналь ого поджига обнулен, а также триггеры преобразовател  3 кодовой комбинации чисел в уровень напр жени . С окончанием

строб-импульса счетчик 2 заполн етс  импульсами генератора 1, а упом нутый преобразователь 3 вырабатывает ступенчато возрастающий уровень (фиг. 2, А) . Пусть два других преобразовател  4 и 5 с групповыми числовыми входами X и У обеспечивают нулевуюинформацию. На сравнивающие входы компараторов б и 7 поступаю т уровни напр жений: ступенчато возрастающий (фиг. 2, А) и посто нный уровень напр жени  (.+ U,,} с выхода задатчика 11. В исходном состо нии компаратор 6 находитс  в минус-состо нии (фиг. 2,Г) , так как напр жение (.-(- и 2(5) приложено к его инвертирующему входу, а ступенчато возрастающее напр жение ( + ,p ) до момента, когда (+ U{--r n)станет равным (+ прило ено к неинвертирующему входу. , После достижени  равенства (+ U(s-fvjf, + ) компаратор 6 переходит в плюс-состо ние (фиг. 2, Г),

обеспечива  коммутацию сймистора 16 через управл емый ключ 13, наход щийс  в открытом состо нии, и ограничительный резистор 15 при пол рности напр жени  на электродах сймистора , соответствуюи;ей возможности его поджига плюс-импульсом. Одновременно со срабатывани ми компаратора б в -каждый полупериод питающего напр жени  (фиг. 2, 5) срабатывает компаратор 7, переход щий в минус-состо ние.

Поджиг сймистора минус-импульсом может происходить только в отрицательные полупериоды при-открытом состо нии управл емого ключа 14. Синхронное открывание ключей 13 и 14 в соответствии с пол рностью на электродах сймистора 16 обеспечиваетс  цепью, состо щей из резистора 19, инвертора 22 пол рности и диодной матрицы 23. При плюс-по рности на аноде сймистора прово щий диод 24 диодной матрицы 23 обеспечивает плюсовый импульс на управл ющий вход ключа 13, подготавлива  возможность его открьшани  положительным и myльcoм от срабатывани  компаратора 6. В тот же полуериод диод 25 матрицы 23, подклюенный к выходу инвертора 22 пол рности , закрыт отрицательным импульом в результате инвертировани  оложительного импульса в течение всего полупериода, что обеспечивает закрытое состо ние 14. После коммутации сймистора 16 в точке М .фиг, 2 А и Б) его внутреннее соротивление приближенно может быть .

прин то равным нулю, т.е. анод сймистора эквипотенциален шийе общий

На обоих выходах диодной мат

рицы 23 возникает О потенциал, ( инвертор 22 пол рности инвертирует только пол рный импульс, но не О потенциал). На выходе элемента 2 ИЛН-НЕ 8 возникает 1 - потенциал, который через диодную матрицу 10 поступает на инвертирующий вход компаратора 6, обеспечива  его переход в минус-состо ние (фиг. 2,Г) . Навыходе инвертора 12 1 - потенциал преобразуетс  в О - потенцйал, который через разв зывающую диодную матрицу 10 поступает на плюс-вход компаратора-7, обеспечива  его переход в исходное полюс-состо ние (фиг. 2,5).

Таким образом, компараторы 6 и 7 вырабатывают короткие импульсы, длительность которых достаточна дл  поджига сймистора, причем обеспечиваетс  оптимальна  отсечка управл ющего тока.

Поджиг сймистора отрицательным импульсом управлени  осуществл етс  при открытом ключе 14 и закрытом ключе 13 в отрицательный полупериод питающего напр жени  частотой f (фиг. 2,5) аналогично рассмотренному циклу коммутаций в положительный полупериод.

Широтное положение точки М коммутации сймистора (фиг. 2, Г) при выбранной частоте генератора заполн ющих импульсов и емкости счетчика 2 формировани  номинального поджига определ ютс  уровнем напржени  ( К)на выходе задатчика 11, т.е. задатчиком определена номинальна  фаза сймистора 16 и ток в нагрузке 18.

Рассмотрим работу устройства при поступлении на цифровые X, У-входы (фиг. 1, 3) информации со счетчиков расширени  фазы и скорости изменени  Фазы (не изображены), посредством которых осуществл етс  прецизионное позиционирование параметра при действии возмущающих факторов. Введем сокращенные наименвани  Х-счетчик и У-счетчик.

Пусть Х-счетчик заполн етс  информацией фазового рассогласовани , обеспечива  кодовую комбинацию чиceirv преобразующуюс  в дешифраторе 26 (фиг. 3) в числовую последовательность 0,1,... И- По мере заполнени  Х-счетчика срабатывают триггеры 27-27у, слева направо (фиг. 3) Поскольку потенциал питани  ка -щого последующего триггера больше предыдущего Uj,-7 ,...7U Hi выходе многовходового элемента ИЛИ 28 будет ступенчато возрастающий потенциал ( ступенчато уменьшающийс 

если последовательность U Uy,,.,. U UoПри объединении шин выхода двух преобразователей на общей объединенной шине происходит арифметическое суммирование ( вычитание) уровней, что смещает точку М (фиг, 2, Д) в широтном диапазоне полупериода си-нусоиды (фиг. 2, f) , измен   потенциал на соответствующих входах сравнени  компараторов 6 и 7.

Дл . У-счетчика преобразователь 5 обеспечивает смещение точки АЛ в противоположном направлении, так как смещает потенциал на другоп входе каждого из упом нутых компараторов ..

Это содействует избирательному действию системы регулировани : при возникающей отработке фазового рассогласовани  в сторону уменьшени  фазового сдвиг.а последний, пропорциональный числу, накопленному Х-счетчиком, измен етс  в зависимости от величины вектора У (фиг. 2,. 6) : если скорость изменени  фазы больша , то вектор у большой , а фаза поджига (заполнение синусоиды, фиг. 2 &) мала  с упреждениемпротив перебега (и колебательности).

Если скорость изменени  фазового рассогласовани  мала , то вектор У также сравнительно мал ( или равен нулю)- имеет место интенсивна  отработка за счет большого заполнени  полупериода синусоиды {фиг.25 Это увеличивает интенсивность отработки рассогласовани  и увеличивает вектор V при подходе системы к состо нию синфазности - номинальному поджигу. Вектор обеспечивает упреждающее заполнение, ока-зыва  тормоз щее вли ние против перебега, выполн   роль демпфера. Таким образом, имеет место противодействие колебательности процесса регулировани  с гибкой обратной св .зью заполнени  синусоиду- с учето величины фазового сдвига (Л f) и

di

с1 орости его изменени 

тако

at

управление поджихОм симистора существенно увеличивает точность позиционировани , дела  его прецезионным , если закон регулировани  дл  конкретной системы выбран оптимальным . и имеетс  достаточно больша  информативность о фазовых рассогласовани х .

Очевидно, что к шине выхода каждого из х(у)-преобразователей кодовой комбинации чисел в уровень напр жени  может быть подключен р д преобразователей, вырабатывающих ступенчато возрастающий или убывающий уровень л подключаемых либо дл  увеличени  Х-вектора, либо дл  увеличени  У-вектора (демпфирование ) . Так осуществл етс  цифровое управление поджигом симистора по сложному закону, соответствующему конкретному случаю. ,

Суммирование ( вычитание ) в устройстве осуществл етс  на общей шине выхода преобразователей без вли ни  преобразователей друг на друга из-за высокого обратного сопротивлени   лементов ИЛИ и по существу без  вно выраженного сумматора

Цифровое управление отличаетс  высокой линейностью и некритично к изменени м внешних условий. В сранении с управление по вертикальному способу с использованием зар дной емкости оно выгодно отличаетс  в тех случа х, когда требуетс  осуществл ть прецезионное позиционирование технологического процесса, и в случа х, когда игтеют место быстрые ( электронные) процессы с необходимостью отработки расширенных фазовых рассогласований. Увеличиваетс  надежность коммутации симистора за счет отсечки тока управлени ..

Технико-экономические показатели предлагаемого устройства, в частности дл  случа  регулировани  тока луча электронно-лечевого испарител  материалов, состоит в улучшении качества регулировани  тока луча и прецезионного испарени  оптически покрытий.

Claims (2)

1. ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОММУТАЦИИ СИМИСТОРА,содержащее блок синхронизации, вход которого предназначен для подключения через резистивный дёлитель к питающей сети, а выход подключен к соответствующим входам преобразователя кода числа в-уровень напряжения, выполненный в виде временного распределителя, включающего в себя последовательно соединенные счетчик с дешифратором и RS-триггеры, под- . ключенные к входам элемента ИЛИ и выходам дешифратора, выходы кото- . рого подключены к входам блока сравнения, генератор заполняющих импульсов, выход которого подключен к соответствующему входу вышеуказанного преобразователя, задатчик, тока нагрузки, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия и упрощения, оно снабжено инвертором, инвертором полярности, элементом
2. 2 ИЛИ-НЁ, шестью диодами, а блок сравнения включает два компаратора с подключенными на их выходе управляемыми ключами, выходы которых объединены и предназначены для подключения к управляющему электроду симистора, причем вход инвертора полярности подключен к средней точке резистивного делителя и через первый диод к управляющему входу первого управляющего ключа и первому входу элемента 2 ИЛИ-НЕ, выход инвертора через второй диод подключен к управляющему входу второго управляемого ключа $ и к второму входу элемента 2 ИЛИ-НЕ, выход которого через третий диод подключен к инвертирующему входу первого компаратора и через инвертор и четвертый диод к прямому входу второго компаратора, выход задатчика тока нагрузки через пятый диод подключен к инвертирующему входу первого компаратора и через шестой диод к неинвертирующему входу второго компаратора, а выход преобразователя кода подключен к объединенным неинвертирующему входу первого компаратора и инвертирующему входу второго компаратора.

   SU щ) 1039005, >