СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРАМИ ТРЕХФАЗНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2007 года по МПК H02M1/08 

Изобретения относятся к преобразовательной технике и предназначены для систем импульсно-фазового управления тиристорами трехфазного преобразователя, выполненного по нулевой и мостовой, несимметричной или симметричной, схемам соединения силовых тиристоров с фазовым регулированием от магнитного усилителя.

Известны способ и устройство управления тиристорами многофазового преобразователя с фазовым регулированием от однополупериодного магнитного усилителя, в которых каждый тиристор управляется от своего усилителя, число которых определяется схемой выпрямления преобразователя [1. Ройзен С.С., Стефанович Т.Х. Р58. Магнитные усилители в электроприводе и автоматике. - М., «Энергия», 1970, с.440-460].

Известно также устройство управления тиристорами трехфазного преобразователя с симметричной мостовой схемой выпрямления с фазовым регулированием от трех однофазных магнитных усилителей с самонасыщением, каждый из которых служит для управления двумя противофазно включенными тиристорами [2. Н.Н.Алексеева и др. А47. Тиристорные регулируемые электроприводы постоянного тока. - М., «Энергия», 1970, с.53, 54, 86-90].

Недостатками известных способа и устройств являются, кроме усложнения схемы управления, принципиальное ограничение возможности применения серийных магнитных усилителей в многофазных преобразователях из-за разброса их характеристик [2, с.57], а также отсутствие ограничения результирующего сигнала управления магнитного усилителя, который может оказаться недопустимо большим при диапазоне изменения угла регулирования, заведомо превышающем требуемый для конкретного случая [3. В.П.Шипилло, О.Г.Булатов. Расчет полупроводниковых систем управления вентильными преобразователями. - М. - Л., «Энергия», 1966, с.36].

Известно также устройство управления тиристорами при помощи релаксационного генератора импульсов, питаемого выпрямленным напряжением трапецеидальной формы, и содержащем RC-цепь, импульсный трансформатор и однопереходной транзистор, преимуществами которого являются стабильное напряжение и малый ток отпирания, широкий диапазон рабочих температур и большое допустимое значение амплитуды выходного тока [4. Кремниевые управляемые вентили - тиристоры. Технический справочник. Перевод с английского под редакцией к.т.н. В.А.Лабунцова и А.Ф.Свиридова. - М. - Л., «Энергия», 1964, с.73, 79, 80, рис.4-18].

Основной задачей, на решение которой направлены заявленные способ и устройство управления тиристорами трехфазного преобразователя, является расширение возможностей применения серийных магнитных усилителей в многофазном преобразователе и обеспечение его работоспособности независимо от величины результирующего сигнала управления магнитным усилителем.

Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленной группы изобретений, является уменьшение разброса характеристик системы управления преобразователем и ограничение в нужных пределах диапазона угла регулирования тиристоров независимо от величины результирующего сигнала управления магнитным усилителем.

Указанный технический результат достигается тем, что при известном способе управления тиристорами трехфазного преобразователя с фазовым регулированием от магнитного усилителя и формированием импульсов управления тиристорами при помощи релаксационного генератора импульсов на однопереходном транзисторе с RC-цепью разрядом заряженного конденсатора RC-цепи на первичную обмотку импульсного трансформатора, согласно изобретению фазовое регулирование от магнитного усилителя осуществляют тиристорами, подключенными к одной из фаз преобразователя, цепи рабочих обмоток магнитного усилителя и формирователя импульсов питают выпрямленным трапецеидальным напряжением, синхронизированным с напряжением этой фазы, причем при появлении импульса питающего напряжения конденсатор RC-цепи формирователя импульсов заряжают до напряжения срабатывания однопереходного транзистора с постоянной времени, соответствующей максимальному углу регулирования преобразователя и заданной резистором RC-цепи, а при появлении импульса управления с выхода магнитного усилителя конденсатор дозаряжают до напряжения срабатывания транзистора через другой резистор с постоянной времени, соответствующей минимальному углу регулирования, а импульсы управления тиристорами, подключенными к последующим двум фазам, формируют через 120° эл. после появления импульса управления тиристорами предыдущей фазы.

В трехфазных преобразователях, выполненных по нулевой или несимметричной мостовой схемам выпрямления, используют один однополупериодный магнитный усилитель, поэтому вопрос о разбросе характеристик отпадает. В трехфазных преобразователях с симметричной мостовой схемой выпрямления используют два однополупериодных или один однофазный магнитный усилитель с самонасыщением для управления двумя противофазно подключенными к одной фазе тиристорами, а согласовать характеристики цепей двух рабочих обмоток несложно [1, с.446] и [2, с.57-61].

Выполнение регулируемого ограничения максимального и минимального углов регулирования преобразователя в схеме формирователя импульсов позволяет ограничивать в нужных пределах диапазон угла регулирования тиристоров независимо от величины результирующего сигнала управления магнитным усилителем.

Недостатком заявленного способа является увеличение чистого запаздывания преобразователя от полупериода до периода питающего напряжения, однако для большинства электроприводов такое запаздывание вполне приемлемо [1, с.424, 425, 443].

Примеры осуществления способа приведены на фиг.1 и 2.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве управления тиристорами трехфазного преобразователя, выполненного по нулевой или несимметричной мостовой схемам выпрямления, содержащем однополупериодный магнитный усилитель, формирователь импульсов управления тиристорами на релаксационном генераторе импульсов, включающем однопереходной транзистор с RC-цепью и импульсным трансформатором, первичная обмотка которого включена в цепь разряда конденсатора RC-цепи, а одна из вторичных обмоток подключена к управляющему переходу соответствующего тиристора, и источник питания схемы управления трехфазным выпрямленным напряжением трапецеидальной формы на стабилитронах, соединенных в «звезду» с искусственной нулевой точкой и подключенных к сети питания преобразователя через диоды и ограничивающие резисторы, согласно изобретению к одной из фаз источника трапецеидального напряжения параллельно включены цепь рабочей обмотки магнитного усилителя и цепь питания формирователя импульсов управления тиристором, подключенным к этой фазе сети питания преобразователя, точка соединения рабочей обмотки магнитного усилителя с нагрузочным резистором через другой резистор и развязывающий диод подключена к точке соединения резистора и конденсатора RC-цепи и эмиттера однопереходного транзистора формирователя импульсов, а цепи питания формирователей импульсов управления тиристорами двух других фаз через вспомогательные тиристоры подключены к нулевой точке источника трапецеидального напряжения и через развязывающие диоды к двум смежным его фазам, другая вторичная обмотка импульсного трансформатора формирователя импульсов первой фазы подключена к управляющему переходу вспомогательного тиристора второй фазы, а импульсного трансформатора формирователя импульсов второй фазы - к управляющему переходу вспомогательного тиристора третьей фазы.

Схема устройства управления тиристорами трехфазного преобразователя приведена на фиг.1.

От сети трехфазного напряжения получает питание тиристорный преобразователь, выполненный по нулевой 1 или несимметричной мостовой 2 схемам выпрямления. К этой же сети подключен источник выпрямленного напряжения трапецеидальней формы, содержащий ограничивающие резисторы 3, диоды 4 и стабилитроны 5, соединенные по трехфазной нулевой схеме. К одной из фаз источника параллельно подключены цепь рабочей обмотки 6 магнитного усилителя и цепь питания формирователя импульсов 7.1, выполненного по схеме релаксационного генератора импульсов 7. Точка соединения рабочей обмотки 6 с нагрузочным резистором 8 через развязывающий диод 9 и резистор 10 подключена к точке соединения резистора 11 и конденсатора 12 RC-цепи и эмиттера однопереходного транзистора 13 формирователя импульсов 7.1. К двум другим фазам источника трапецеидального напряжения через развязывающие диоды 14,15 и вспомогательные тиристоры 16, 17 подключены цепи питания формирователей импульсов 7.2 и 7.3. Для обеспечения работоспособности схемы во всем диапазоне регулирования к анодам вспомогательных тиристоров 16, 17 через развязывающие диоды 18, 19 подключено напряжение предыдущих фаз. Резисторы 20, 21 являются балластными и обеспечивают ток удержания вспомогательных тиристоров 16, 17. Первичная обмотка импульсного трансформатора 22 релаксационного генератора импульсов 7 включена в цепь разряда конденсатора 12. Одна из вторичных обмоток импульсных трансформаторов формирователей импульсов 7.1, 7.2, 7.3 подключена к управляющему переходу соответствующего силового тиристора. Другая вторичная обмотка импульсного трансформатора 22 формирователя импульсов 7.1 подключена к управляющему переходу вспомогательного тиристора 16, а формирователя импульсов 7.2 - к управляющему переходу вспомогательного тиристора 17.

Резистором 11 формирователя импульсов 7.1 устанавливают максимальный угол регулирования преобразователя, резистором 10 - минимальный. Резисторами 11 формирователей импульсов 7.2 и 7.3 устанавливают угол регулирования 120° эл.

Так как после выдачи импульса управления тиристором формирователем импульсов 7.1 формирователи импульсов 7.2 и 7.3 выдадут импульсы управления соответственно через 120° эл. И 240° эл., отсчитываемые от импульса управления формирователя 7.1, независимо от изменения сигнала управления магнитным усилителем, то наибольшее время чистого запаздывания получается близким к периоду питающего напряжения, если изменение сигнала управления (предполагается, что это изменение происходит мгновенно) происходит в начале рабочего полупериода магнитного усилителя. Если же изменение сигнала происходит в конце рабочего полупериода, то чистое запаздывание близко к полупериоду питающего напряжения [1, с.173].

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве управления тиристорами трехфазного преобразователя, выполненного по симметричной мостовой схеме выпрямления, содержащем однофазный магнитный усилитель с самонасыщением, формирователи импульсов управления тиристорами на релаксационном генераторе импульсов, включающем однопереходной транзистор с RC-цепью и импульсным трансформатором, первичная обмотка которого включена в цепь разряда конденсатора RC-цепи, а две вторичные обмотки - к управляющим переходам тиристоров, и источник питания схемы управления трехфазным напряжением трапецеидальной формы на встречно-последовательно включенных стабилитронах, соединенных в «звезду» с искусственной нулевой точкой, и подключенных к сети питания преобразователя через ограничивающие резисторы, согласно изобретению к одной из фаз источника трапецеидального напряжения через диоды подключены работающие в противофазе и соединенные параллельно цепи рабочих обмоток магнитного усилителя и цепи питания формирователей импульсов управления тиристорами, подсоединенными к этой фазе, точки соединения рабочих обмоток магнитного усилителя с нагрузочными резисторами через другие резисторы и развязывающие диоды подключены к точкам соединения резистора и конденсатора RC-цепи и эмиттера однопереходного транзистора формирователей импульсов, а цепи питания формирователей импульсов управления тиристорами двух других фаз через вспомогательные тиристоры подключены к нулевой точке источника трапецеидального напряжения и на выход двух однофазных выпрямительных мостов, входы которых включены на линейные напряжения смежных фаз источника, еще одни дополнительные вторичные обмотки импульсных трансформаторов формирователей импульсов управления тиристорами первой фазы подключены к управляющим переходам вспомогательных тиристоров второй фазы, а импульсных трансформаторов второй фазы - к управляющим переходам вспомогательных тиристоров третьей фазы.

Схема устройства управления тиристорами трехфазного преобразователя приведена на фиг.2.

От сети трехфазного напряжения получает питание тиристорный преобразователь 1, выполненный по симметричной мостовой схеме выпрямления на тиристорах 1.1-1.6 (порядковые номера тиристоров соответствуют очередности подачи импульсов на них). К этой же сети подключен источник трехфазного напряжения трапецеидальной формы, содержащий ограничивающие резисторы 3 и встречно-последовательно включенные стабилитроны 5, соединенные в «звезду» с искусственной нулевой точкой. К одной из фаз источника через диоды 4, 23 подключены параллельно соединенные цепи рабочих обмоток 6 магнитного усилителя и цепи питания формирователей импульсов 7.1 и 7.4 управления тиристорами 1.1 и 1.4, выполненных по схеме релаксационного генератора импульсов 7. Точки соединения рабочих обмоток 6 с нагрузочными резисторами 8, 24 через развязывающие диоды 9, 25 и резисторы 10, 26 подключены к точки соединения резистора 11 и конденсатора 12 RC-цепи и эмиттера однопереходного транзистора 13 формирователей импульсов 7.1,7.4. Цепи питания формирователей импульсов 7.3,7.6 и 7.5,7.2 управления тиристорами двух других фаз через вспомогательные тиристоры 16 и 17 подключены к нулевой точке источника трапецеидального напряжения и на выход однофазных выпрямительных мостов 27 и 28, входы которых для обеспечения работоспособности схемы во всем диапазоне регулирования включены на линейные напряжения смежных фаз источника. Резисторы 20, 21 являются балластными и обеспечивают ток удержания вспомогательных тиристоров. Первичная обмотка импульсного трансформатора 22 релаксационного генератора импульсов 7 включена в цепь разряда конденсатора 12. Две вторичные обмотки импульсных трансформаторов формирователей импульсов 7.1-7.6 подключены к управляющим переходам соответствующих силовых тиристоров, обеспечивая подачу на каждый тиристор двух узких импульсов, сдвинутых между собой на 60° эл. Третьи, дополнительные, обмотки импульсных трансформаторов формирователей импульсов 7.1 и 7.4 подключены соответственно к управляющим переходам вспомогательных тиристоров 17 и 18, а формирователей импульсов 7.3 и 7.6 - к управляющим переходам вспомогательных тиристоров 16 и 17.

Резисторами 11 формирователей импульсов 7.1 и 7.4 устанавливают максимальный угол регулирования преобразователя, резисторами 10 и 26 - минимальный. Резисторами 11 формирователей импульсов 7.3,7.6 и 7.5,7.2 устанавливают угол регулирования 120° эл.

Наибольшее время чистого запаздывания преобразователя близко к периоду питающего напряжения.

Использование: для систем импульсно-фазового управления тиристорами трехфазного преобразователя, выполненного по нулевой и мостовой, несимметричной или симметричной схемам соединения силовых тиристоров с фазовым регулированием от магнитного усилителя. Технический результат заключается в уменьшении разброса характеристик систем управления преобразователем и ограничение в нужных пределах диапазона угла регулирования тиристоров независимо от величины регулирующего сигнала управления магнитным усилителем. При известном способе управления тиристорами трехфазного преобразователя с фазовым регулированием от магнитного усилителя и формированием импульсов управления тиристорами при помощи релаксационного генератора импульсов на однопереходном транзисторе с RC-цепью разрядом заряженного конденсатора RC-цепи на первичную обмотку импульсного трансформатора, согласно изобретению фазовое регулирование от магнитного усилителя осуществляют тиристорами, подключенными к одной из фаз преобразователя, цепи рабочих обмоток магнитного усилителя и формирователя импульсов питают выпрямленным тралециодальным напряжением, синхронизированным с напряжением этой фазы, причем при появлении импульса питающего напряжения RC-цепи формирователя импульсов заряжают до напряжения срабатывания однопереходного тиристора с постоянной времени, соответствующей максимальному углу регулирования преобразователя и заданной резистором RC-цепи, а при появлении импульса управления с выхода магнитного усилителя конденсатор дозаряжают до напряжения срабатывания транзистора через другой резистор с постоянной времени, соответствующей минимальному углу регулирования, а импульсы управления тиристорами, подключенными к последующим двум фазам, формируют через 120° эл. после появления импульса управления тиристорами предыдущей фазы. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ управления тиристорами трехфазного преобразователя с фазовым регулированием от магнитного усилителя и формированием импульсов управления тиристорами при помощи релаксационного генератора импульсов на однопереходном транзисторе с RC-цепью разрядом заряженного конденсатора RC-цепи на первичную обмотку импульсного трансформатора, отличающийся тем, что фазовое регулирование от магнитного усилителя осуществляют тиристорами, подключенными к одной из фаз преобразователя, цепи рабочих обмоток магнитного усилителя и формирователя импульсов питают выпрямленным трапециодальным напряжением, синхронизированным с напряжением этой фазы, причем при появлении импульса питающего напряжения конденсатор RC-цепи формирователя импульсов заряжают до напряжения срабатывания однопереходного транзистора с постоянной времени, соответствующей максимальному углу регулирования преобразователя и заданной резистором RC-цепи, а при появлении импульса управления с выхода магнитного усилителя конденсатор дозаряжают до напряжения срабатывания транзистора через другой резистор с постоянной времени, соответствующей минимальному углу регулирования, а импульсы управления тиристорами, подключенными к последующим двум фазам, формируют через 120° эл. после появления импульса управления тиристорами предыдущей фазы.2. Устройство управления тиристорами трехфазного преобразователя, выполненного по нулевой или несимметричной мостовой схемам выпрямления, содержащее однополупериодный магнитный усилитель, формирователь импульсов управления тиристорами на релаксационном генераторе импульсов, включающем однопереходной транзистор с RC-цепью и импульсным трансформатором, первичная обмотка которого включена в цепь разряда конденсатора RC-цепи, а одна из вторичных обмоток подключена к управляющему переходу соответствующего тиристора, и источник питания схемы управления трехфазным выпрямленным напряжением трапецеидальной формы на стабилитронах, соединенных в «звезду» с искусственной нулевой точкой и подключенных к сети питания преобразователя через диоды и ограничивающие резисторы, отличающееся тем, что к одной из фаз источника трапецеидального напряжения параллельно включены цепь рабочей обмотки магнитного усилителя и цепь питания формирователя импульсов управления тиристором, подключенным к этой фазе сети питания преобразователя, точка соединения рабочей обмотки магнитного усилителя с нагрузочным резистором через другой резистор и развязывающий диод подключены к точке соединения резистора и конденсатора RC-цепи и эмиттера однопереходного транзистора формирователя импульсов, а цепи питания формирователей импульсов управления тиристорами двух других фаз через вспомогательные тиристоры подключены к нулевой точке источника трапецеидального напряжения и через развязывающие диоды к двум смежным его фазам, другая вторичная обмотка импульсного трансформатора формирователя импульсов первой фазы подключена к управляющему переходу вспомогательного тиристора второй фазы, а импульсного трансформатора формирователя импульсов второй фазы - к управляющему переходу вспомогательного тиристора третьей фазы.3. Устройство управления тиристорами трехфазного преобразователя, выполненного по симметричной мостовой схеме выпрямления, содержащее однофазный магнитный усилитель с самонасыщением, формирователи импульсов управления тиристорами на релаксационном генераторе импульсов, включающем однопереходной транзистор с RC-цепью и импульсным трансформатором, первичная обмотка которого включена в цепь разряда конденсатора RC-цепи, а две вторичные обмотки - к управляющим переходам тиристоров, и источник питания схемы управления трехфазным напряжением трапецеидальной формы на встречно-последовательно включенных стабилитронах, соединенных в «звезду» с искусственной нулевой точкой, и подключенных к сети питания преобразователя через ограничивающие резисторы, отличающееся тем, что к одной из фаз источника трапецеидального напряжения через диоды подключены работающие в противофазе и соединенные параллельно цепи рабочих обмоток магнитного усилителя и цепи питания формирователей импульсов управления тиристорами, подсоединенными к этой фазе, точки соединения рабочих обмоток магнитного усилителя с нагрузочными резисторами через другие резисторы и развязывающие диоды подключены к точкам соединения резистора и конденсатора RC-цепи и эмиттера однопереходного транзистора формирователей импульсов, а цепи питания формирователей импульсов управления тиристорами двух других фаз через вспомогательные тиристоры подключены к нулевой точке источника трапецеидального напряжения и на выход двух однофазных выпрямительных мостов, входы которых включены на линейные напряжения смежных фаз источника, еще одни дополнительные вторичные обмотки импульсных трансформаторов формирователей импульсов управления тиристорами первой фазы подключены к управляющим переходам вспомогательных тиристоров второй фазы, а импульсных трансформаторов второй фазы - к управляющим переходам вспомогательных тиристоров третьей фазы.