Одноканальное устройство для управления многофазным тиристорным преобразователем Советский патент 1988 года по МПК H02M1/08 

(21)4225520/24-07

(22)07.04.87

(46) 07. П. 88. Бюл. № 41

(71)Ульяновский политехнический институт

(72)С.Н.Сидоров

(53) 621.316,727(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР

№ 1102008, кл. Н 02 М 7/12, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1091298, кл, Н 02 М 5/257, 1984.

.

оЦг

(54) ОДНОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫМ TliPHCTOPHbM ПРЕО БРАЗ ОВАТЕЛЕМ

(57) Изобретение относится к устройствам для- управления многофазными тиристорными преобразователями, может быть использовано для управления сетевыми преобразователями в широком диапазоне изменения угла управления, Цель изобретения - упрощение устройства. Устройство содержит формироваoUy-Ucf oi y-ZUcM

СО

о

1Ч5

Ю

1436220

синхро низирующих импульсов 1 , атор опорного сигнала 2, три йства сравнения опорного сигнасоответствующим управляющим сиг9-11, равным и,,-(п-1)Ц;,, где

це 17 14 уп ни вы за за ньй ро це ща со 3 ни

и - напряжение смещения, равное амСЛ

плитуде опорного сигнала, а также распределитель 3 импульсов управления Поставленная цель достигается благодаря использованию в работе распределителя 3 .циклического закона чередования работающих вентилей в сетевых преобразователя-к. Использование этого закона и дает возможность выполнить распределитель 3 в виде кольf

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления многофазными тирис- торными преобразователями электрической энергии непосредственного типа (регуляторами переменного напряжения вьшрямителями, непосредственными преобразователями частоты и др.), управление которыми осуществляется в широком диапазоне изменения угла включения тиристоров.

Цель изобретения - упрощение устройства путем сокращения Ш1сла элементов в составе распределителя ул- равляющих импульсов .

На фиг. I представлена схема устройства; на фиг, 2 - временные диа- грамкы, поясняющие работу устройства при отработке линейно возрастающего и убывающего сигнала управления.

Силовая часть вьтолнена на симметричных тиристорах (симисторах) п;с схеме трехфазного регулятора переменного напряжения и подключена так же, как устройство управления к общей трехфазной сети, где U,, U(j, Ue- напряжения фаз сети; U , - управляющее напряжение, прикладываемое к входам фазо сдвигающе го блока; U.,- напряжение смещения, равное амплитуде опорного напряжения; импульсы управления для 1, 2, 3-го тиристора; и. - напряжение, выделяющееся на выходе j-ro элемента рхемы.

цевой схемы на основе триггеров 15- 17 и двувходовых схем совпадения 12- 14, количество которых равно числу управляемых тиристоров. Для синхронизации работы распределителя с сетевым напряжением используются блок запуска 4, содержащий формирователь запускающего импульса 21, подключен- ньй входом к одному из выходов- формирователя синхроимпульсов 1, а также цепь блокировки 22, 23, обеспечивающая подачу запускающего импульса в соответствующий канал распределителя 3 лишь при условии нулевого напряжения управления, 2 ил.

2

Устройство содержит формирователь 1 синхронизирующих импульсов, фазо- сдвигающий блок 2, распределитель 3 импульсов управления и формирователь 4 запускающего импульса. ФорГ Жрова- тель 1 синхронизирующих импульсов имеет три выхода 5-7 по числу силовых; тиристоров. Фазосдвигающий блок имеет в своем составе генератор 8 напря- 0 жения, а также три элемента. 9-11 сравнения. Распределитель управляющих импуль сов содержит двувходовые элементы И 12-14 и RS-триггеры 15-17 :с выходами, нагруженными на конденса5 торы 18-20.

Формирователь 1 входами подключен к источнику трехфазного сетевого напряжения, а выходами 5-7 - к входу

0 генератора 8, последнего связан с параллельно соединенными первыми входами элементов 9-11 сравнения. Второй вход элемента 9 подключен к источнику управляющего напряжения

5 и, второй вход элемента 10 подключен к источнику напряжения второй вход элемента 11 подключен к источнику напряжения ,, где. постоянное напряжение смещения, равное ам0 плитуде опорного напряжения.

Блок запуска содержит формирователь 21 запускающед о импульса, который входом соединен с выходом 6 формирователя 1, а также цепь блокиров- ,. ки, выполненную в виде элемента НЕ 22,

314

подключенного входом к источнику управляющего напряжения Uy, а выходом связанного с первым входом двувходо- вого элемента И 23, при-4ем второй вход последнего подключен к выходу формирователя -21.5 составе pacnpev. делителя 3 элементы И 12-14 и RS- триггеры 15-17 образуют кольцевую схему, в которой триггер 15 одним выходом, нагруженным на конденсатор 18, связан с первым входом элемента И 2j а также с R-входом триггера 17 Выход элемента И 12, предназначенный для подключения к управляющему входу тиристора фазы а, связан с 5-входом Триггера 16« Последний своим выходом нагруженным на конденсатор 19, связан с первым входом элемента И 13, а также с R-входом триггера 15, Выход эле

мента И 13, предмазиаченный для подключения к управляющему входу тиристора фазы с, связан с S-входом триг-; гера 17. В свою очереддз последний выходом посредством параллельного конденсатора 20 связан с первым входом элемента И 14 и R-входом триггера 16. Выход элемента И 14 подключен к, S- входу триггера 16. Этот выход служит также для подключения к управляющему входу тиристора фазы Ъ. S-вход триггера 15.подключен к выходу цепи бло- кировки, т.е. к выходу элемента И 23. Синхроимпульсы , формируемые на выходе 6 фор шрователя Г, синхронизируются напряжением фазы Ъ.

Устройство работает следующим образом.

Первоначальный запуск осуществляется при нулевом или достаточно малом напряжении управления на входах блока 2, не превьшающем амплитуды опорного напряжения ,. В против 35

40

50

ном случае выход схемы 4 запуска заблокирован с помощью элементов 22 и 23, в результате запускающ ий импульс с выхода формирователя 21 не поступит на вход кольцевой схемы распределителя. Так как триггеры 15-17 распределителя в исходном состоянии имеют на своих выходах нулевое напряжение, элементы И 12-14 распределителя также заблокированы, управляющие импульсы на тиристоры не поступают. Таким образом, запуск состо-55 ится лшпь при условии достаточно малого напряжения управления.

При подаче напряжений сети на выходах блока 1 формируются кратко25

30

5 0

5

0

0

5

временные синхронизирующие импульсы, совпадающие с моментами прохождения фазных напряжений через нуль в обоих напряжениях (фиг. 2). Импульсы на выходе 5 опережают импульсы на выходе 6 на 1Г/3 радиан, а последние также опережают импульсы на выходе 7 на радиан, С приходом каждого синхроимпульса происходит запуск генератора опорного напряжения, формирующего на своем, выходе периодически изменяющееся напряжение пилообразной формы с частотой, превышающей частоту сети в 6 раз. Опорное напряжение имеет амплитудное значение . Одновремен-.

5

0

но с этим первыл синхроимпульс с вм- хода 6 формирователя 1 поступает на

вход форм1рователя 21. Данный фор- шрователь представляет собой одно- вибратор, срабатьшание которого исходит однократно после подачи напряжения питания (первоначального запуска) в момент поступлемия яа его вход первого.синхроимпульса. При срабатывании формирователя 21 коротк1ш импульс с его выхода подается на один из выходов элемента И 23.

При условии, что напряжение управления при запуске достаточно мало или равно нулю, на второй вход элемента И 23 с выхода элемента НЕ-22 будет подано напряжение, соответствующее логической 1, в результате чего первый синхроимпульс с выхода формирова- теля 21 поступит на S-вход одного из триггеров, распределителя, в данном случае триггера 15. Последующий за этим переход указанного триггера в состояние 1 приведет к появлению на первом входе элемента И 12 логической I. Б результате данный эле-, мент будет подготовлен к.ТОМУ что первый управляющий импульс с выхода блока 2 будет пропущен этим элементом на управляющий вход тиристора фазы а. При этом поступление сигнала . 1 с выхода триггера 15 на R-вход триггера 17 не изменит исходного состояния последнего. После этого работа распределителя 3 продолжится по принципу замкнутой кольцевой схемы, при этом управляющее напряжение на входах блока 2 может изменяться по пpoизвoльнo гy закону.

При возрастании управляющего напряжения устройство работает следую- rn}iM образом.

При подаче напряжения управления на входы фазосдвигающего блока 2 на выходах элементов 9-11 сравнения формируются кратковременные импульсы управления, формирование которых происходит в соответствии с известным вертикалЕным принципом в моменты равенства убывающих опорных напряжений с сигналами управления, подаваемыми на вторые входы элементов 9-11 сравнения .

Если возрастающее напряжение управ ления находится в пределах ,,4Ц,„, зтравляюпдае импульсы будут формироваться лишь на выходе элемента 9 срав14362206

Сигнал Лог. 1 с выхода триггера 17 подается на R-вход триггера 16, что приводит к возврату последнего в

состояние О и последующей блокировШ

ке элемента И 13. Одновременно с этим сигнал Лог. I будет подан на первый вход элемента И 14 и он окажется в подготовленном состоянии. Так как остальные элементы И распределителя будут к этому времени блокированы, третий управляющий импульс с выхода элемента 9 будет пропущен элементом И 14 на тиристор фазы с, а также на S- 15 вход триггера 15. В дальнейшем работа устройства будет происходить аналогично. В связи с тем, что управляющее нaпpяжeIiиe в рассмотренном спучае не превышает амплитуду опорного напря жения j управляюидае импульсы будут подаваться на тиристоры с углами управления в диапазоне 21Г/3 / 1Г.

ке элемента И 13. Одновременно с этим сигнал Лог. I будет подан на первый вход элемента И 14 и он окажется в подготовленном состоянии. Так как остальные элементы И распределителя будут к этому времени блокированы, третий управляющий импульс с выхода элемента 9 будет пропущен элементом И 14 на тиристор фазы с, а также на S- 15 вход триггера 15. В дальнейшем работа устройства будет происходить аналогично. В связи с тем, что управляющее нaпpяжeIiиe в рассмотренном спучае не превышает амплитуду опорного напря жения j управляюидае импульсы будут подаваться на тиристоры с углами управления в диапазоне 21Г/3 / 1Г.

Если управляющее напряжение возрастет и окажется в пределах U(,,,:eUy6

тирующий управляющий сигнал на вторых входах элементов 10 и 11 .будет иметь отрицательный знак и сравнение 20 этих сигналов с положительным опорным напряжением на входах элементов 10 и 11 будет невозможным. С выхода элемента 9 управляющие импульсы поступят на объединенные вторые входы элемен- 25 Зи, то управляющие ш пульсы будут тов И 12-14 распределителя 3. К момен- формироваться уже на выходе элемента ту поступления первого управляющего импульса лишь один из элементов И 12-14, а именно 12, готов передать этот импульс на управляющий вход тиристора. Остальные элементы И 13 и 14 будут блокированы, так как триг30

И 10 сравнения, так как результирующий сигнал управления на втором вход этого элемента будет меньше ймплиту- ды опорного напряжения и вместе с тем больше куля. На выходах остальных элементов формирование импульсов прекратится. Алгоритм циклической работы распределителя 3 сохранится преж ним и потому в данном случае не рассматривается, .Закон изменения фазы управляюш х имг ульсов, подаваемых на тиристоры при переходе управляющего нанряжеьшя из .перв.ой зоны 40 О ёи,,ШорНа вторую зону Uj),,42Uof,

геры 16, 17 будут находиться в сое- тоянии О, .

С выхода элемента И 12 зп1равляю- щий импульс будет подан на В-вход триггера 16. Переход триггера 16 в состояние 1 обеспечит появление напряжения на первом входе элемента И 13. Одновременно с этим сигнал с выхода триггера 16 поступит на R-вход триггера 15, возвращая последний в состояние О. Благодаря подключению

к выходу триггера 15 конденсатора воз-.(. фазового управления, В многоканаль 1 || э

врат этого триггера в состояние О не приведет к мгновенному блокированию элемента И 12, поэтому с выхода этого элемента управляющий импульс будет иметь конечную длительность. К моменту поступления с выхода блока 2 второго управляющего импульса в под- ;ГОтовленном состоянии окажется элемент И 13,а. остальные элементы И - распределителя будут блокированы. Второй управляющий импульс будет подан с выхода элемента И 13, на управляющий вход тиристора фазы Ъ, а также на триггера 17.

50

55

ной системе управления формирование управляющих импульсов при величинах управляющего напряжения U будет происходить в моменты равенства этого напряжения с опорными сигналами, которые также должны изменят ся в пределах Uj Uv,i2Ut,n. По сравнению с многоканальной системой управления предложенное одноканальное уст ройство отличается тем, что переходу из первой зоны управления во вторую предшествует мгновенное уменьшение обоих сравниваемых напряжений (управ ляющего и очередного опорного-) на

состояние О и последующей блокиров

ке элемента И 13. Одновременно с этим сигнал Лог. I будет подан на первый вход элемента И 14 и он окажется в подготовленном состоянии. Так как остальные элементы И распределителя будут к этому времени блокированы, третий управляющий импульс с выхода элемента 9 будет пропущен элементом И 14 на тиристор фазы с, а также на S- вход триггера 15. В дальнейшем работа устройства будет происходить аналогично. В связи с тем, что управляющее нaпpяжeIiиe в рассмотренном спучае не превышает амплитуду опорного напряжения j управляюидае импульсы будут подаваться на тиристоры с углами управления в диапазоне 21Г/3 / 1Г.

Если управляющее напряжение возра Зи, то управляющие ш пульсы будут формироваться уже на выходе элемента

стет и окажется в пределах U(,,,:eUy6

Зи, то управляющие ш пульсы буду формироваться уже на выходе элемент

Зи, то управляющие ш пульсы будут формироваться уже на выходе элемента

И 10 сравнения, так как результирующий сигнал управления на втором входе этого элемента будет меньше ймплиту- ды опорного напряжения и вместе с тем больше куля. На выходах остальных элементов формирование импульсов прекратится. Алгоритм циклической ра боты распределителя 3 сохранится ним и потому в данном случае не рассматривается, .Закон изменения фазы управляюш х имг ульсов, подаваемых на тиристоры при переходе управляющего нанряжеьшя из .перв.ой зоны О ёи,,ШорНа вторую зону Uj),,42Uof,

также останется без изменения. Этот вывод можно сделать, сравнивая работу предпоженного устройства с работой многоканальных-систем импульсно

ной системе управления формирование управляющих импульсов при величинах управляющего напряжения U будет происходить в моменты равенства этого напряжения с опорными сигналами, которые также должны изменяться в пределах Uj Uv,i2Ut,n. По сравне- нию с многоканальной системой управления предложенное одноканальное устройство отличается тем, что переходу из первой зоны управления во вторую предшествует мгновенное уменьшение обоих сравниваемых напряжений (управляющего и очередного опорного-) на

одну величину, равную амплитуде опорного напряжения одноканального устройства. В результате такого уменьшения величин сравниваемых сигналов фазы формируемых управляющих импульсов в обоих сравниваемых вариантах систем управления будут одинаковы, при этом тиристоры будут управляться в диапазоне углов управления Г/З о .

Если управляющее напряжение, возрастая, окажется в пределах ,Uy , то управляющие импульсы будут формироваться только на выходе эле- мента 11 сравнения, так как на втором входе только этого элемента буде присутствовать управляющий сигнал, не превышающий амплитуды опорного напряжения. На вторых входах остальных элементов 9 и 10 сравнения в составе фазосдвигающего блока будут приложен управляющие сигналы, превьяпающие указанный уровень, в результате формирование импульсов на выходах элементов

;9 и 10 прекратится.

Алгоритм циклической -работы рас- прёделителя 3 и в данном случае не изменится, поэтому непрерывное увеличение; управляющего напряжения при переходе из второй зоны управления ,„в третью .зону 2и„„ и,,ЗЦ,„ будет сопровождаться таким :.е непрерывным уменьше нием угла управления

тиристорами. Поэтому управляющие им- пульСы будут формироваться, с углами, управления в диапазоне (/3.

При дальнейшем возрастании управляющего напряжения сигналы на вторых входах элементов 9-11 сравнения бу- дут превьппать опорное напряжение и формирование управляющих импульсов

станет невозможным. Поэтому суммарный диапазон фазового управления, который можно получить в данном шустрой- стве, составляет .

При необходимости дальнейшего увеличения диапазона удравления необходимо увеличить число элементов сравнения в составе фазосдвигающего бло- ка.

При уменьшении управляющего напряжения процессы в устройстве будут происходить аналогично.

Таким образом, предложенное уст- ройство отличается конструктивной простотой. Упрощение достигнуто за счет выполнения распределителя управляющих импульсов в виде кольцевой

схемы, содержащей три элемента памяти (триггера) и такое же количество двувходовых элементов И, а также оснащения устройства цепью первоначального запуска, содержащей два логических элемента и одновибратор .Упрощение достигнуто при сохранении всех функциональных возможностей и достоинства известного устройства, т.е. сохранена высокая симметричност управляющих импульсов за счет использования одного генератора опорного напряжения, обеспечена повьшенная ди намгческая точность в связи с тен, что выработке каждого управляющего и myльca предшествует однократное срабатывание устройства сравнения. Указанные достоинства, а также конструктивная простота расширяют области применения предложенного устройства, одной из которой может стать ти- ристорный электропривод.

Формула изобретения

Одноканально е устройство для управления многофазным тиристорным преобразователем, содержащее формирователь синхронизируюпдах импульсов с выходами по числу фаз, фазосдвигаю- щий блок, выполненный на г енераторе опорного напряжения, подключенном входом к выходам формирователя син-ч хронизирующих импульсов и элементах сравнения, первые входы которых соединены с выходом генератора опорного напряжения, а вторые входы - с соот- ветствуюш 1м ис точником управляющего напряжения, равным (n-l)U где U(.- напряжение смещения, равное амплитуде опорного напряжения, п - порядковый, номер источника управляющего напряжения, а также распределитель Зшравляющих импульсов, содержавши дэувходовые элементы И по числу фаз, выходы которьгх являются выходами од- ноканального устройства для управления многофазным тиристорным преобразователем.

отличающее ся

тем, что, с целью упрощения, введен .блок запуска, содержащий формирователь :запускающего импульса, подключенный .. входом к одному из выходов формирователя синхронизирующих импульсов, и цепь блокировки, выполненную в виде элемента И, входом подключенного к источнику управляющего напряжения Uy, к двувходового элемента И, первый

вход которого подключен к выходу элемента НЕ, второй - к выходу формирователя запускающего импульса, а в распределитель управляющих импульсов введены RS-триггеры по числу фаз и конденсаторы, каждый из которых подключен между выходом соответствующего КБ-триггера и общей шиной устройства, причем выход каждого RS-триг- гера соединен с первым входом дву- входового элемента И соответствующего канала распределителя управляющих импульсов, а также с R-входом RS-тригУ5

t/s-..n:.

. I

1/7-4

гера предыдущего канала, а выход двувходового элемента И распределителя управляющих импульсов соединен с З-входом RS-триггера последующего канала, выходы всех элементов сравнения объединены и подключены к вторым входам двухвходовых элементов И рас- пределителя управляющих импульсов, а выход двувходового элемента И формирователя запускающего импульса подключен к В-входу RS-триггера соответствующего канала распределителя управляющих импульсов.

JJLb,