Способ регулирования напряжения тиристорно-трансформаторного источника постоянного напряжения Советский патент 1991 года по МПК H02M7/12 

при дискретном управлении; на фиг.6 изменения формы выходного напряжения для последовательных регулируемого выпрямителя, управляемого дискрет но,и четырех нерегулируемых выпрямителе, подключенных к обмоткам с различным соединением.

Устройство для реализации заявляемого способа (фиг.1) содержит последовательно соединенные трехфазные регулируемый 1 и нерегулируемые 2 выпрямители, подключенные к соответствующим обмоткам трехфазного трансформатора 3, блоки 4 управления тиристорами выпрямителей, блок синхронизации 5, блок управления 6, датчик тока 7 с анализатором перегрузок 8, управляющие элементы И 9, элемент ИШ 10, и дешифратор 11, разрешающие элементы II 12, формирователи импульсов 13, элементы памяти 14. выходной элемент ИЛИ 15 канала сброса, формирователи импульсов 16, элементы памяти 17, элементы И 18, входной элемент ИЛИ 19, формирователи импульсов 20, элемент памяти 21, элемент И 22, формирователь импульсов 23 с инвертором 24, Дроссель 25 добавочный резистор 26, конденсатор 27 и напряжения 28 и 29.

Напряжение вторичных обмоток трехфазного трансформатора 3 выбраны так чтобы выходные напряжения нерегулируемьгх вьшрямителей 2 соответствовали разряду управляющего ими кода, а максимальное напряжение регулируемого выпрямителя 1 соответствовало сумме разрядов управляющего им кода. Регулируемый и нерегулируемые 2 вьшрямители, управляющиеся младшими разрядами, подключены к обмоткам, соединены звездой, вьшрямитель (несоставной), управляющийся старшим разрядом подключен к обмоткам, соединенным треугольником, высоковольтные выпрямтели выполнены составными из четного количества выпрямителей, причем нечетные выпрямители подключены к обмоткам, соединенным звездой, четные - треугольником.

Выходное напряжение,источника регулируют набором нерегулируемых выпрямителей 2, работающих в режиме включено-выключено, и дискретным изменением угла открытия тиристоров в соответствующих фазах регулируемог выпрямителя 1.

При коммутации выпрямителей снимают сигналы управления тиристорами отключаемых выЪрямителей одновременно с отключением сигналов управляющего кода или отсутствия перегрузки, а подают сигналы управления тиристорми включаемых выпрямителей при вклю I чении сигналов управляющего кода

или отсутствии перегрузки в момент смены I знака фазных напряжений, питающих отключаемые выпрямители при изменении .управляющего кода или в момент смены знака фазных напряжений питания источника при повторном включении по сигналу отсутствия перегрузки.

Таким образом осуществляется опережение включения вьшрямителей на 30 эл.градусов относительно момента смены знака линейного напряжения на открытых тиристорах отключаемых вьшрямителей, а также задержка на 90 эл. градусов относительно момента отключения перегрузки для рассасывания и рекомбинации заряженньк частиц после дугового вакуумного пробоя в технологическом устройстве при повторном включении источника после перегрузки.

Для этой цели в канал управления каждым выпрямителем введены управляющие элементы И 9, разрешающие элементы И 12 и элементы памяти 14, с общим каналом сброса, состоящим из вы ходного элемента ИЛИ 15, формирователей импульсов 16, элементов памяти 17, элементов И 18 и входного элемента ИЛИ 19, и формирователи импульсов 13, формирующие сигнал сброса элементов памяти 14 при смене знака фазных напряжений питания источника или с опережением на 30 зл.градусов момента смены знака линейного напряжения на открытых тиристорах отключаемых выпрямителей, подключенных к вторичным обмоткам трехфазного трансформатора, соединенньм звездой. Для формирования сигнала сброса элементов памяти 14 при смене знака фазных напряжений питания выпрямителя, подключенного к обмоткам, соединенным треугольником, при его oTitmo чении в канал сброса введены формирователь импульсов 23 с инвертором 24, элементы И 22, элементы памяти 21 и формирователи импульсов 20, причем элементы памяти 2t сбрасьшаются соответствующим сигналом отсутствия положительного напряжения на анодах тиристоров выпрямителя, подключенно го к обмоткам трансформатора, соединенным звездой. На фиг.2 показаны изменения выходного напряжения двух последовательно включенных трехфазных выпрямителей (Кик 1), подключеннь1х к одинаково соединенным обмоткам трансформатора при их переключении и напряжения на элементах выпрями,телей: ; Фазные напряжения питания выпрямитеQV«Ck. фазные напряжения питания выпрямителя (К «- 1); выходное напряжение выпрямителя К; выходное напряжение выпрямителя (К+1); момент включения . вьшрямителя К (появ ления сигнала включ ния); (JU момент включения си налов управления ти ристорами выпрямите ля К (сброса схемы памяти 14); (Р - момент выключения выпрямителя К и вкл чения вьшрямителя () (отключение сигнала включения выпрямителя К-и появление сигнала вкл чения выпрямителя (K+l); момент включения си налов управления ти ристорами выпр.ямителя (К+1) (сброса схемы памяти 14); момент смены знака линейного напряжения на открытом тиристоре отключаемо. го выпрямителя К (момент закрытия тиристора); - момент выключения выпрямителя (К+1) и включения выпрямите ля К (отключение сигнала включения |выпрямителя : (К+1) появление сигнала включения вьтрямителя К); Ц - момент включения сигналов управления тиристорами выпрямителя К (сброса схемы памяти 14): момент смены знака линейного напряжения на открытом тиристоре отключаемого выпрямителя К+1; Чь момент выключения выпрямителя К; (О - момент смены знака линейного напряжения на открытом тиристоре отключаемого выпрямителя К. При включении сигналов управле- ; ния тиристорами выпрямителей одновре-Г менно с появлением сигнала включения вьшрямителей (без .задержки), т.е. в MOMeHTbiLf, Ч Cpg выходное напряжение последовательных выпрямителей показано точками Ц , ABCDFGLW)PRStf,, т.е. возникшо.т перенапряжения за счет открытых тиристоров выпрямителей К и (К+1) от момента выключения выпрямителя (снятия сигнала включения) 4f момента смены знака линейного напряжения на открытом тиристоре отключаемого выпрямителя (закрытие тиристора отключаемого выпрямителя) и Cpg соответственно, пёренапряжения показаны точками CDFG и ШОР соответственно. При включении сигналов управления тиристорами включаемых выпрямителей С опережении на 30 зл.градусов мо1внта смены знака линейного напря жения на открытых тиристорах, отключаемых въшрямителей, т.е. в мсменты СРз 4 Т выходное напряжение последовательных выпрямителей показано гочкамиЧ),Ср5, BCEFCLNOPRSCpio, Перенапряжения показаны точками CEFG и LNOP, т.е.перенапряжения уменьшаются по амплитуде и по длительности. 1а фиг.З изображены изменения вьгходкого напряжения (К+1) последовательно соединенных трехфазных выпрямителей, подключенных к одинаково соединенным обмоткам трансформатора. И К выпрямителей, подключенных к обмоткам трансформатора, соединенным звездой, и (К-И) выпрямителя, подклю ченного к обмоткам трансформатора, соединенным треугольником, при коммутации К выпрямителей и (К+1) вьтрямителя. |Л А и ,и, ,и - суммарные фазные напряжения К выпрямителей или фазные напряжения (К+1) вьтрямителя, подключенных к обмоткам, соединенным А Л звездой; и ,и. ,и - фазные напряжения (К+1) вьтрямителя, подключенного к обмоткам, соединен КАЛ ным треугольником; 2. выходное напряжение К -- 1 КИ последовательных выпрямителей или (К+1) вьшрямите ля, подключенных к обмоткам, соединенньм звездой выходное напряжение (K+1) выпрямителя, подключенного к обмоткам, соединенным треугольником; СР| - момент включения К последовательных выпрямителей (включения сигнала jmpaB ления); -момент включения сигналов управления тиристорами К последоватепьньк выпрямителей; -момент переключения (переключения сигналов управления) . К последовательных и (К+1 вьшрямителей, подключен ных к обмоткам, соединенным звездой; момент включения сигналов управления тиристорами (К+1) выпрямителя, подключенного к обмотка соединенным звездой; момент переключения (К+1) выпрямителя или К последовательных выпрям телей, подключенных к обмоткам, соединенным звездой, и (К+1) выпря мителя, подключенного к обмоткам, соединенным треугольником; (. - М омент включения сигналов управления тиристорами (К+1) вьтрямителя, подключенного к обмоткам, соединенньм тре- угольником;Р, - момент переключения (К+1) выпрямителя, подключенного к обмоткам, соединенным треугольником, и К последовательных выпрямителей, подключенных к обмоткам,. соединенным звездой; момент включения сигналов управления тиристорами К последовательных выпрямителей; и уменьшение коммутацион,ных перенапряжений при коммутации К выпрямителей, подключенных к об моткам, соединенным звездой, и (К+1) выпрямителя, подключенного к обмоткам, соединенным треугольником, по сравнению с коммутационньми перенапряжениями одинако.во подключенных вьшрямителей. г.4 изображены изменения вынапряжения последовательно ных (К+1) выпрямителей, подх: к одинаково соединенным , и К вьтрямителей, поДклю обмоткам, соединенньм звез+1) выпрямителя, подклюобмоткам, соединенным трем, при одновременном отклю овторном включении, напритключении вьшрямителей по перегрузок. .Ue, i - то же, что на фиг.З; - момент включения (К+1) выпрямителей, подключен ных к одинаково соединенным обмоткам; р - цемент включения сигналов управления тиристорами (К+1) выпрямителей, подключенных к одинаково соединенным о& откам; , - момент отключения вьшрямителей, например, появлвние сигнала перегрузки момент запирания тиристоров выпр}1мителей и включения сигнала отсутствия перегрузки;, т.е. раэреше ния повторного включения выпрямителей; , Чч моменты включения сигналов управления тиристорами выпрямителей, подключенных к обмоткам, соединенным звездой, и (К+1) выпрямителя, подключенного к обмоткам, соединенным треугольником; момент отключения (К+1) вьшрямителей по сигналу перегрузки; момент запирания тиристоров (К+1) вьшрямителя, подключенного к ойроткам соединенньм треугольником момент запирания тиристоров К вьшрямителей, п одключенных к обмоткам, сое диненньм звездой, или включение сигнала отсутствия перегрузки и разрешение повторного включени выпрямителей; выходное напряжение (К+1) выпрямителей, подключенных к одинаково соединенные обмоткам; л- 4 V.; выходное напряжение j(K+1 выпрямителей, подключенных к обмоткам, соединенным звездой, и (К+1) вьшмителя, подключенного к обмоткам, соединенные треугольником. Из 4мг.3 и 4, . : к+. . А «е- А и.,.,, показано на 6% больше U. Ч и,, , следует, что при подключении выпрямителя с большим выходньм напря жением и. и выпрямителей с мень- - 1тг шими выходными напряжениями : и. к сдвинутьм на 30 эл.град трехфазным напряжениям перенапряжения при коммутации уменьшаются более чем на 10% (и), пульсации суммарного выходного напряжения уменьшаются более чем в три раза; кроме того, несколько уменьшается мопдаость, выделяемая на эл 4ентах вьшрямителей, во время запирания тиристоров по сигналам перегрузки (на фиг.4 площадь (О- А ср больше площади(| вер-). Выходное напряжение регулируемого выпрямителя 1 (фиг.1) регулируют, изменяя угол открытого состояния тиристоров в соответствуюш;их фазах на 180. или 120, или 60 эл.град. на единицу младшего разряда управляющего им кода. Для этой цели в канал управления регулируемые выпрямителем введены дешифратор 11 и элемент ИЛИ 10. Выходной сигнал элемента ИЛИ 10 подается на вход управляющего элемента И 9 регулируемого выпрямителя 1 при наличии сигнала любого разряда управляющего регулируемым вьтрямителем кода, а с выхода дешифратора 11 на входы разрешающих элементов И 12 регулируемого вьтрямителя 1 подаются сигналы, разрешающие открытие тиристоров при положительном напряжении на их анодах в соответствии с комбинацией управляющего кода на входе дешифратора 11. На входы синхронизации .дешифратора 11 подаются с выхода блока синхронизации сигналы положительного напряжения на анодах тиристоров для изменения угла открытия тиристоров на 180 или 60 эл.град. на единицу младшего разряда управляющего кода или сигналы положительного напряжения на анодах тиристоров и сигналы смены знака напряжения питания для изменения угла открытия тиристоров на 120 эл.град. на единицу младшего разряда управляющего кода . Так, например, при управлении регулируемьм выпрямителем двумя разрядами двоичного кода каждой единице мла дшего разряда соответствует открытое состояние тиристоров в соответствующих фазах на 180 эл.град. (или 1/3 максимального значения напряжения регулируемого вьтрямителя, фиг.5, точки A,B,C,D), при управлении тремя разрядами единице младшего разряда соответствует открытое состояние тиристоров в соответствующих фазах на 120 эл.град. причем первая единица младшего разряда пропускается в дешифраторе, т.е. на выходе регулируемого выпрямителя напряжение изменяется на 1/6 от максимального значения на каждую единицу младшего .азряда после первой, т.е. 2 - 7 (фиг.5, точки EFK), при управлении четырьмя разрядами единице младшего разряда соответствует открытое состояние тиристоров в соответствующих фазах на 60 эл.градусов, причем первые три единицы младшего разряда пропускаются, в дешифраторе т.е. на выходе регулируемого вьтрямителя напряжение изменяется на 1/12 от максимального на каждую единицу младшего разряда после третьей, т.е. 4...,15 (фиг.5 точки LMN) . При дискретном изменении угла открытия тиристоров регулируемого выпрямителя пульсации выходного напряжения источника, содержащего регулируемьй и 4,...5 нерегулируемых выпрямителей, увеличиваются незначительно. На фиг.6 изображены изменения формы выходного напряжения для последовательных четырех нерегулируемых выпрямителей, управляемых 5-8 разрядами двоичного кода,, и одного регулируемого выпрямителя-, управляемого 1 - 4 разрядами двоичного кода, где АЛЛ U-,U{j,U - то ate, что на фиг.З, 2U - пульсации выходного fnA напряжения четырех после довательных нерегулируемых выпрямителей, -подклю ченных к обмоткам, соеди ненным звездой, составля J ют 6%; 2U ,- пульсации выходного напряжения последовательных четырех нерегулируемых и одного регулируемого вып рямителей, подключенных обмоткам, соединенным . звездой, при изменении выходного напряжения рег лируемого вьтрямителя на 1/12, 1/4, 5/12 от макси мального значения увелич ваются до 7,5%; пульсации выходного напр жения последовательных нерегулируемых вьтря1«1ит лей трёх, подключенных обмоткам, слединенньм звездой, и четвертого с большим выходным напряжением, подключенного к обмоткам, соединенным треугольником, составляют 1,5%; 2U. пульсации выходного нап-ряжения последовательных четьфех нерегулируемых вьшрямителей, подключенных к обмоткам, соединенным звездой и треугольни ком, и одного регулируемого, подключенного к обмоткам, соединенным звездой, при изменении выходного напряжения регулируемого выпрямителя на 1/12, 1/4, 5/12 от максимального значения увеличиваются до 2,7%. Для защиты источника от кратковре менных перегрузок, например, вакуумных дуговых пробоев в технологическом устройстве, и коротких замыканий в предлагаемое устройство (фиг.1) введен последовательно с вьшрямителями датчик тока 7 с анализатором перегрузок 8. При возникновении перегрузок или коротких замыканий в нагрузке на выходе анализатора 8 отключается сигнал отсутствия перегрузок и запрещается работа схем управления тиристорами (через управляющие элементы И 9 и разрешающие элементы И 12) всех выпрямителей. Таким образом, при возникновении перегрузки отключаются все выпрямители и повторно включаются после отключения перегрузки. Регулирование выходного напряжения источника осуществляется следующим образом (см.фиг.1). Сигналы, соответствующие младшим разрядам управляющего регулируемым выпрямителем 1 кода, с выхода блока управления 6 по- даются на входы элемента ИЛИ 10 и входы дешифратора 11, с выхода элемента ИЛИ 10 на вход управляющего регулируемым выпрямителем элемента И 9 подается сигнал при наличии сигнала на любом входе дешифратора 11 или на любом выходе младших разрядов устройства управления; сигнал, соответствующий разряду управляющего нерегулируемым выпрямителем 2 кода, с выхода блока управления 6 подается на вход управляющей соответствующим нерегулируемьм вьтрямителем схемы И 9; на другой вход управляющих схем И 9 подается сигнал отсутствия перегрузки с выхода анализатора перегрузок 8; при совпадении сигналов управляющего кода и отсутствия

перегрузки сигнал с выхода управляющих элементов П 9 подается на вход разрешающих открытие тиристоров соответствующих выпрямителей элементов Н 12 и снимается сигнал с входа элемента памяти 14 соответствующего вьшрямителя; сигнал с выхода элемента памяти 14 подается на вторые входы соответствующих разрешающих элементов И 12 запрещая открытие тиристоров выпрямителей до сброса, на третий вход разрешающих элементов И 12 нерегулируемых вьшрямителей подаются сигналы синхронизации разрешающие подачу сигналов управления тиристорами вьшрямителей при положительном напряжении на их анодах с выхода блока син ронизации 5.

На третий вход разрешающих эле ментов Н 12 регулируемого вьтрямителя 1 подаются сигналы разрешающие подачу сигналов управления тиристорами при положительном напряжении на их анодах для открытия тиристоров в соответствующих фазах на 180 или 120, или 60 эл.градусов на единицу . младшего разряда в соответствии с комбинацией управляющего кода на входах дешифратора с соответствующих его вькодов, а на входы синхронизации дешифратора 11 подаются сиг налы .положительного напряжения на анодах тиристоров при изменении угла открытия тиристоров на 180 или 60 эл. градусов на единицу младшего разряда или сигналы положительного напряжения на анодах тиристоров и сигналы смены знака напряжения питания при изменении угла открытия тиристоров на 120 эл.градусов на единицу младшего разряда с соответствующих выходов блока синхронизации 5.

Сигнал сброса элементов памяти 14 при появлении сигнала на выходе любого управляющего элемента И 9, т.е. при появлении сигналов управляющего кода и вкточении сигнала отсутствия перегрузки с выхода анализатора 8, формируется следующим образом,

Сигналы с выхода любого из управляющих элементов.И 9 через формироват ли импульсов 13 подаются на входы входного элемента ИЛИ 19 канала сброса, выходной сигнал которого подается на вход элементов И 18, на другой вход которых подаются сигналы положительного напряжения на тиристорах выпрямителей, подключенв111х к

обмоткам трансформатора, соединенным звездой, с ссответствующи вы.ходов блока синхронизации 5;с выхбДа элемента И 18 снимаются сигналы, включающие элементы памяти 17, сброс которых производится соответствующими сигналами смены знака напряжения пита ния с выходов блока синхронизации 5; при сбросе любого элемента памяти 17, выходные сигналы которых через формирователи импульсов 16 подаются на входы выходного элемента ИЛИ 15 канала сброса, происходит сброс всех элементов памяти 14, на входы сброса которых подается сигнал с вькода выходного элемента 1ШИ 15 канала сброса.

Сигнал сброса элементов памяти 14 при переключении выпрямителей с от ключением выпрямителя, подключенного к обмоткам, соединенные треугольником, формируется следующим образом.

Сигнал с выхода управляющего блока включающий несоставной выпрямитель, подключенный к обмоткам, соединенным треугольником, через инвертор 24 и формирователь импульсов 23 подается на вход элементов И 22, на другие входы которых подаются сигналы положительного напряжения на тиристорах выпрямителей, подключенных к обмоткам соединенным треугольником, с соответ-г ствующих выходов блока синхронизации 5; с выходов элементов И 22 снимаются сигналы, включающие элементы памяти 21, сброс которых производится соответствующими сигналами положительного напряжения на тиристорах выпрямителей, подключенных к обмоткам, соединенным звездой, с выходов блока синхронизации 5. При сбросе лобого элемента памяти 21, выходные сигналы которьк через формирователи импульсов 20 подаются на входы выходного элемента lUIIi 15, происходит сброс элементов памяти 14.

Таким образом, отключение сигналов управления тиристорами происходит одновременно с отключением выходного сигнала управляюрщх элементов И 9, т.е. при отключении сигнала отсутствия перегрузки или отключении управляющего сигнала, а включение происходит- только в момент смены знака питающих напряжений при включении или переключении выпрямителей с отключением вьшрямителей, подключенных к обмоткам, соединенным звездой, или в момент отключения сигнала положительного напряжения на соответствующем тиристоре выпрямителя, подключенного к обмоткам, соединенным звездой, при переключении выпрямителей с отключением выпрямителя, подключенного к обмоткам, соединенным треугольником, т.е. осуществляется отключение отключаемых вьтрямителей в момент переключения, а включение включаемых выпрямителей с опережением на 30 эл,градусов момента смены энака линейного напряжения на открытых тиристорах отктцочаемык вьшрямителей.

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ТИРИСТОРНО-ТРАНСФОРМАТОРНОГО ИСТОЧНИКА ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, состоящего из последовательно соёди ненных регулируемого и нерегулируемых трехфазных выпрямителей, подключенных к обмоткам трансформатора с меньшими напряжениями, соединенных звездой, и с большим напряжением, соединенных треугольником, и высоковольтных, составленных из четного числа нерегулируемых трехфазных выпрямителей, нечетных - подключенных к Изобретение относится к электротехнике, в частности к технике преобразования вида энергии, и может быть использовано, например, в оборудовании для вакуумного нанесения и травления покрытий. Цель изобретения - снижение коммутационных перенапряжений и пульсаций выходного напряжения при цифровом управлении тиристорно-трансформаторным источником постоянного напряжения . На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для реализации .г1Г- SjiVil i . hi.k t iUiiI |,..:-.(:л-.г. .: ВаНОТНнЛ обмоткам трансформатора, соединенных звездой, четных - треугольником, состоящий в том, что выходное напряжение регулируют включением и отключением нерегулируемых выпрямителей с большими выходньыи напряжениями и изменением угла открытия тиристоров плавно или дискретно в пределах от О до 180 эл.град. регулируемого выпрямителя с меньшим выходным напряжением, отличающийся тем, что, с целью уменьшения коммутационных перенапряжений и пульсаций выходного напряжения, снимают сигналы управления тиристорами от слючаемых выпрямителей в момент отключения и i подают сигналы управления тиристора 0 ми включаемых выпрямителей с опережением на 30 эл.градусов момента смены знака линейного напряжения на открытых тиристорах отключаемых вьтрямителей. 00 N;) со .1 заявляемого способа; на фиг.2 - изС менения выходного напряжения при комсо мутащш двух последовательных нерегулируемых выпрямителей; на фиг.З изменения выходного напряжения при коммутации выпрямителей, подключенных к обмоткам трехфазного трансформатора с различные соединением; на 1 фиг.4 - изменения выходного напряжения при отключении и повторном включении выпрямителей, подключенных к .обмоткам с различньм соединением; на фиг.З -изменения выходного напряжения регулируемого вьтрямителя

.I/I

wtw

UK

ui

л -.x

(/;

(

/

fpuz.S UKI-I -B nrw -4

фиг.В