Устройство для управления встречно-параллельно включенными тиристорами Советский патент 1991 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроснабжению, и ноже г быть использовано в статических компенсаторах реактивной мощности.

Целью изобретения является снижение перенапряжений в силовой цепи и обеспечение управления тиристорами в переходных режимах.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - узла дискретного правления; на фиг. 3 - узла определения длительности полупериодов тока в силовой цепи тиристоров; на фиг. 4, 5 и 6 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для управления встречно- параллельно включенными тиристорами 1, подсоединенными через индуктивность 2 и через управляемый ключ 3 к источнику 4

переменного напряжения содержит датчик 5 напряжения сети, дачч. 6 оча, два фоо- мирователя 7 и 8 импулшсоз управления тиристорами, выход первого из которых подсоединен к управляющему электроду первого тиристора, выход второго - к управляющему электроду второго тиристора, регулятор 9 угла управления тиристорами, фазосмещающий узел 10с двумя выходами и двумя входами, первый из которых подсоединен к датчику 5 напряжения гети, а второй - к выходу регулятора 9 угла управления тиристорами, узел 11 дискретного управления с двумя входами, первый из которых подсоединен к датчику 5 напряжения сети, а второй-к датчику 6 тока, и двумя выходами. Узел 11 дискретного управления состоит из четырех элементов ЗАПРЕТ 12-15 (фиг. 2) с

одним запрещающим входом и одним сигнальным входом, двух элементов И ПИ 16 и 17, нуль-органа 18 по напряжению и нуль-органа 19 потоку, каждый из которых состоит ti3 двух компараторов с дифференцирующими элементами. Выход компаратора 20 напряжения подсоединен к запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ 13, а через дифференцирующий элемент 21 к сигнальному входу элемента ЗАПРЕТ 12, выход компаратора 22 тока подсоединен к запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ 12, а через дифференцирующий элемент 23 к сигнальному входу элемента ЗАПРЕТ 13, выход «OMiiapafupa 24 напряжения подсоединен к запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ 15, а через дифференцирующий элемент 25 , сигнальному входу элемента ЗАПРЕТ 14. выход компаратора 26тока подсоединен к запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ 14, а через дифференцирующий элемент 27 к сигнальному входу элемента ЗАПРЕТ 15. Выходы элементов ЗАПРЕТ 12 и 13 подсоединены к входам первого элемента ИЛИ 16, выход которого является прямым выходом узла 11 дискретного управления, выходы элементов ЗАПРЕТ 14 и 15 подсоединены к злобам второго элемента ИЛИ 1 /, выход которого является инверсным выходе узла 11. Устройство содержит также дез переключателя 28 и 29 с двумя сигнальными входами и одним управляющим входом, причем вторые входы переключателей 23 и 29 подсоединены к выходам фазосмещающего узла 10, их первые входы - к выходам узла 11 дискретного управления,и узел 30 определения длительности полупериодов тока в силовой цепы тиристоров с двумя входами, выходом подсоединенный к управляющим входам переключателей 28 и 29, второй вход которого подсоединен к датчику 6 тока, первый вход - к датчику 5 напряжения сети. Узел 30 выполнен в виде первого 31 и второго 32 компараторов (фиг, 3), входы которых являются вторым входом узла, первого 33 и второго 34 формирователей импульсов записи, элемента ИЛИ 35, первый вход которого подсоединен к. выходу первого формирователя 33, а второй вход - х выходу второго формирователя 34 импульсов записи, элемента ЗАПРЕТ 36, генератора 37 импульсов, причем выходы первого 31 и второго 32 компараторов подсоединены соответственно к входу первого 33 А второго 34 формирователей импульсов записи и соответственно к первому и второму запрещающим входам элемента ЗАПРЕТ 36, вход которого подсоединен к выходу генератора 37 импульсов двоичного счетчика 38 и вычитающего счетчика 39, счетные входы которых подсоединены к выходу элемента ЗАПРЕТ 36, причем выходы двоичного счетчика 38 подсоединены к D-входам вычитающего

счетчика 39, вход записи которого подсоединен к выходу элемента ИЛИ 35, формирователя 40 импульса сброса, вход которого подсоединен к выходу элемента ИЛИ 35, а выход - к входу двоичного счетчика 38, фор0 мирователя 41 модуля, цифрового компаратора 42, входы которого подсоединены к выходам формирователя 41 модуля, входами подсоединенного к выходам вычитающего счетчика 39, выход Р которого

5 подсоединен к управляющему входу V формирователя 41 модуля, узла 43 задержки, преобразователя 44 переменного напряжения в постоянное, вход которого является первым входом узла 30, а выход подсоеди0 нен к входу узла 43 задержки, и D-триггера 45, R-вход которого подсоединен к выходу узла 43 задержки, тактовый С-вход - к выходу элемента ИЛИ 35, D-вход - к выходу цифрового компаратора 42, а выход являет5 ся выходом узла 30.

Работа устройства заключается в следующем.

При отсутствии напряжения сети () уровень напряжения на первом входе узла

0 30 равен нулю. На выходе преобразователя 44 переменного напряжения в постоянное и на выходе узла 43 задержки уровень напряжения также равен нулю, и низкий уровень напрях ения на R-входе D-триггера 45 удер5 живает выходное напряжение D-триггера на низком уровне независимо от сигналов на D-входе D-триггера, т. е. напряжение на выходе узла 30 равно нулю, переключатели 28 и 29 подключают входы формирователей

0 7 м 8 к выходам узла 11 дискретного управления, синхроимпульсы на которых при этом отсутствуют. Импульсы управлений тиристорами не формируются, ток индуктивности отсутствует, и сигнал на втором входе

5 узла 30, а значит, и на входе первого 31 и второго 32 компараторов равен нулю. Выходное напряжение компараторов 31 и 32 также расно нулю и воздействует на запрещающие входы элемента ЗАПРЕТ 36, кото0 рый блокирует прохождение импульсов генератора 37 на счатные С-зходы двоичного счетчика 38 м вычитающего счетчика 39, в результате чего состояние счетчиков 38 и 39, предварительно установленных в ноль, не

5 изменяется и напряжение на их выходах сохраняет низкий уровень. Выходное напряжение цифрового компаратора 42 при этом имеет высокий уровень.

При включении управляемого ключа 3 в сети появляется мапря;чемие U, которое через датчик 5 поступает на вход узла 30 определения длительности полупериодов тока, На выходе преобразователя 44 переменного напряжения в постоянное устанавливается высокий уровень напряжения, однако на выходе узла 43 задержки, а значит, на R-входе D-триггера 45 уровень напряжения сохраняется низким в течение времени задержки, составляющем около 2 я, тем самым блокируется на это время воздействие на D-триггер 45 сигнала с выхода цифрового компаратора 42. На выходе D-триггера 45 уровень напряжения не изменяется и равен нулю. Поэтому переключатели 28 и 29 остаются в прежнем положении, т, е. подключают входы формирователей 7 и 8 к выходам узла 11 дискретного управления.

Напряжение U сети через датчик 5 поступает также на первый вход узла 11 дискретного управления, т. е. на вход нуль- органа 18 по напряжению, и при появлении, например, положитепьной полуволны напряжения сети U на выходе компаратора 20 напряжения напряжение Uao изменяется с уровня логического О на уровень логической 1. Этот перепад напряжения выделяется дифференцирующим элементом 21 и в виде синхроимпульса напряжения Dai поступает на сигнальный вход элемента ЗАПРЕТ 12, на запрещающем входе которого отсутствует напряжения U22 с выхода компаратора 22 по току с уровнем логической 1, что является сигналом разрешения. Поэтому на выходе элемента ЗАПРЕТ 12 появляется синхроимпульс напряжения Ui2, проходящий через элемент ИЛИ 16 и переключатель 28 на вход формирователя 7 импульсов управления тиристорами, который формирует импульс управления с необходимыми параметрами (длительностью и мощностью). Происходит включение тиристора на положительной полуволне напряжения сети в момент времени to, соответствующий моменту подачи напряжения на сеть. Появляется положительная полуволна тока индуктивности 1, которая через датчик б тока поступает на второй вход узла 11 дискретного управления тиристорами, т. е. на вход нуль-органа 19 по току, что вызывает изменение напряжения U26 на выходе компаратора 26 тока с уровня логической 1 на уровень логического О, что является сигналом запрета для элемента ЗАПРЕТ 14, тем самым блокируется прохождение синхроимпульса напряжения IJ25 на запуск формирователя 8 импульсов управления тиристорами. Запуск формирователя 8 происходит не по синхроимпульсу U25. соответствующему моменту появления отрицательного напряжения сети, а по синхроимпульсу U27, соответствующему моменту окончания положительной полуволны тока. В этот момент времени уровень напряжения U26 на выходе компаратора 26 тока изменяется с уровня логического О на уровень логической 1, выделяется дифференцирующим элементом 27 и в виде синхроимпульса напряжения U27 беспре0 пятственно проходит через элемент ЗАПРЕТ 15, так как на запрещающем входе этого элемента присутствует в это время напряжение LJ24 от компаратора 24 напряжениям уровнем логической 1, что являет5 ся сигналом разрешения. Происходит включение тиристора на отрицательной полуволне напряжения в момент времени, соответствующий моменту окончания предыдущей положительной полуволны тока.

0 При появлении отрицательной полуволны тока уровень напряжения U22 на выходе компаратора 22 тока изменяется с уровня логической 1 на уровень логического О, что является сигналом запрета для элемента

5 ЗАПРЕТ 12, тем самым блокируется прохождение синхроимпульса напряжения U21. соответствующего моменту появления положительной полуволны напряжения сети. Запуск формирователя 7 происходит те0 перь уже не по синхроимпульсу напряжения U21, а по синхроимпульсу IJ23. соответствующему моменту окончания отрицательном полуволны тока. В этот момент времени уровень напряжения U22 на выходе компарато5 ра 22 тока изменяется с уровня логического О на уровень логической 1, выделяется дифференцирующим элементом 23 и в виде синхроимпульса напряжения IJ23 проходит через элемент ЗАПРЕТ 13, так как на запре0 щающем входе этого элемента присутствует в это время напряжение U20 от компаратора 20 с уровнем логической 1, что является сигналом разрешения. Далре процесс включения тиристоров идет аналогично.

5Таким образом, первоначальное включение тиристоров на первой полуволне появившегося напряжения происходит по синхроимпульсу, вырабатываемому нуль- органом по напряжению в момент подачи

0 напряжения на сеть, а включение тиристоров на следующих полуволнах напряжения происходит по синхроимпульсам, вырабатываемым нуль-органом по току в момент перехода тока индуктивности через ноль,

5 последующие синхроимпульсы нуль-органа по напряжению блокируются элементами ЗАПРЕТ. Такой синхронизацией обеспечивается естественный переходной процесс включения индуктивности в сеть переменного напряжения, протекающий с постеленно выравнивающимися амплитудами и-длительностями полуволн тока.

При появлении тока индуктивности сигнал с датчика 6 тока поступает на первый вход узла 30 определения длительности полупериодов тока, т. е. поступает на вход первого 31 и второго 32 компараторов, которые срабатывают соответственно на положительной и отрицательной полуволнах тока. При этом на выходе соответствующего компаратора появляется сигнал разрешения, длительность которого равна длительности полуволны тока, что разрешает прохождение через элемент ЗАПРЕТ36 тактовых импульсов от генератора 37 импульсов на счетные С-входы счетчиков 38 и 39. Двоичный счетчик 38 преобразует длительность положительной (отрицательной) полуволны тока в двоичный код. В момент окончания полуволны тока сигнал разрешения на выходе соответствующего компаратора 31 (32) исчезает, элемент ЗАПРЕТ 36 блокирует счетные С-входы счетчиков 38 и 39, а на выходе соответствующего формирователя 33 (34) импульсов записи в момент перехода тока через ноль формируется короткий импульс записи, который через элемент ИЛИ 35 разрешает запись двоичного числа с выхода двоичного счетчика 38 в вычитающий счетчик 39 и поступает на С-вход D-триггера 45. По спаду импульса записи формируется импульс сброса в формирователе 40, который устанавливает двоичный счетчик 38 в исходное (нулевое) состояние. При появлении следующей отрицательной (положительной) полуволны тока соответствующий компаратор 32 (31) вырабатывает сигнал разрешения счета, и преобразоба- ние длительности полуволны в двоичный код счетчиком 38 идет аналогично. Одновременно вычитающий счетчик 39 производит операцию текущего вычитания двоичного числа, записанного на предыдущей полуволне тока, и двоичного числа последующей (текущей) полуволны тока. Результат вычитания из счетчика 39 через формирователь 41, обеспечивающий выделение модуля разности, поступает на входы цифрового компаратора 42. При равенстве длительностей положительной и отрицательной полуволн тока индуктивности на выходе цифрового компаратора 42 появляется напряжение высокого уровня. При поступлении импульса записи на С-вход D-триггера 45 на его выходе появляется напряжение высокого уровня. Таким образом, по окончании переходного процесса, т. е. при равенстве длительности положительной и отрицательной полуволн тока, сигнал на выходе узла 30 определения длительности полупериодов тока устанавливается равным единице и переключатели 28 и 29 подсоединяют к входу формирователей 7 и 8 выходы фазосмещающего узла 10. Включение тиристоров в установившемся режиме происходит по синхроимпульсам, вырабатываемым фазосмещающим узлом по сигналам регулятора 9. В результате обеспечивается надежное управление тири0 сторами как в переходном, так и в установившемся режиме.

Таким образом, в устройстве первоначальное включение тиристоров соответствует моменту подключения к источнику

5 переменного напряжения, т. е. момент включения тиристора на первой полуволне напряжения синхронизирован с моментом появления напряжения и определяется нуль-органом по напряжению, а на всех по0 следующих полуволнах до окончания пере- . ходного процесса момент включения тиристоров определяется нуль-органом по току, синхроимпульсы нуль-органа по напряжению блокируются элементами ЗА5 ПРЕТ по сигналам нуль-органа по току. По окончании переходного процесса узел определения длительности полупериодов тока воздействует на переключатель и в установившемся режиме включение тиристоров

0 осуществляется от фазосмещагощего узла, определяющего угол включения тиристоров по сигналу регулятора угла управления. Таким образом, при переходном процессе первоначальный угол управления тиристо5 рами определяется.нуль-органом по напряжению и соответствует моменту появления напряжения, все последующие углы управления на каждой полуволне напряжения при переходном процессе определяются

0 нуль-органом по току, соответствуют моментам перехода тока через ноль и являются величиной, изменяющейся в соответствии с естественным переходным процессом, В итоге обеспечивается мгновенное под5 ключение индуктивности к сети, что снижает перенапряжение в сети, повышает устойчивость режима работы сети и повышает надежность функционирования подключенного к ней электрооборудования.

0 Формула изобретения

1. Устройство для управления встречно- параллельно включенными тиристорами, через индуктивность подключенными к источнику переменного напряжения, содер5 жащее датчик тока, предназначенный для. включения в силовую цепь тиристоров, датчик переменного напряжения, выход которого подключен к одному входу фазосмещающего узла, другой вход которого предназначен дпп подключения к выходу

регулятора угла управления тиристорами, два формирователя импульсов управления тиристорами и первый управляемый двухвхо- довой переключатель, отличающееся тем, что, с целью снижения перенапряже- ний в силовой цепи и обеспечения управления тиристорами в переходных режимах, в него введены узел определения длительности полупериодов тока в силовой цепи тиристоров, узел дискретного управления и второй управляемый двухвходовой переключатель, фазосмещающий узел снабжен инверсным выходом,причем первый вход узла дискретного управления соединен с выходом датчика переменного напряжения и первым входом узла определения длительности полупериодов тока в силовой цепи тиристоров, второй вход которого соединен с вторым входом узла дискретного управлений и выходом датчика тока, прямой и ин- версный выходы узла дискретного управления соединены с первыми входами первого и второго управляемых двухвхо- довых переключателей соответственно, вторые входы которых соединены соответ- ственно с прямым и инверсным выходами фазосмещающего узла, а входы управления - с выходом узла определения длительности полупериодов тока в силовой цепи тиристоров, выходы первого и второго управляемых двухвходовых переключателей соединены соответственно с входами первого и второго формирователей импульсов управления тиристорами, выход каждого из которых предназначен для подключения к управля- ющему входу соответствующего тиристора, а узел дискретного управления выполнен в виде нуль-органа по напряжению, состоящего из двух компараторов, входы которых использованы как первый вход узла диск- ретного управления, выходы соединены с входами соответствующих дифференцирующих элементов, нуль-органа по току, выполненного аналогично нуль-органу по напряжению, входы компараторов которого использованы как второй вход узла дискретного управления, выход первого дифференцирующего элемента нуль-органа по напряжению соединен с информационным входом первого элемента ЗАПРЕТ, запре- щающий вход котооого соединен с выходом первого компаратора нуль-органа по току, выход первого дифференцирующего элемента которого соединен с информационным входом второго элемента ЗАПРЕТ, запрещающий вход которого соединен с выходом первого компаратора нуль-органа по напряжению, выход второго дифференцирующего элемента которого соединен с информационным входом третьего элемента ЗАПРЕТ, запрещающий вход которого соединен с выходом второго компаратора нуль-органа по току, выход второго дифференцирующего элемента которого соединен с информационным входом четвертого элемента ЗАПРЕТ, запрещающий вход которого соединен с выходом второго компаратора нуль-органа по напряжению, выходы первого и второго элементов ЗАПРЕТ соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, выход которого использован как прямой выход узла дискретного .управления, выходы третьего и четвертого элементов ЗАПРЕТ соединены соответственно с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ, выход которого использован как инверсный выход узла дискретного управления.

2, Устройство поп 1,отличающее- с я тем, что узел определения длительности полупериодов тока в силовой цепи тиристоров выполнен в виде первого и второго компараторов, входы которых использованы как второй вход узла определения длительности полупериодов тока в силовой цепи тиристоров, выходы соединены с входами соответствующих формирователей импульсов записи и первым и вторым соответственно запрещающими входами элемента ЗАПРЕТ, информационный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход элемента ЗАПРЕТ соединен со счетными входами двоичного счетчика и вычитающего счетчика, выходы формирователей импульсов записи соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом формирователя импульсов сброса и входом записи вычитающего счетчика, зыход формирователя импульсов сброса соединен с входом сброса двоичного счетчика, выходы которого соединены с входами данных вычитающего счетчика, выходы которого соединена с информационными входами формирователя модуля, управляющий вход которого соединен с выходом окончания счета вычитающего счетчика, выходы - с входами цифрового компаратора, выход которого соединен с D-входом 0-триггера, тактовый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а вход сброса - с выходом элемента задержки, вход которого соединен с выходом преобразователя переменного напряжения в постоянное, вход которого использован как первый вход узла опреде-. ления длительности полупериодов тока в силовой цепи тиристоров, а выход D-триг- гера использован как выход узла.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в статических компенсаторах реактивной мощности. Цель изобретения -снижение перенапряжений в силовой цепи и обеспечение управления тиристорами в переходных режимах. С этой целью при переходном процессе первоначальный угол управления тиристорами 1 определяется моментом появления напряжения. Все последующие углы управления до окончания переходного процесса соответствуют моментам перехода тока через ноль и изменяются в соответствии с естественным переходным процессом По окончании переходного процесса узел определения длительности полупериодов тока воздействует на переключатели. Т о. в установившемся режиме включение тиристоров осуществляется отфазосдвигающегоузла 1 з. п ф-лы, 6 ил.