3. Логические переключающие устройства

При раздельном управлении вентильными комплектами реверсивного преобразователя в СУ входит логическое переключающее устройство (ЛПУ), которое при необходимости переключения определяет момент снятия управляющих импульсов с одного ВК и момент подачи их на другой ВК. Часто эти устройства называют просто переключающими устройствами. К ЛПУ предъявляются очень высокие требования с точки зрения надежности. Сбои в ЛПУ, как правило, приводят к аварии. Раздельное управление вошло в практику только после разработки надежных ЛПУ.

Логические переключающие устройства строятся на интегральных логических элементах. Обычно в основе лежат два триггера: триггер заданного направления тока ТЗН (D3 на рис.36,а) и триггер истинного направления ТИН D6. Направление тока определяется тем, какой из вентильных комплектов включен - ВКI или ВКII (рис.1). Если триггеры находятся в одинаковом состоянии (Q1 = Q2), то запрет подается только на СИФУ одного ВК. Если триггеры находятся в разных состояниях, то запреты () подаются на СИФУ обоих ВК.

В рассматриваемом ЛПУ (рис.36) используются, в основном, двухвходовые логические элементы 2И-НЕ и RS-триггеры на их основе. На рис.36,б...д показаны условные обозначения этих элементов и диаграммы истинности. Если на один из входов логического элемента 2И-НЕ подан логический сигнал 0, то на выходе всегда будет 1. Выходные сигналы триггера зависят от сигналов на входах и от его предыдущего состояния. При нормальной работе триггера его выходные сигналы имеют противоположные значения, если Q=1, то, и наоборот. Триггеры на элементах 2И-НЕ управляютсянулевыми сигналами. Не допускается одновременная подача нулевых сигналов на оба входа. При переходе входных сигналов от x=0, y=1 или от x=1, y=0 к x=y=1 состояние триггера не изменяется и сохраняется сколь угодно долго.

Переключение ВК можно производить только при отсутствии тока во всех силовых тиристорах преобразователя. Сигнал отсутствия тока в ЛПУ поступает c ДСВ, если он один, либо с логической схемы 2И, на входы которой подаются сигналы с ДСВ обоих ВК. Какой ВК следует включить, определяется либо логическим сигналом I заданного направления тока из системы управления электроприводом, либо самим ЛПУ, работающем по принципу сканирующей логики.

Таблица 2

Таблица состояний элементов ЛПУ в различных режимах

Логические сигналы	Исходное состояние. Работает ВКI	Во время задержки времени	По окончании задержки времени	Установив-шийся режим после появ-ления тока
I	1	0	0	0
V	0	1	1	0
	1	1	1	1
	1	0	0	1
Q1=f(A,B)	1	0	0	0
S=V×T	0	0	1	0
	1	1	1	1
	1	1	0	1
Q2=f(C,D)	1	1	0	0
	0	1	1	1
	1	1	1	0
	0	1	1	0
	0	0	1	0

Примечания.

1. Переход Т от 0 к 1 происходит с задержкой времени.

2. Логические сигналы имеют следующие значения:

I=1 требует включения ВКI, I=0 требует включения ВКII.

V=0 свидетельствует о наличии тока в ВК;

=1 - запрет работы ВК1;=1 - запрет работы ВКII.

3. Кружком выделены сигналы, вызвавшие переключения.

Рассмотрим первый вариант. Допустим, что включен ВКI и протекает ток в соответствии с логическим сигналом заданного направления тока I=1 . Тогда логические сигналы в ЛПУ будут иметь значения, указанные во втором столбце табл.2.

Сигнал V=0, поскольку имеется анодный ток в тиристорах. По логическим функциям, которые приведены в табл.2, вычисляются А, В, C и D, равные единице и S=0. Поскольку работает ВКI, то на его тиристоры подаются управляющие импульсы и, следовательно, нет сигнала запрета на этот ВК (= 0). Это может быть только в том случае, когда Q1= Q2 = 1 (см. логику работы элемента D7 на рис.36,б). На входы элемента D8 поступают сигналыи на его выходе формируется запрет работы ВКII=1. Триггеры сохраняют неизменное состояние, так как на их входах имеются единичные сигналы. Обратим внимание на то, что сигнал S=0 запрещает передачу состояния триггера заданного направления (D3) триггеру истинного направления (D6).

Рассмотрим работу ЛПУ при изменении направления тока. Для этого вначале должен измениться сигнал заданного направления тока, например, с I=1 на I=0, что не вызовет никаких изменений логических сигналов в ЛПУ, кроме указанного. Изменения начнутся после того, как по условиям работы электропривода прекратится ток в цепи якоря и c ДСВ поступит V=1. Это приведет к изменению сигнала на втором входе триггера заданного направления D3 на В=0 (см. третий столбец табл.2), и он переключится. Второй триггер останется в прежнем состоянии, так как S=VT переходит от состояния 0 к состоянию 1 в течение времени задержки порядка 1 мс. Величина задержки определяется длительностью заряда конденсатора (временем перехода сигнала Т от 0 к 1).

Логические сигналы во время задержки приведены в третьем столбце табл.2. Элемент D9 выдает логический сигнал Р запрета работы обоих ВК. Этот сигнал повторился бы на выходе D10, если бы к его выходу не был подключен . Элемент D1 имеет пассивный выход, т.е. между плюсом источника питания микросхемы и ее выходом нет транзисторного усилителя тока. Может стоять только резистор со сравнительно большим сопротивлением (см. микросхемы К155ЛА7, К511ЛА3 и др.). Выходной транзистор микросхемы включен между ее выходом и общей шиной. Поэтому при изменении сигнала Р от 1 к 0 практически немедленно изменяется и выходной сигнал Т элемента D10, так как выходной транзистор микросхемы закорачивает и практически мгновенно разряжает конденсатор. При переходе Р от 0 к 1 выходной транзистор микросхемы D10 закрывается и во время задержки конденсаторзаряжается током, протекающим через резистори диод VD2 (это резистори диод VD4 на схеме рис 35,а). Сигнал Т остается равным нулю до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не достигнет уровня логической единицы, после чего становится Т=1. Для элементов серии К511 уровень логической единицы равен 10 В. На этом период задержки оканчивается. Таким образом во время задержки S=0, T=0 и состояние ТЗН не передается ТИН, они находятся в разных состояниях, сигналы запрета подаются на оба ВК.

Если во время задержки система управления электроприводом вновь изменит заданное направление тока, то переключится ТЗН (D3), оба триггера окажутся в одинаковом состоянии (Q1=Q2) и сразу будет снят запрет на работу ВКI. Таким образом, ЛПУ как бы дает время на "размышления", во время которого можно изменить ранее принятое решение.

Рассмотрим изменения сигналов в ЛПУ по истечении задержки. Полагаем, что сигнал из системы управления не изменился ( I=0 ), тока нет (V=1), и после заряда конденсатора появился сигнал Т=1. Тогда и S=VT=1 (см. четвертый столбец табл.2) и состояние ТЗН передается ТИН. Поскольку =1, то=0, а=1. Тем самым снимается запрет на подачу управляющих импульсов на тиристоры ВКII. При этом В= 0,=1, С=1, D= 0, S=1,=1, работает ВКII.

Когда появится ток обратного направления, ДСВ выдаст V= 0 и станет S=0, поскольку положительное напряжение не передается через VD2. После чего A=B=C=D=1 (см.пятый столбец табл.2), прекращается воздействие на входы триггеров, и они остаются в неизменном состоянии. Поскольку на один из входов D9 поступает нулевой сигнал, то Р=0 и Т=0. Так будет продолжаться до следующего изменения заданного направления тока, после чего логические сигналы будут изменяться аналогично выше рассмотренному случаю.

Рассмотрим второй принцип управления ЛПУ, который именуется сканирующей логикой. В этом случае сигналы на ЛПУ из системы управления электроприводом не подаются. На вход заданного направления тока I поступают чередующиеся логические сигналы 0 и 1 с мультивибратора. При наличии тока (V=0) мультивибратор заторможен и заданное направление тока не изменяется. Как только ток прекращается, мультивибратор запускается сигналом с ДСВ и не более, чем через пол своего периода меняет логический сигнал заданного направления тока. Сигнал I остается неизменным в течение полупериода колебаний мультивибратора (2...10 мс). В это время происходят все выше рассмотренные изменения логических сигналов в ЛПУ. Если в этот полупериод мультивибратора появился ток в другом комплекте, то мультивибратор останавливается до очередного прекращения тока.

Если в течение полупериода мультивибратора ток в другом комплекте не появился, то мультивибратор переключится в исходное состояние и разрешит подачу управляющих импульсов на ранее работавший комплект. Появление тока в прежнем направлении остановит мультивибратор. Если ток не появился, то колебания мультивибратора продолжаются до появления и сохранения тока в одном из комплектов.

Использовалось много различных алгоритмов работы мультивибратора. Например, непрерывная работа c подключением при прекращении тока и отключением после его прекращения, запуск мультивибратора сигналом появления тока сразу в нужном направлении, использование в качестве мультивибратора напряжения сети.