Устройство для переключения ступеней многомостового тиристорного преобразователя Советский патент 1986 года по МПК H02M7/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразов тельной технике, и может быть применено для управления работой многомостового выпрямительно-инверторног тиристорного преобразователя, ис пользуемого в электроприводе с многступенчатым регулированием напряжения на нагрузке, преимущественно на электрическом транспорте.

Целью изобретения является обеспечение условий надежной работы тиристоров преобразователя и повышение устойчивости работы устройства.

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства} на фиг.2 и 3 - временные диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства соответственно до переключения и в момент переключения преобразователя с предыдущей регулируемой ступени на последующую.

Устройство для переключения ступеней мнргомостового тиристорного преобразователя содержит формирователь 1 опорных импульсов, фазосдви- гающий элемент 2 первой ступени регулирования, выход которого подключен к первому входу первого элемента И 3, второму входу первого эле- мента И-НЕ 4 и входу первого элемента НЕ 5, выход которого соединен с вторым входов второго элемента И-НЕ 6, первый вход которого подключен к выходу элемента 7 временной задержки. Выходы первого и второго элементов И-НЕ 4 и 6 соединены соответственно с первым и вторым входами первого триггера 8 с раздельным запуском, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам синхронного триггера 9, первый выход которого соединен с вторым входом первого элемента И 3, а второй - с первым входом второго элемента И 10, второй вход которого подключен к выходу фазосдвигающёго элемента 11 второй ступени регулирования. Выходы первого и второго логических элементов И 3 и 10 через распределитель 12 импульсов и блок 13 усилителей соединены с управляюпщми электродами тиристоров многомостового тиристорного преобразователя 14.Блок 15 селективного суммирования состоит из второго триггера 16 с раздельным запуском, третьего элемента И-НЕ 17, одновибратора 18 и второго элемента НЕ 19, вход которого через датчик 20 угла коммутации подключен к силойой цепи многомостового тиристорного преобразователя 14.

Датчик 20 .угла коммутации предназначен для формирования импульсов, длительность которых должна соответствовать углу коммутации тока в тиристорах многомостового тиристорного преобразователя 14. Выход формирователя 1 опорных импульсов соединен с первым входом третьего элемента И-НЕ 17 и входом одновибратора 18, выход которого соединен с

входом третьего элемента И-НЕ 17, третий вход которого подключен к выходу второго элемента НЕ 19. Выходы блока 21 синхронизации и третьего элемента И-НЕ 17 соединены соответственно с первым и вторым входами второго триггера 16 с раздельным запуском, первый выход которого подключен к первому входу первого элемента И-НЕ 4, а второй выход второго триггера 16 соединен с входом элемента 7 временной задержки. Выход питающего трансформатора 22 подключен к силовой цепи многомостового тиристорного преобразователя 14.

Вход блока 21 синхронизации подключен к напряжению сети. Выход дополнительного фазосдвигакяцего элемента 23 подключен к третьему входу синхронного триггера 9, входы дополнительного фазосдвигающёго элемента 23, фазосдвигающёго элемента 2 первой ступени регулирования, фазосдвигающёго элемента 11 второй ступени регулирования, формирователя 1 опорных импульсов подключены к напряжению сети.

Устройство работает следующим образом.

В начале каждого полупериода вы.ходного напряжения питающего трансформатора 22 формирователь 1 опорных импульсов формирует импульс 0 с фазой о(о (фиг.2 и 3), который одновременно поступает на вход одновибратора 18 и на первый вход третьего элемента И-НЕ 17, на второй вход которого поступает сигнал U с выхода одновибратора 18. Каждый полупериод выходного напряжения питакще5 го трансформатора 20 тиристоры многомостового тиристорного преобразователя 14 открываются в начальной фазе do и регулируемой сХр. по этому

датчик 20 за тот же промежуток времни выдает импульсы (фиг.2,3) длительностью TI , формируемые от импульсов , и Ti формируемые от импульсов ffr Длительность импульсов TI и У равна времени коммутации cooTBeTCTBVKH4HX тиристоров многомостового тиристорного преобразователя 14.

Сигнал io инвертируется вторым элементом НЕ 19 и йодается на третий вход VpeTbei-o элемента И-НЕ 17, на выходе которого формируется сигнал и,, ,. равный логической сумме сигналов формирователя 1, одновибратора 18 и инвертированных сигналов датчика 20. Сигналы длительностью Т сдвинуты относительно импульсов

do на некоторый угОл. Это обусловлено конечным временем срабатывания элементов устройства, через которые проходит импульс с фазой , и наличием в схеме естественных линий задержки. Выходные импульсы одновибратора 18 при сложении с импульсами о(о и запрещают появление йросечек между этими импульсами на выходе третьего элемента Й-НЕ 17.

Блок 21 формирует импульсы 0 с фазой, равной фазе перехода напряжения сети, т.е. выходного напряжения питающего трансформатора 22, через нуль. Сигналы с выхода блока 21 подаются на первый вход второго .триггера 16 с раздельным запуском, на второй вход которого поданы импульсы Выходные импульсы Ц и

Ц триггера 16 и всего блока 15 селективного суммирования равны ло- гической сумме импульсов с(. и Tj . Импульсами U,j можно пренебречь,так как практически их величина значительно меньше длительности о(„ и У, , а импульсы Tj данным устройством запрещены. Импульсы U с первого выхода второго триггера 16 подаются на первый вход первого элемента И-Н 14, на второй вход которого поданы импульсы Uj. Импульсы Uj фазосдвиТающего элемента 2 первой ступени регулирования формируются синхронно с напряжением сети с фазой, равной dper.i При изменении напряжения управления фаза cfcppfj изменяется от 180 до О эл.град., так как данный элемент имеет обратную фазовую характеристику.

Фазосдвигающий элемент 11 второй ступени регулированйя аналогичен фазосдвигающему элементу 2 первой ступени регулирования, а регулировка фазы его выходных импульсов начинается по окончании регулировки фазы импульсов о(per.,,До тех пор, пока импульсы и, и Uj (фиг. 2 и 3) поступают на первьй элемент И-НЕ 4 неодновременно, его выходной сигнал и , соответствующий 1, поступая на первый вход первого триггера 8, не изменяет его состояния. Импульсы и, с второго выхода второго триггера 16 подаются на вход элемента 7, а с его выхода импульсы U7 фаза фронта которых задержана относительно Ц, подаются на первый вход второго элемента И-НЕ 6, на второй вход которого поступает сформированньй фазосдвигающим элементом 2 первой ступени регулирования и инвертированный элементом НЕ 5 импульс Uy (фиг.2 и 3).

При одновременном присутствии на входах второго элемента И-НЕ 6 сигналов и и Us на его выходе формируется сигнал, -соответствующий логическому нулю, Ujj (фиг.2), который, поступая на второй вход первого триггера 8, переключает его в состояние, при котором с его первого выхода снимается разрешаюощй сигнал Ug (фиг.2), а с второго - запрещающий сигнал f , Оба эти сигнала поступают соответственно на первый и второй информационные входы синхронного триггера 9. При этом на первом выходе синхронного триггера 9 формируется сигнал, который, поступая на второй вход первого элемента И 3, обеспечивает прохождение выходных импульсов Ua фазосдвигающего 2 элемента первой ступени регулирования через первый элемент И 3. Далее эти импульсы через распределитель 12 импульсов, блок 13 усилителей проходят на первую ступень многомостового тиристорного преобразователя 14, регулируя фазу открытия тиристоров в плечах этой ступени. На втором выходе синхронного триггера 9 формируется сигнал, который, поступая на первый вход второго элемента И 10, запрещает прохождение импульсов фазосдвигающего элемента 11 второй ступени регулирования на многомостовой тиристорный преобразователь 14. По мере увеличения напряжения управления фаза cipen импульсов U с выхода фазосдвигающего элемента 2 первой ступени регулирования уменьшается, но, пока выполняется неравенство aL T -ioCpef. , продолжается регулирование напряжения первой ступени многомостового тиристор ного преобразователя 14, так как на входы первого элемента И-НЕ 4 иммульсов , и Ui все. еще поступают неодновременно. При этом сигнал, соответствующий О, на выходе первого элемента И-НЕ 4 отсутствует и первый триггер 8 с раздельным запуском, а следовательно, и синхронный триггер 9 остаются в прежнем состоянии. При дальнейшем умень шении фазы cf per. i и достижении ею величины ofpe-r.i оС, выходе первого элемента И-НЕ 4 формируется сигнал и,соответствующий О. На выходе второго элемента И-НЕ 6 прекращается выдача импульсов, соот ветствующих О, так как на его входах прекращается одновременная подача импульсов, соответствующих 1. Таким образом, созданы необходимые условия, при которых первый триггер 8 с раздельным запуском меняет свое состояние на обратное. Это приводит к изменению состояния синхронного триггера , и на его первом выходе формируется запрещающий сигнал для прохождения импульсов Uj через первый элемент И 13, а разрешающий сигнал, сформированньй на втором выходе синхронного тригге ра 9, обеспечивает прохождение выходных импульсов фаэосдвигающего эл мента 11 второй ступени регулирования через второй элемент И 10. Дале эти импульсы через распределитель 1 импульсов, блок 13 усилителей прихо дят на вторую ступень многомостовог тиристорного преобразователя 14, ре гулируя фазу открытия тиристоров в плечах этой ступени. Таким образом, выходные сигналы первого триггера 8 с раздельным запуском используются для формирования команды переключения ступеней многомостового тиристо ного преобразователя. Первый и второй входы синхронного триггера 9 являются информационными, третий вход синхронизирунлдий, поэтому при изменении сигналов на информационных входах данньш триггер перебрасывается из одного состояния в другое только по синхронизирующему импульсу, приходящему на его третий вход. Формируется синхронизирующий импульс дополнительным фазосдвиганжщм элементом 23. На этом заканчивается процесс прямого перехода с предьщущей (первой) ступени регулирования на последующую (вторую). Аналогично могут осуществляться прямые переходы с второй ступени на третью, с третьей на четвертую и т.д. Обратный переход, например с второй ступени регулирования на первую, осуществляется при уменьшении напряжения управления и увеличении сначала фазы импульса фазосдвигающего элемента 11 второй ступени регулирования, а затем фазы о( per. импульса Uj с выхода фазосдвигающего элемента 2 первой ступени регулирования. Однако, пока фазас/р г.4 меньше фазы выкодного напряжения элемента 7 временной задержки (фиг.2 и 3), продолжается регулирование второй ступени многомостового тиристорного преобразователя 14, так как на первом выходе первого триггера 8 с раздельным запус.ком формируется сигнал, соответствующий О. При фазе оСрег , большей или равной фазе выходного импульса элемента 7 временной задержки, на выходе второго элемента И-НЕ 6 формируется сигнал, соответствующий 0 который возвращает первый триггер 8 с раздельным запуском, а следовательно, синхронный триггер 9 в первоначальное состояние. Таким образом, происходит обратное переключение многомостового тиристорного преобразователя 14 с йоследующей (второй) регулируемой ступени на предыдущую (первую). Элемент 7 временной задержки выдает выходной импульс U-j , фаза которого задержана относительно входного Ц и тем самым исключается режим звонковой работы устройства, который может происходить за счет асимметрии выходных импульсов фазосдвигающего элемента 2 первой ступени регулирования. Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в повышении надежности

работы тиристоров многомостового тиристорного преобразователя и увеличении устойчивости работы устройства, достигаемых за счет того,что необходимым условием перехода с одной зоны регулирования на другую является выполнение неравенства .с/,+У . Импульсы с фазой о(. практически не заходят в зону коммутации 3, которая в эксплуатации достигает 20-25 эл.град., ибо, как только фаза импульса . становится равной фазе о(„ + jr.,сформируется команда перехода с одной зоны регулирования на другую. Устройство обеспечивает подачу импульсов уп.равления . только тогда, когда анодное напряжение тиристоров достигает величины, при которой гарантируется их надежное включение и, следовательно, создаются необходимые условия для включения всех параллельных ветвей плеча выпрямительно-инверторного преобразователя, поэтому перегрузка тиристой по анодному току отсутствует. Кроме того, поскольку импульс . не заходит в зону коммутации 2P в регулировочной характеристике отсутствуют мертвые зоны, а значит создаод условия устойчивой работы устройства, особенно с применением автоматики.

Формула изобретения

Устройство для переключения ступеней многомостового тиристорного преобразователя, содержащее формирователь опорных импульсов, фазосдвигающий элемент первой ступени регулирования, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, второму входу первого элемента И-НЕ и входу первого элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ первый вход которого подключен к вы.ходу элемента временной задержки, выходы первого и второго элементов И-НЕ соединены соответственно с первым и вторьм входами первого тригера с раздельным запуском, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам синхронного триггера с раздельным запуском, первый выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, а второй - с первым входом второго элемента И, второй 5 вход которого подключен к выходу фазосдвигающего элемента второй ступени регулирования, выходы первого и второго элементов И через распределитель импульсов и блок усилителей 0 предназначены для соединения с управляющими электродами тиристоров многомостового тиристорного преобразователя, выход дополнительного фазосдвигающего элемента подключен к 5 третьему входу синхронного триггера, входы дополнительного фазосдвигающего элемента, фазосдвигающего элемента первой ступени регулирования, фазосдвигающего элемента второй 0 ступени регулирования и формирователя опорныхимпульсов предназначены для подключения к напряжению сети, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы

5 выпрямительно-инверторного преобразователя и повышения устойчивости работы устройства, оно снабжено датчиком угла коммутации, блоком синхронизации и устройством селек0 тивного суммирования, состоящим иэ второго триггера с раздельным запуском, третьего элемента И-НЕ, одновибратора и второго элемента НЕ, вход которого через датчик угла ком5 мутации предназначен для подключения к силовой цепи многомостового тиристорного преобразователя, выход формирователя опорных импульсов соединен с первым входом третьего эле0 мента И-НЕ и входом одновибратора, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И-НЁ, третий вход которого подключен к выходу второго элемента НЕ, выходы бло5 ка синхронизации и третьего элемента И-НЕ соединены соответственно с первым и вторым входами второго триггера с раздельным запуском,первый выход которого подключен к первому входу первого элемента И-НЕ, а . второй выход указанного триггера соединен с входом элемента временной задержки, вход блока синхронизации предназначен для подключения к напряжению сети.