Устройство для управления @ -фазным тиристорным преобразователем Советский патент 1992 года по МПК H02M7/02 

ч

OJ

ю ел

CJ

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления тиристорными преобразователями.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности устройству является устройство для импульсно-фазового управления фазным тиристорным преобразователем, содержащее задатчик угла управления, формирователь и распределитель импульсов и фазосдвигающий узел, содержащий сумматор и первый перемножитель, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход которого является выходом фазосдвигающего узла, группа выходов формирователя и распределителя импульсов является группой выходов устройства.

Кроме этого, в устройстве содержится еще (т-1)фазосдвигающихузлов(т 3,6,...) причем каждый j-й фазосдвигающий узел (j 1,2т) содержит фазоповоротный элемент (в мостовом фазовращателе - емкость или индуктивность), вход которого соединен с первым входом перемножителя этого узла, а выход соединен с вторым входом сумматора. На вход каждого узла поступает синхронизирующее напряжение, Вторые входы перемножителей каждого из узлов объединены и соединены с выходом задат- чика угла управления. Сигналом с выхода задатчика угла управления изменяются амплитуда синусоидальных сигналов, поступающих на первые входы перемножителей, Каждое из m синусоидальных напряжений сдвигается по фазе, проходя через фазоповоротный элемент. Эти напряжения суммируются на сумматоре. В результате, в зависимости от уровня сигнала управления, на выходе каждого фазосдвигающего узла формируются синусоидальные сигналы, сдвинутые по фазе относительно каждого синхронизирующего напряжения. Выход каждого j-ro фазосдвигающего узла подключается к формирователю и распределителю импульсов, на выходе которого формируются импульсы управления тиристорами.

Недостатками известного устройства являются критичность фазоповоротных элементов (в мостовом фазовращателе - емкость или индуктивность) к частоте синхронизирующих напряжений и, следовательно снижение точности установки фазового угла системы импульсно-фазового управления.

Целью изобретения является повышение точности импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя,

Указанная цель достигается тем, что в устройство для импульсно-фазового управления m-фазным тиристорным преобразователем, содержащее задатчик угла управления, формирователь и распределитель импульсов и фазосдвигающий узел, содержащий сумматор и первый перемножитель, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход которого является выходом фазосдвигающего узла, группа выходов формирователя и распределителя импуль0 сов является группой выходов устройства, введены нуль-орган, блок компараторов, коммутатор каналов, элемент ИЛИ, кольцевой счетчик, первый-и второй функциональные преобразователи, а в фазосдвигающий

5 узел введены второй перемножитель и переключатель фаз, одноименные входы переключателя фаз фазосдвигающего узла и блока компараторов объединены и являются группой входов синхронизирующих на0 пряжений устройства, группа выходов блока компараторов подключена к группе адресных входов коммутатора каналов, группа выходов которого соединена с группой входов элемента ИЛИ и с группой вхо5 дов формирователя и распределителя импульсов, выход элемента ИЛ И через кольцевой счетчик подключен к адресному входу переключателя фаз фазосдвигающего узла, выход задатчика угла управления подклю0 чен к адресным входам первого и второго функциональных преобразователей, выходы которых соответственно соединены с вторыми входами первого и второго перемножителей фазосдвигающего узла, первые

5 входы которых соединены с одноименными выходами переключателя фаз фазосдвигающего узла, выход второго перемножителя фазосдвигающего узла подключен к второму входу сумматора, выход сумматора фа0 зосдвигающего узла подключен к входу

нуль-органа, выход которого подключен к

управляющему входу коммутатора каналов.

Приведенная совокупность признаков

обеспечивает по сравнению с прототипом

5 более высокий результат, а именно повышение точности работы за счет достижения независимости реализации фазового сдвига от частоты и амплитуды синхронизирующих напряжений. Сопоставительный анализ с

0 прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов: второго перемножителя и переключателя фаз в фазосдвигающем узле, нуль-органа, блока компараторов, коммута5 тора каналов, элемента ИЛИ, кольцевого счетчика, первого и второго функциональных преобразователей и связями с остальными элементами устройства.

На фиг. 1 дана блок-схема устройства для импульсно-фазового управления фазным тиристорным преобразователем; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие принцип работы устройства; на фиг. 3 - характеристики первого и второго функциональнх преобразователей.

Устройство для импульсно-фазового управления (фиг. 1) содержит блок 1 m компараторов, переключатель 2 m фаз, первый перемножитель 3, второй перемножитель 4, сумматор 5, нуль-орган 6, коммутатор 7т каналов, формирователь и распределитель 8 импульсов, элемент ИЛИ 9, кольцевой счетчик 10, первый функциональный преобразователь 11, второй функциональный преобразователь 12, задатчик 13 угла управ- ления. Переключатель 2 фаз, перемножитель 3 и 4 и сумматор 5 образуют фазосдвигающий узел 14.

Одноименные входы блока 1 коммутаторов и переключателя 2 фаз фазосдвигаю- щего узла объединены и являются группой входов синхронизирующих m напряжений устройства. Группа выходов блока 1 компараторов подключена к группе адресных входов коммутатора 7 каналов. Группа вы- ходов коммутатора 7 каналов объединена с одноименными входами формирователя и распределителя 8 импульсов и с одноименными входами элемента ИЛИ 9. Выход элемента ИЛИ 9 через кольцевой счетчик 10 подключен к адресному входу переключателя 2 фаз фазосдвитающего узла 14. Выход задатчика 13 угла управления подключен к объединенным адресным входам функциональных преобразователей 11 и 12. Выходы функциональных преобразователей 11 и 12 соединены с вторыми входами первого 3 и второго 4 перемножителей фазосдвигающе- го узла 14, соединены с выходами переключателя фаз 2 фазосдвигающего узла 14. Выход второго перемножителя 4 фазосдвигающего узла 14, подключен к второму входу сумматора 5 фазосдвигающего узла 14. Выход сумматора 5 фазосдвигающего узла 14 подключен к входу нуль-органа 6, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 7 каналов.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие работу основных функциональных блоков устройства для им- пульсно-фазового управления тиристорами выпрямителя по трехфазной схеме со средней точкой. Синхронизирующие напряжения Ua UMsinco t; Ub UMsin(y t - 2 я/3); Uc UMsin(ft t + 2 я/3), поступающие на вход переключателей 2 фаз фазосдвигающего узла 14 показаны на фиг. 2а. Здесь же выделены интервалы времени ab, be, ca,.., и на этих интервалах-отрезки кривых Ua,Ub,Uc,

в результате умножения которых на сигналы управления Uyi и Uy2, снимаемые с выхода функциональных преобразователей 11 и 12, формируется на выходе сумматора 5 фазосдвигающего узла 14 кривая (Jf . Величины Uyi и иу2 вязаны с заданным значением угла управления а функциональной зависимости (фиг. 3). Изменение угла фазового сдвига a(t) на выходе задатчика 13 угла управления показано на фиг. 26. Импульсы на выходе блока 1 компараторов и нуль-органа 6 показаны соответственно на фиг. 2Ь и а. Выходные сигналы блока 1 компараторов определяются выражением

JO . при ) .1 , при 0 n.

Импульсы 1 (U) на выходе нуль-органа 6 формируются при DЈ 0 и переходе кривой DЈ из области отрицательных значений в область положительных. Импульсы (фиг. 2д) формируются на выходе коммутатора 7 каналов и определяют момент подачи импульсов управления на тиристоры. Формируемые фронтами сигналов (фиг. 2д) импульсы собираются элементом ИЛИ 9 в один канал (фиг. 2е).

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

В момент времени t 0 (интервал ab) на первые входы перемножителей 3 и 4 фазосдвигающего узла 14 поступают синхронизирующие напряжения Ua и Ub. а на вторые входы этих перемножителей с выхода функциональных преобразователей 11 и 12 поступают значения Uyi и Uy2, соответствующие . град.

В результате, сформированная на выходе сумматора 5 фазосдвигающего узла 14 кривая UЈ в момент времени ti достигает нуля, что приводит к срабатыванию нуль-органа 6. Таким образом, на управляющем входе коммутатора 7 каналов имеем 1(U) 1, а на его первом входе - 1.

На одноименные входы формирователя и распределителя 8 импульсов и элемента ИЛИ 9 поступает импульс с первого выхода коммутатора 7 каналов (фиг. 2д). В результате изменяется состояние на выходе формирователя и распределителя 8 импульсов и элемента ИЛИ 9. Последнее приводит к изменению состояния кольцевого счетчика 10 и переключению переключателя 2 фаз фазосдвигающего узла 14. Теперь с выходов переключателя 2 фаз фазосдвигающего узла 14 на входы перемножителей 3 и 4 фазосдвигающего узла 14 поступают отрезки кривых Ub и DC (интервал be) и формируется кривая LL, которая достигает нуля в момент времени t2. Соответственно с выхода нуль- органа 6 на управляющем входе коммутатора 7 каналов в момент времени t2 появляется импульс 1 (11г). В этот момент времени на втором входе коммутатора 7 каналов имеем sign(Ub) 1. В результате на одноименном выходе коммутатора 7 каналов изменяется состояние. Это приводит к изменениям на выходах формирователя и распределителя 8 импульсов, элемента ИЛИ 9 и кольцевого счетчика 10. Последнее приводит к срабатыванию переключателя 2 фаз фазосдвигающегоузла 14. В результате на входы перемножителей 3 и 4 поступают отрезки кривых Ua и Ub, формируются U и в момент времени ta устройство срабатывает аналогично описанному. На интервале ab с момента времени т.з на входы перемножи- телей 3 и 4 фазосдвигающего узла 14 подключаются отрезки кривых Ua и Ub и начинает формироваться кривая JЈ, достигающая нуля в момент времиени ts. Однако в момент времени т.4 происходит скачкооб- разное изменение задания угла а сдвига от 30 до 170 эл, град. В результате с выходов функциональных преобразователей 11 и 12 на вторые входы перемножителей 3 и 4, фазосдвигающего узла 14 поступают значе- ния Uyi и Uy2. Умножение кривых Ua и Ub на новые значения Uyi и Uy2 приводит к формированию кривой IJЈ, которая достигает нуля в момент времени te.

Срабатывание нуль-органа 6 приводит к изменению на выходах функциональных блоков аналогично описанному. Нуль-орган 6 вновь срабатывает в момент времени t (интервал са). Начинает формироваться кривая Uf, достигающая нуля в момент времени Но. Однако в момент времени te происходит скачкообразное направление значения до а 30 эл.град. что приводит к мгновенному срабатыванию нуль-органа 6 и срабатыванию переключателя 2 фаз фазосдвигающего узла 14 и формированию кривой J& ( на интервале ab). В момент времени tg и tn схема срабатывает аналогично. С момента времени tn к первым входам перемножителей 3 и 4 фазосдвигающего узла 14 подклю- чены синхронизирующие напряжения Uc и Ua (интервал са), Начинает формироваться кривая LL,предполагающая срабатывание нуль-органа 6 в момент времени tia, Однако в момент времени ti2 происходит скачкооб- разное изменение, в результате чего начинает формироваться кривая и.проходящая через нулевой уровень в моменты времени ti2 и ш. В момент времени ti2 нуль-орган 6

срабатывает, но на выходе коммутатора 7 каналов состояние не изменяется, так как на третьем входе последнего 0. Состояние на выходах коммутатора 7 каналов и соответственно на формирователе и распределителе 8 импульсов, элементе ИЛИ 9, кольцевом счетчике 10 и переключателе фаз 2 фазосмещающего узла 14 изменяется только при срабатывании нуль- органа в момент времени ti4. Далее работа устройства протекает аналогично.

Устройство может быть реализовано с помощью аналоговых и цифровых интегральных микросхем. Переключатель 2 фаз можно реализовать, например, на микросхемах типа К 155 ИДЗ или К155, КП5. В качестве перемножителей 3 и 4 в этом случае можно использовать микросхемы типа К 140 МА1. В качестве сумматора 5 может быть использован операционный усилитель, например микросхема типа К 140 УД6, Коммутатор 7 каналов может быть выполнен по принципу кольцевого счетчика с помощью интегральных микросхем типа К 155 ТВ1. Формирователь и распределитель 8 импульсов может быть выполнен на элементах серии К 155. Функциональные преобразователи 11 и 12 могут быть выполнены на основе интегральных операционных усилителей с нелинейными элементами в цепи обратной связи. Блок 1 компараторов и нуль-орган 6 могут быть выполнены на основе интегральных микросхем типа К 554 СА2. Элемент ИЛИ 9 можно реализовать с помощью интегральных микросхем типа К 155 ЛЛ1, а кольцевой счетчик 10 - с помощью интегральных микросхем типа К-155 ИР1. В качестве задатчика угла управления может быть использован потенциометрический преобразователь.

Целесообразной представляется циф- роаналоговая реализация предлагаемого устройства с помощью схем микропроцессорных наборов. В этом случае в качестве перемножителей 3 и 4 фазосмещающего узла 15 могут быть использованы цифроаНало- говые преобразователи типа К 572 ПА 2А.

Функциональные преобразователи 11 и 12 реализуются с помощью микросхем памяти, например схемы типа К 573 РФ 2. Задатчик 13 угла управления может быть выполнен на базе стандартного устройства, реализующего АЦП. Переключатель 2 фаз, сумматор 5, коммутатор 7 каналов, формирователь и распределитель 8 импульсов, элемент ИЛИ 9, кольцевой счетчик 10 могут быть реализованы на микропроцессорном комплекте серии КР 580.

Экспериментальные исследования устройства для импульсно-фазового управления тиристорами выпрямителя, выполненного по трехфазной схеме со средней точкой, показали, что по сравнению с прототипом, заявляемое устройство обеспечивает независимость реализации фазового сдвига от частоты и амплитуды синхронизирующих напряжений, а следовательно, повышается точность работы.

Формула изобретения Устройство для управления т-фазным тиристорным преобразователем, содержащее задатчик угла управления, синхрони- затор, входы которого предназначены для подключения к синхронизирующему напряжению, а выходы соединены с соответствующими адресными входами распределителя импульсов, выходы которого предназначены для подключения через усилители-формирователи к управляющим электродам тиристоров, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены нуль-орган, элемент ИЛИ, кольцевой счетчик, первый и второй функциональные преобразователи, первый и второй перемножители, переключатель фаз, сумматор, при этом группа входов синхронизатора соответственно соединена с труп-

пой входов переключателя фаз, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго перемножителей, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входом сумматора, выход нуль-органа соединен с моду- лирующим входом распределителя импульсов, а вход - с выходом сумматора, к выходам распределителя импульсов подключены входы элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом кольцевого счетчика, адресные входы переключателя фаз соединены соответственно с выходами кольцевого счетчика, выходы первого и второго функциональных преобразователей соединены соответственно с вторыми входами первого и второго перемножителей, выход задатчика угла управления соединен с входами первого и второго функциональных преобразователей, причем первый функциональный преобразова sin (p-a) sin р

. .. sin ее .. .. а второй Uy2 -:, где Uy2 и Uyi - сигналы

на выходах первого и второго функционального преобразователей; а - сигнал на их входах; р- угол сдвига по фазе синхронизирующих напряжений.

тель реализует функцию Uyi

р%. 7бГ

Sb| о ttOG 09 «f

Устройство для импульсно-фазового управления. Устройство содержит блок компараторов 1, переключатель 2 фаз, перемножители 3 и 4, сумматор 5, нуль-орган 6, коммутатор 7 каналов, формирователь и распределитель 8 импульсов, элемент ИЛИ 9, кольцевой счетчик 19, функциональные преобразователи 11 и 12, задатчик 13 угла управления. Переключатель 2 фаз, перемножители 3 и 4, сумматор 5 образуют фазосд- вигающий узел 14. 3 ил.

(9

(У)ЯП |

Jbn V

/ г

(W&tf

(Jffjut f I(еп;иВ р

(П)Ь$

р о«

05D9 J°