Способ управления трехфазным тиристорным регулятором мощности Российский патент 2024 года по МПК H02M5/257 

Настоящее изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах управления трехфазными тиристорными регуляторами мощности в быстроцикличных источниках питания, работающих на индуктивно-емкостную нагрузку в режиме разряд-заряд с частотой 1-30 Гц.

Известен способ управления трехфазным тиристорным регулятором напряжения и устройство для его осуществления (см. патент РФ № 2031533, МПК Н02М 5/257, опубл. 20.03.1995). Приведенный способ основан на подаче узкого импульса управления на вход тиристоров и пропускании через них дополнительного тока. Недостатками данного способа является усложнение схемотехнических решений, использование узких импульсов управления не гарантирует надежное отпирание тиристоров на индуктивно-емкостную нагрузку

Известен способ управления в полезной модели трехфазный регулятор напряжения (см. патент РФ № 51799, МПК Н02М 5/257, опубл. 27.02.2006). Приведенный способ основан на использовании блока импульсно-фазового управления силовыми ключами посредством формирования прямоугольных импульсов, сдвинутых по фазе один относительно другого на 60 электрических градусов. В качестве блока импульсно-фазового управления использован пик-контроллер. Недостатком данного способа является невозможность использования в быстроцикличных источников питания.

Известно устройство - тиристорный регулятор Fotek TPS3-200, в котором реализован принцип управления «переход через ноль» (zero cross control).

Недостатком применения этого прибора является низкое быстродействие и отсутствия синхросигнала, позволяющего определить полярность синхронизируемого напряжения.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа управления мощностью трехфазных систем, обеспечивающего высокое быстродействие при использовании в быстроцикличных импульсных системах, работающих на индуктивно-емкостную нагрузку в режиме разряд-заряд с частотой 1-30 Гц.

Данный способ построен по многоканальному принципу управления, использует вертикальный метод управления с помощью управляемого пилообразного стабильного напряжения.

На фиг. 1 представлен один канал формирования управляющего импульса.

Канал состоит из схемы синхронизации, интегратора, компаратора-формирователя и схемы защиты срыва синхронизации.

Используется многоуровневая синхронизация - синхронизация к фазному напряжению, обеспечивающая защиту от срыва синхронизации и синхронизация к линейному напряжению, обеспечивающая заданные углы открытия тиристоров.

Синхронизация к линейному напряжению осуществляется с помощью сумматора DA4.1, на вход которого поступают фазные гальванически развязанные пониженные сигналы А и В. Эпюры напряжения представлены на фиг. 2а. В качестве нуль-органа используется компаратор DA5.1, сигнал которого вызывает внешнее прерывание микроконтроллера (фиг. 2б), позволяющее определить полярность синхронизирующего напряжения. При положительной полярности - работает тиристор А, при отрицательной полярности - тиристор А' (фиг. 3). В момент времени t0 происходит сброс интегратора, запускается таймер микроконтроллера T2.CCR2 и T2.CCR3, данные регистры обеспечивают пороговые режимы работы регулятора. Пилообразное напряжение формируется с помощью интегратора DA1.1 и сумматора DA1.2, время и уровень интегрирования задается с помощью каналов ЦАП1 и ЦАП2 микроконтроллера, что обеспечивает гибкую точностную настройку интегратора. Сброс интегратора осуществляется аналоговым ключом в момент t0, управляемым микроконтроллером. В момент времени t2 равенства пилообразного напряжения и управляющего входного сигнала на выходе компаратора DA3.1 формируется импульс, вызывающий внешнее прерывание микроконтроллера (фиг. 2г). Микроконтроллер вырабатывает импульс на запуск соответствующего тиристора, длительность импульса задается до срабатывания T2.CCR3, благодаря чему обеспечивается надежное открытие тиристора при индуктивном характере нагрузки (фиг. 2ж). Далее сигнал поступает в генератор на базе независимого микроконтроллера, который формирует импульсы поджига тиристоров частотой 100 кГц (фиг. 2и). Если момент t2 окажется раньше разрешенного t1 таймера T2.CCR2 (нижняя граница порогового режима), то микроконтроллер выдаст импульс управления только в момент времени t1, таким образом обеспечивается ограничение нарастания тока в нагрузке.

Благодаря использованию микроконтроллерного управления интегратором, обеспечивается отсутствие насыщения интегратора и накопления ошибок интегрирования. Выбранный способ регулирования, основанный на работе интегратора, обеспечивает сфазированное управление тиристорным регулятором, что позволяет получить высокое быстродействие при использовании в быстроцикличных импульсных системах (цикл разряд-заряд 1-30 Гц). Преимуществом данной системы управления является применение аналоговых и цифровых схемных решений. С помощью аналоговых цепей сохраняется простота, быстродействие, надежность и плавность регулирования системы управления, а благодаря цифровой части обеспечивается точный контроль, высокая помехозащищенность и надежная защита от сбоев, а также возможность быстрого изменения режимов работы и получения данных о состоянии регулятора с помощью промышленного интерфейса.

Данный способ используется для управления тиристорным регулятором мощности в источнике питания ударного бамп-магнита ускорителя У-1.5 и обеспечивает заряд формирующей линии (емкостная нагрузка) в пакетно-импульсном режиме с частотой 16,6 Гц (фиг. 3).

На фиг. 4. представлены основные сигналы - управляющий сигнал (2 канал), напряжение заряда (3 канал) и зарядный ток (1 канал) формирующей линии.

Зарядное устройство обеспечивает стабильное напряжение формирующей линии в широком диапазоне. Общий вид тиристорного регулятора представлен на фиг. 5. Практическая реализация тиристорного регулятора на базе тиристорных модулей SKKT106/12AE показала правильность примененных схемных решений и разработанной программной части микроконтроллера STM32F107.

Настоящее изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах управления трехфазными тиристорными регуляторами мощности. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание способа управления мощностью трехфазных систем, обеспечивающего высокое быстродействие при использовании в быстроцикличных импульсных системах, работающих на индуктивно-емкостную нагрузку в режиме разряд-заряд с частотой 1-30 Гц. Способ управления тиристорным регулятором мощности в быстроцикличных импульсных системах основан на использовании управляемого интегратора, задающего микроконтроллера и генератора высокочастотного заполнения импульсов поджига тиристоров на индуктивно-емкостную нагрузку. Используемый микроконтроллер позволяет осуществлять контроль скорости нарастания тока нагрузки и обмен данными о состоянии регулятора на «верхний» уровень по промышленному протоколу. 5 ил.

Способ управления тиристорным регулятором мощности в быстроцикличных источниках питания, работающих на индуктивно-емкостную нагрузку в режиме разряд-заряд с частотой 1-30 Гц, заключающийся в использовании управляемого интегратора, задающего микроконтроллера и генератора высокочастотного заполнения импульсов поджига тиристоров, отличающийся тем, что микроконтроллер задает угол наклона и начальный уровень пилообразного напряжения интегратора, а также сравнивает сформированный сигнал с нуль-органа интегратора по времени с заданным пороговым значением, для ограничения скорости нарастания, и вырабатывает длительный импульс с высокочастотным заполнением, в котором задний фронт близок к моменту перехода линейного напряжения через ноль.