Способ управления трехфазным нулевым тиристорным выпрямителем Советский патент 1984 года по МПК H02P13/24 

Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к области у равления током индуктивных нагрузок и может быть использовано в энергетическом машиностроении, например пр управлении величиной тока якоря двигателей постоянного тока и тока в обмотках исполнительных электромагнитных устройств, в частности, в обмотках линейных Шаговых двигателей, в качестве устройств управления могу Применяться тиристорные выпрямители. Известны фазовьш, цифровой и вер тикальный способы управления трехфа ным тиристорным вьшрямнтелем, работа щим на индуктивную нагрузку, в частности, способ управления силовьдм И -фазным шаговым двигателем,заключа ющийся в том, что ток в каждой из обмоток индуктивной нагрузки пропускают через управляемый вентиль (т ристор), формируют сигнал обратной связи, пропорциональный току в об-... мотке, сравнивают сигнал обратной/. Связи с выбранным значением сигнала задания и формируют управляющие сигналы со сдвигом по фазе, пропорциональньт разности между сигналом задания и обратной связи. J. Этот способ не обеспечивает надежной защиты от помех, а быстродействие ограничено параг етрами применяемой обратной связи по цепи управления каждой из фаз. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является спо соб управления, заключающийся в том, что на индуктивную нагрузку подают выпрямляемое многофазное напряжение, выбирают значение сигнала задания, формируют из напряжения нагрузки сигнал обратной связи, сравнивают величины перечисленных сигналов, получают сигнал рассогласования, усиливают и сглаживают сигнал рассог ласования, формируют импульсы, синхр мизированные с напряжением источника питания, от них формируют вспомогательные сигналы в виде импульсов пил образной формы, сравнивают величину сигнала рассогласования с величиной вспомогательного сигнала по каждой из фаз, по результатам сравнения при нимают решение о формировании управляющих сигналов, формируют управляющие сигналы и распределяют их по тиристорам преобразователя, пропуская части полуволн напряжения каждои из фаз, начиная с момента равенства сигнала рассогласования со вспомогательным сигналомГ. Недостатком способа является низкое быстродействие, обусловленное необходимостью усиления и сглаживания сигнала рассогласования, что возможно лишь с определенным запаздыванием сигнала во времени. Способ не обеспечивает защиту от импульсных помех и искажения синусоидальной формы напряжения питания, так как фаза и длительность импульсов пилообразной формы при искажениях и помехах, носят случайный характер, а это влечет нарушение режима формирова- -НИН импульсов, синхронизированных с напряжением источника питания. Цель изобретения - повьш1ение быстродействия и помехоустойчивости. . Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления трехфазным нулевым тиристорным выпрямителем, работаюЕщм на индуктивную нагрузку, заключакицимся в том, что выбирают значение сигнала задания, формируют из напряжения нагрузки сигнал обратной связи, сравнивают величины перечисленных сигналов, получают сигнал рассогласования, формируют синхроимпульсы, синхронизированные с напряжением источника питания, из них формируют вспомогательные сигналы, сравнивают величину сигнала рассогласования с величиной вспомогательного сигнала, по результатам сравнения формируют управлякицие сигналы и распределяют их по тиристорам преобразователя, вспомогательные сигналы формируют в виде пар коротких разнополярных импульсов, амплитуда которых превышает возможную величину сигнала рассогласования. Управляющие сигналы формируют синхронно с вспомогательными сигналами и в моменты равенства сигнала рассогласования нулю, причем при положительной полярности сигнала рассогласования управляющий сигнал распределяют на тиристор той фазы, в момент перехода полярности напряжения которой с положительной на отрицательную сформирован соответствующий синхроимпульс, а при отрицательной полярности сигнала рассогласования управляющий сигнал распределяют на тиристор фазы, следующий во времени. На фиг.1 представлена блок-схема устройства; реализующего предлагаемый способ, на фиг.2 и 3 - диаграммы напряжений и токов. Устройство представляет собой тиристорный преобразователь, управляющий током индуктивной нагрузки 1 (например, обмотки линейного шагового двигателя), которая с элементом 2 обратной связи (резистором) подсоединена через многофазный нулевой тиристорный вьшрямитель 3 к источнику 4 питания. С последним соединен генератор 5 синхронизирующих импульсов, к выходу которого подсоединены соответственно один из входов блока 6 формирования-распределения управляющих импульсов (на пример, дешифратор) и вход генератора 7 вспомогательных сигналов. Генератор 7 своим выходом соединен с о ним из входов компаратора 8, второй вход которого соединен с выходом бло ка 9 вычитания. Один из входов блока 9 соединен с задатчиком 10, выпол ненным, например, в виде потенциомет , ра, а второй - с элементом 2 обратной связи. Выход компаратора 8 соединен с вторым входом блока 6, а его выход соединен с управляющими электродами тиристоров блока 3. Способ осуществляется следующим образом. В моменты, когда напряжение в любой из фаз источника 4 питания меняет свою полярность с положительной на отрицательную, генератор 5 формирует импульсы, синхронизированные с напряжением питания (не обозначены). Синхронизирующие импульсы поступают на вход бцока 6 и на вход генератора 7, который формирует вспомогательные сигналы в виде пар разнополярных коротких импульсов (фиг.2а,б). Вспомогательные сигналы поступают на вход компаратора 8 Выбирают величину сигнала задания, пропорциональную необходимую значению тока нагрузки 1 и в блоке 9 непрерывно сравнивают ее с величино сигнала обратной связи, поступаюп его с элемента 2. Полученное значение разницы - величина сигнала рассогла сования поступает на вход компаратора8, где непрерывно осуществляется сравнение величин сигнала рассогласования и величины вспомогательного сигнала.. Амплитуда импульсов вспомогательного сигнала выбирается такой, что ее значение превышает максимально возможное значение сигнала рассогласования. Если величина сигнала рассогласования Up равна величине вспомогательного сигнала или больше нее, то на выходе компаратора 8 формируется сигнал логической единицы, а если меньше - сигнал логического нуля. В моменты, когда компаратор меняет свое состояние с 1 на О, выходной сигнал с компаратора 8 поступает на вход блока 6, который формирует управляющие импульсы и распределяет их на соответствующие тиристоры блока 3 i со следующей закономерностью. В интервале времени от одного до другого отрицательного импульса вспомогательного сигнала управляющий импульс подается на тиристор той фазы, момент перехода полярности напряжения которой от положительной к отрицательной определяет конец отсчета указанного интервала. Допустим, что нагрузка 1 подсоединена к источнику питания - сети трехфазного напряжения 220В, 50Гц, омическое сопротивление нагрузки 10 Ом, а индуктивность 0,5 Гн. Предположим также, что значение тока нагрузки 1 равно нулю и напряжение обратной связи также равно нулю. Сигнал на выходе компаратора 8 в этом случае зависит только от напряжения вспомогательного сигнала. В моменты поступления на вход компаратора 8 положительных импульсов вспомогательного сигнала от генератора 7, компаратор 8 переходит из состояния 1 в О, а по окончании этих импульсов возвращается в состояние 1. На выходе блока 6 формируются управляющие импульсы, однако тиристоры блока 3 от импульсов не открываются, так как напряжения соответствующих фаз при этом равны нулю. Наибольшее среднее значение напряжения, которое может быть приложено к нагрузке1 при реализации способа, определяется моментом перехода через нуль напряжения предьщущей фазы, то есть открытием каждого из тиристоров блока 3 в фазе 60-180 эл.град. Для трехфазной нулевой схемы вклю$1чения нагрузки 1 к источнику 4 питания 220В это среднее значение напряжения равно 225 или -225В. Пусть, в момент, соответствующей точке d- (фиг.2 и 3), напряженна на задатчике 10 - U, становит ся равным fji 11,25В.Ток нагрузки 1 и напряжение обратной связи на выходе элемента 2 в этот момент равны нулю, компаратор 8 переходит из состояния 1 в О, сигнал с ком паратора 8 поступает на вход блока На управляющий электрод тиристора фазы С блока 3 подается отпирающий импульс, ток нагрузки 1 начинает рас ти (фиг.2г). При нарастаниитока нагрузки величина среднего напря;жения на нагрузке является макбимал ной (для преобразователя, реализующего способ, она равна 225В). В момент, соответствующей точке (фиг при поступлении первого после точки оС отрицательного импульса вспомогательного сигнала компаратор 8 меняет свое состояние с О на 1, а затем возвращается в -О. При этом на тиристор фазы А блока 3 подается отпирающий импульс, тиристор фазы С закрывается, так как напряжение на его аноде в этот момент ниже, чем на аноде открывшегося тиристора фазы А, Тиристор фазы А открыт до мЬмента, соответствующего точке -у (фиг.2г), когда на вход блока 8 снова проходит отрицательный импульс вспомогательного сигнала, отчего ком паратор 8 меняет свое состояние с а затем возвращается в О. На тиристор фазы В подается отпирающий импульс, тиристор фазы В проводит ток до прихода на вход блока 8 следующего отрицательного импульса вспомогательного сигнала и т.д. Ток в нагрузке 1 продолжает нарастат отпирание-запирание тиристоров продолжается, пока напряжение обратной связи и напряжение на задатчике 10 не сравняются по величине. Это происходит в момент, соответствукмций точке и (фиг.2 г,д), где компаратор меняет свое состояние с О на 1 Процесс нарастания тока нагрузки до заданного значения. 3f 11,25А продолжается около 35 Мс (фиг.2г, и Зв В момент, соответствующий точке 4 , открыт тиристор фазы В, ток нагрузки продолжает нарастать. В мойент прохождения положительного 5 импульса вспомогательного сигнала, т.е. соответствующий точке , компаратор 8 переходит в состояние О и обратно в 1. С блока 6 на открытый тиристор фазы В блока 3 поступает управляющий импульс, но на работу тиристора это влияния не оказывает. В отрицательной части полуволны напряжения фазы В ток проходит в источник 4 питания - сеть переменного тока за счет энергии, накопленной индуктивностью нагрузки, при этом ток нагрузки уменьшается, соответственно уменьшается напряжение обратной связи на элементе 2. Наступает момент, соответствующий точке g , когда компаратор 8 переходит в состояние О. На тиристор фазы С блока 3 подается отпирающий импульс, одновременно с отпиранием тиристора фазы G закрывается тиристор фазы В, так как напряжение на его аноде в этот момент ниже, чем на аноде тиристора фазы С. До точки 3 процесс отпирания-запирания тиристоров осуществляется в последовательности, соответствующей описанию работы на участке Л-S (фиг.2г.д). нагрузки 1 колеблется около среднего значения 11,25А, среднее напряжение на нагрузке 1 при этом равно 112,5В. Пусть в момент,соответствующий точке h (фиг.2в.и Зв), напряжение на задатчике 10 принимает значение Oj 5В. Пусть, в этот момент открыт тиристор фазы В. При прохождении первого после точки Ц положительного импульса вспомогательного сигнала с генератора 7 компаратор 8 переходит из состояния 1 в О и обратно в 1. С блока 6 на открытый тиристор фазы В поступает управляющий импульс, но это не влияет на работу упомянутого тиристора. При отрицательном напряжении фазы В через тиристор идет ток нагрузки 1, осуществляется процесс рекуперации энергии в источник 4 питания; Ток нагрузки 1 уменьшается и соответственно уменьшается значение U на . элементе 2 обратной связи. При прохождении второго после точки положительного импульса вспомогательного сигнала, в момент, соответствующий точке О, компаратор 8 переходит из состояния 1 в О и обратно в 1. На тиристор фазы С подается открывающий его импульс, тиристор фазы 6 при этом закрьгеается, TiaK как напряжение на его аноде ниже, чем на аноде тиристора фазы С. Процесс рекуперации энергии в источник 4 питания продолжается, ток нагрузки 1 уменьшается. В процессе уменьшения среднего значения тока нагрузки 1 от 11,25 до Jf 2,25 А, в течение .14,.5 Мс, к нагрузке приложено максимально воз можное среднее значение напряжения -225 В (фиг.З б,в), В момент, соответствующий точке , напряжение U0 становится раненым напряжению на выходе задатчика 10, компаратор 8 переходит из состояния 1 в О, На тиристор фазы А подается открываю щий его импульс, ток нагрузки t начи нает нарастать,компаратор 8 переходит из состояния О в 1 и т.д. аналогично участку (фиг.2г). Средний ток нагрузки J 2,25 А, к нагрузке приложено напряжение 22,5 В Характерно, что время задержки отпирающих импульсов относительно, соответствующих синхронизирующих си налов в установивщемся режиме тем бо ше, чем меньше величина заданного тока нагрузки. Процесс поддержания значения тока нагрузки продолжается до момента, соответствующего точке когда напряжение на задатчике 10 становится ранным нулю, в этот момент открыт тиристор фазы А блока 3, осуществляется процесс рекуперации энергии. Ток нагрузки уменьшается до нуля в течение 5,6 мкс. При этом к нагрузке 1 приложено среднеенапряжение -225 В. В дальнейшем, управляющие импульсы приходят на тиристоры блока 3 в моменты, когда напряжение в соответствунядих фазах источника 4 равно нулю и поэтому тиристоры не отпираются. способ, Предлагаемый в осположен вертикаль нову которого ный, в то же время лишен его недостатков. Повьштается быстродействие, так как отпадает необходимость в усилении и сглаживании сигнала рассогласования, повышается помехоустойчивость, так как при реализации предлагаемого способа.в переходных режимах уменьшения-увеличения тока нагрузки сигналы помех приводят только к дуб тированию отпирающих импульсов, а в установившемся режиме моменты формирования отпирающих импульсов не зависят от характера напряжения источjHHKa питания.

СГОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ НУЛЕВЫМ ТИРИСТОРНЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ, работающим на индуктивную нагрузку, заключаюощйся в том, что выбирают значение .сигнала задания, формируют из напряжения нагрузки сигнал обратной связи, сравнивают величины перечисленных сигналов, получают сигнал рассогласования, формируют синхроимпульсы, синхронизированные с напряжением источника питания, из них формируют вспомогательные сигналы, сравнивают величину сигнала рассогласования с величиной вспомогательного сигнала, по результатам сравнения формируют управляющие сигналы и распределяют их по тиристорам преобразователя, отличающимися тем, что, с целью повьшения быстродействия и помехоустойчивости, вспомогательные сигналы формируют в виде пар коротких разнополярных импульсов, амплитуда которых превышает возможную величину сигнала рассогласования, управляющие сигналы формируют синхронно с вспомогательными сигналами и в моменты равенства сигнала рассогласования нулю, причем при положительной полярности сигнала рассогласования управляющий сигнал распределяют на тиристор той фазы, в момент перехода; полярности напряжения которой с положительной на отрицательную сформирован соответствующий синхроимпульс, а при отрицательной полярности сигнала рассогласования управлякиций сигнал распределяют на тиристор фазы, следунщей во времени.