Многоканальное устройство для управления тиристорным преобразователем Советский патент 1991 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано в устройствах фазового управления вертикальными преобразователями

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя путем обеспечения его реверсивности за счет расширения диапазона изменения фазы управляющего сигнала.

На фиг.1 представлена структурная схема многоканального устройства для управления тиристорным преобразователем; на фиг.2 - схема синхронизатора; на фиг.З

схема узла формирования управляющих сигналов; на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие работу многоканального устройства для управления тиристорным преобразователем; на фиг,5 - схема фазос- двигающего узла и временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг.6 - временные диаграммы, поясняющие работу узла формирования управляющих сигналов; на фиг.7 - силовая часть тиристорного преобразователя.

Многоканальное устройство для управления тиристорным преобразователем (см. фиг.1) содержит синхронизатор 1, подключенный к входным выводам А,В,С преобрао о

СП

о

зователя, а выходами Ui, L)2 подключенный к входам двух одинаково выполненных фа- зосдвигающих узлов 2 и 3, состоящих соответственно из первого 4 и второго 5 основных генераторов положительного пи- лообразного напряжения, синхронизирующих работу двух дополнительных генераторов 6 и 7 отрицательного пилообразного напряжения. Выходы генераторов 4-7 пилообразного напряжения подключе- ны к входам четырех элементов 8-11 сравнения, каждый из которых состоит из последовательно соединенных компараторов 12-15 и формирователей 16-19 импульсов. Выходы Ua-Ui4 формирователей импульсов 16-19, являющиеся выходами фазосдвигающих узлов 2 и 3, подключены к соответствующим входам узла 20 формирования управляющих сигналов, к другим входам которого подключена группа выхо- дов UA, UB, Uc, UA, UB, Uc синхронизатора 1. Выходы Fi-F.6 узла 20 формирования управляющих сигналов подсоединены к входам шести формирователей 21-26 выходных импульсов, выходы U27-U32 кото- рых предназначены для подключения к соответствующим управляющим электродам силовых тиристоров преобразователя. Входные, вы воды упомянутого синхронизатора 1 образованы концами А,В,С первичных обмоток трехфазного трансформатора 27 (см. фиг.2), имеющего также первую 28 и вторую 29 группы .вторичных обмоток. Каждая группа 28 и 29 вторичных обмоток трансформатора 27 соединена в звезду с нулевым выводом, причем между собой они включены в противофазе (если в первой группе 28 нулевой вывод образован точкой соединения концов вторичных обмоток, то во второй 29 - точкой соединения их начал), Выводы групп 28 и 29 вторичных обмоток подключены к шести цепочкам из последовательно соединенных диодов 30- 35 и резисторов 36-41, объединенных между собой в общую точку, соединенную через седьмой 42 и восьмой 43 резисторы соответственно с нулевым выводом первой 28 и второй 29 групп вторичных обмоток. Точки соединения резисторов 36-41 и диодов 30-35 в каждой из цепочек подключены к шести сетевым фильтрам 44-49, выходы которых UA, UB, Uc, UA. US. Uc образуют группу выходов синхронизатора 1, подключенных к входам узла 20 формирования управляющих сигналов.-Эти же выходы соединены через шесть формирователей 50-55 импульсов синхронизации с входами двух элементов 3 ИЛИ 56 и 57. Выходы последних образуют группу выходов Ui и Jz

синхронизатора 1, подключенную к фазосд- вигающим узлам 2 и 3.

Узел 20 формирования управляющих сигналов может иметь различное схемотехническое исполнение. Связи между выходами FI-FG и входами этого узла определяются следующими логическими выражениями:

Fi UAQi + ивиеОз + UcQa +UsUAQ4 F2 UcQ2 + UBUAQi + UeCH + UcUAQa F3 UsQi + UcUfiQa + USQ2 + UcUeQa F4 UAQ2 + UcUgCbj + UcQi + UAUeQa Fs UcQi +UAUBQ3 + UgQ2 + UAUcCM F6 UgQ2 + UAUeCU + UAQi + UeUcQa

Нужно отметить, что внутренняя структура узла 20 формирования управляющих сигналов может быть различной. Конкретный вариант его схемотехнической реализации зависит от типа и выбранной серии используемых микросхем. Так, например, вариант, приведенный на фиг.З, построен на восемнадцати элементах 2 И 58-75 и двенадцати элементах 2 ИЛИ 76-87, связи между входами и выходами которых определяются вышеприведенными логическими выражениями. На фиг.5а приведен возможный вариант фазосдвигающего узла 2 (или 3). Первый основной генератор 4 положительного пилообразного напряжения содержит операционный усилитель 88, зарядный резистор 89, конденсатор 90, разрядный ключ 91, резисторы 92-96. Дополнительный генератор 6 отрицательного пилообразного напряжения выполнен по схеме дифференциального усилителя с коэффициентом усиления, равным единице. Он содержит операционный усилитель 97 и резисторы 98-101, потенциометр 102. На входы компараторов 12 (14) через резисторы 103 (104) и 105 (106) подаются сравниваемые сигналы с выходов генераторов 4 и 6 пилообразного напряжения и управляющий сигнал Uynp. Выходы компараторов 12 (14) подключены к D-входам формирователей импульсов 16 (18) собранных, например, на микросхеме 133 АГ 3, резисторах 107 (108), 109 (110) и конденсаторе 111 (112).Вторые основной и дополнительный генераторы 5 и 7 пилообразного напряжения, компараторы 13 и 15 и формирователи 17 и 19 импульсов выполнены аналогично.

Рассмотрим работу устройства применительно к управлению схемой трехфазного мостового выпрямителя, выполненного на тиристорах 113-118 (см. фиг.7). При подаче на вход устройства трехфазного напряжения на вторичных обмотках первой 28 и второй 29 групп трехфазного трансформатора 27 создаются напряжения в противофазе по отношению друг к другу. На резисторах 36 и 38, подключенных к первой группе 28 вторичных обмоток через диоды 30-32, фор- мируются импульсы напряжения, совпадающие по времени с интервалами работы силовых тиристоров 113-115 катодной группы преобразователя, а на резисторах 36-41 - импульсы напряжения, совпадающие по времени с интервалами работы силовых тиристоров 166-118 анодной группы преобразователя. Импульсы напряжения с резисторов 36-41 подаются на сетевые фильтры 44-49, которые формируют импульсы синхронизации DA, DB., Ос, U-A, U-B, U-c (см. фиг.4) и осуществляют защиту устройства фазового управления от импульсных помех. Сигналы синхронизации с выходов сетевых фильтров 44-49 под- аются на первые входы элементов 2 И 58-63 узла 20 формирования управляющих сигналов (см. фиг.З) и на формирователи 50-55 импульсов синхронизации. Последние формируют короткие нулевые импульсы, начало которых соответствует началу каждого входного импульса. Сигналы синхронизации с выходов формирователей 50-52 поступают на первый элемент 3 ИЛИ 56, а сигналы синхронизации с выходов формирователей 53-55 поступают на второй элемент 3 ИЛИ 57, на выходах которых формируются сигналы Ui, IJ2 (см. фиг.4). Сигналы Ui, U2 с выходов первого 56 и второго 57 элементов 3 ИЛИ подаются соответственно на вход пер- вого 4 и второго 5 основных генераторов положительного пилообразного напряжения фазосдвигающих узлов 2 и 3 и управляют их работой. При нулевом значении входного сигнала Ui контакты ключа 91 (см фиг.Ба) замыкаются, конденсатор 90 разряжается до нуля и генератор приводится в исходное состояние Длительность нулевых импульсов сигнала Ui должна быть достаточной для разряда конденсатора 90. При появлении единичного импульса 1М контакты ключа 91 размыкаются, начинается процесс заряда конденсатора 90 и на выходе генератора 4 формируется положительное пилообразное напряжение Уз длительно- стью 2 п /3, форма которого представлена на фиг.56. Аналогично работает второй 5 основной генератор положительного пилообразного напряжения.

Напряжения Уз и Us с выхода первого 4 и второго 5 основных генераторов положительного пилообразного напряжения подаются соответственно на вторые (инвертирующие) входы первого 8 и второго 9 элементов сравнения, а также на входы

первого 6 и второго 7 дополнительных генераторов отрицательного пилообразного на- пряжения. Установив с помощью потенциометра 102 напряжение, поступающее на инверсный вход операционного усилителя 97, равное амплитуде пилообразного напряжения из, на выходе операционного усилителя 97 получим отрицательное пилообразное напряжение U4, форма которого изображена на фиг.56. Аналогично работает второй дополнительный генератор 7 отрицательного пилообразного напряжения. Напряжение U и Ue соответственно с выхода первого 6 и второго 7 дополнительных генераторов отрицательного пилообразного напряжения подаются на вторые входы третьего 10 и четвертого 11 элементов сравнения. На первые входы первого 8, второго 9, третьего 10 и четвертого 11 элементов сравнения подается напряжение управления Uynp (см. Us, U4, Us. Ue, Uynp на фиг.4-б). Элементы 8 и 9 сравнения производят сравнение выходных напряжений Us, Us основных генераторов 4 и 5 положительного пилообразного напряжения, а элементы 10 и 11 сравнения - выходных напряжений U4, Ue дополнительных генераторов 6 и 7 отрицательного пилообразного напряжения с напряжением управления Uynp В моменты их равенства на выходах элементов 8-11 сравнения формируется импульс

При положительных значениях напряжения управления Uynp импульсы формируются на выходе первого 8 и второго 9 элементов сравнения, импульсы на выходе третьего 10 и четвертого 11 элементов сравнения при этом отсутствуют (см. Us, U14 на фиг.4 и UB, Uio. Ui2, UH на фиг.6). При отрицательных значениях напряжения управления Uynp формируются импульсы соответственно на выходе третьего 10 и четвертого 11 элементов сравнения (см. UB. Uio, Ui2, U 14 на фиг.6).

На фиг 56 приведены временные диаграммы, дополнительно обьясняющие работу элементов 8 и 10 сравнения. При положительном значении напряжения управления Uynp на выходе компаратора 12 возникают импульсы Uy (см фиг.56), запускающие передним фронтом формирователь 16 импульсов, который формирует выходные импульсы первого элемента 8 сравнения (Us на фиг.56). iB это же время; напряжение Ug (см. фиг.5б) на выходе компаратора 14 постоянно и, следовательно, на выходе формирователя 18 импульсов выходные импульсы отсутствуют (Uio на фиг,56). При отрицательных значениях напряжения управления Uynp на выходе компаратора 12 сигнал равен нулю (U на фиг.56) и в результате импульсы на выходе формирователя 14 будут отсутствовать (Da на фиг.56). В это же время на выходе компаратора 14 возникают импульсы Ug (см. фиг.56), запускающие передним фронтом формирователь 18 импульсов, который формирует выходные импульсы третьего элемента 10 сравнения (Uю на фиг,56). Аналогично работают второй 9 и четвертый 11 элементы сравнения. При напряжении управления, равном нулю, на выходах элементов 8-11 сравнения импульсы возникают одновременно (см. Ua, Uю, Ui2, Ui4 на фиг,6).

Как уже указывалось, варианты выполнения узла 20 формирования управляющих сигналов могут быть различны. На фиг,6 приведены временные диаграммы, поясняющие работу одного из таких вариантов, представленного на фиг.З.

Элементы 2 И 58-63 и 70-75 производят выбор импульсов управления тиристоров 113-118 из общей суммы сигналов, портупа- ющих на их входы, а элементы 2 ИЛИ 76-81 распределяют их по каналам управления (см. U21-U26 на фиг.6). Элементы 2 И 64-69 формируют импульсы синхронизации Ui5 Uao. Для получения сдвоенных импульсов управления тиристорами 113-118, сдвинутых относительно друг друга на 60 эл. град, во всем рабочем диапазонэ углов откры- вания тиристоров используется шесть элементов 2 ИЛИ 82-87. Выходные сигналы элементов 2 ИЛИ 82-87 являются выходными сигналами узла 20 формирования управляющих сигналов, определяемыми вышеприведенными логическими выражениями. Они подаются на входы формирователей 21-26 выходных импульсов. Импульсы напряжения (см. U27-U32 на фиг.1 и 6) предназначены для подачи на управляющие электроды силовых тиристоров 113-118.

При положительном значении напряжения управления Uynp, изменяющемся от нуля до значения, равного амплитуде пилообразного напряжения, снимаемого с выхода первого 4 и второго 5 основных генераторов положительного пилообразного напряжения, фаза импульсов U27-U32, управляющих тиристорами 113-118, изменяется от 120 эл.град. до нуля. При отрицательном значении напряжения управления Uynp, изменяющемся от нуля до значения, равного половине отрицательного максимального значения напряжения, снимаемого с выходов первого 6 и второго 7 дополнительных генераторов отрицательного пилообразного напряжения, фаза управляющих импульсов изменяется от 120 до 180 эл. град. При дальнейшем уменьшении

напряжения управления фаза открывающих импульсов будет возрастать, что может привести к сбоям в работе преобразователя и опрокидыванию инвертора. Поэтому следует ограничивать величину отрицательного значения напряжения управления половиной амплитуды отрицательного пилообразного напряжения.

Многоканальное устройство для фа0 зового управления тиристорным преобразователем позволяет изменять фазу управляющих импульсов в диапазоне от 180 до 0 эл. град,, что расширяет его функциональные возможности, т.к. оно может быть

5 использовано для создания реверсивных тиристорных преобразователей, а при переводе выпрямителя винверторный режим позволяет ограничить его ток.

Формула изобретения

0 Многоканальное устройство для управления тиристорным преобразователем, содержащее синхронизатор, первой группой выходов подключенный к входам двух одинаково выполненных фазосдвигающих

5 узлов, выходными выводами Qi, Q2 подкдю- ченных к соответствующим входам узла формирования управляющих сигналов, к другим входам которого подключена вторая группа выходов UA, UB, UC.UA, UB, Uc синх0 ронизатора, выходы FI-FG узла формирования управляющих сигналов предназначены для подключения к управляющим электродам силовых тиристоров преобразователя, причем упомянутый синхронизатор

5 включает трехфазный трансформатор, соединенный с входными выводами преобразователя, имеющий две группы вторичных обмоток, включенных в противофазе в звезду с нулевым выводом и подключенных кон0 цами к шести цепочкам из последовательно соединенных диода и резистора, объединенным в общую точку, соединенную через седьмой и восьмой резисторы с нулевыми выводами каждой из групп вторичных обмо5 ток, а точки соединения резистора и диода в каждой цепочке подключены к шести сетевым фильтрам, выходы которых образуют вторую группу выходов синхронизатора и подключены к входам шести формировате0 леи импульсов синхронизации, выходами соединенных с двумя элементами 3 ИЛИ, выходы которых образуют первую группу выходов синхронизатора, а каждый из упомянутых фазосдвигающих узлов включает

5 соединенный с его входом основной генератор пилообразного напряжения, выходом подключенный к инвертирующему входу первого компаратора, выход которого подключен к первому формирователю импульсов, выходом образующего соотаетствующий выход фазосдвигающего узла, неинвертирующие входы первых компараторов предназначены для подключения по входу управления преобразователя, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей преобразователя путем обеспечения его реверсивности, каждый из вышеупомянутых фаэосдвигающих узлов снабжен дополнительным генератором пилообразного напряжения, вторым компаратором и формирователем импульсов, входом соединенным с выходом второго компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к неинвертирующему ёходу первого компаратора, а инвертирующий - к выходу дополни

5

тельного генератора пилообразного напряжения, входом соединенного с инвертирующим входом первого компаратора, выходы Оз, CU вторых формирователей импульсов подключены к соответствующим входам узла формирования управляющих сигналов, связи между входами и выходами которого выполнены реализующими следующие логические выражения

Fi - (UAQO + (UBUC)Q3 + U6Q2 + ив1ДС)4 F2 UcQa -i- UeUAQi + UeQi + UcUACb F3 UeQi + UcUAQa + USQa + UCU5Q4 F4 UAQ2 + UcUeQ4 + UcQi + UAUgQs F5 UcQi + UAUgQ3 + UgQa + UAUcQi Fe - UBQa + UAUCQ4 + UAQi + UeUcQa

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах фазового управления вентильными преобразователями. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя путем обеспечения реверсивности за счет расширения диапазона изменения фазы управляющего сигнала. Многоканальное устройство для управления тиристорным преобразователем содержит синхронизатор 1, два фазосдвигающих узла 2 и 3 и узел 20 формирования управляющих сигналов, выходы которого предназначены для подключения к управляющим входам силовых тиристоров преобразователя. Каждый фазосдвигающий узел снабжен дополнительным генератором 6 (7) пилообразного напряжения, вторым компаратором 14 (15) и формирователем 18

ФигЛ

l/x Z/fl г/с О О О

ЈЈЈ 5s; - о u «« s.

I

гз

fk PtZl

J

W. pv. rK rt.

«F

$ кк&ъ. -а то-ъг еа

и

D

Ј,„ O01

O5

-J

0 U1 CO

j

1

1

S

- t

-

Г

Г Ж

Фиг. 6

Фиг.7