Устройство для фазового управления преобразователем Советский патент 1993 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к сМтемам управления, используемым в преобразовательной технике. В современных устройствах управления вентильными (тиристорными) преобразователями широко применяются схемы фазового управления ,основанные на срав- нен ии опорнбго с;ШуШидальног6 напряжения с fnpaiBiifltoui M сигналом. Для рбеспечения устойчивосттй выпрямительного и инверторвотб вентильных преобразователей в устройствах фазового управления применяют различные способы ограничения минимального и максимального углов управления вентильного преобразователя, ;.;; ; ,..,. : ; .. . : Известно устройство для фазового управления преобразователем, наиболее близкое по технической сУщнЪсти прёдлаг а- .емому (прототип), содержащее подсоединенные к фазирук5щё№у на иряж ёнию

источника питания вентильного преобразователя , преобразбватель фазы и аздШй;: тельный трансформатор, вывод опорного напряжения вторичной обмотки которого соединяй с первым входом суммирующего усилителя, выход которого соединен с инвер тйрую щйм входом первого компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с выводом для подключения сигнала управле ния, содержащее та кжё последовательно единенные; второй компаратор, инвертирующий и неинвертирующий входы которого подсоединены, соответственно, к нулевому и фазному выходам преобразователя фазы, дифференциатор и амплитудный се/- лектор, выход которого подключен ко второму входу суммирующего усилителя.

Однако устройство-прототип имеет существенный недостаток, который проявляется при работе вентильного преобразователя в инверторном режиме.

. Известно, что для устойчивой коммутаций вентилей в инверторном режиме работы для вентильного преобразователя необходимо выполнить условие

jSmm 180° -«max УК (и) ,

где jSmin - запас угла Отах на коммутацию вентилей;,

ук(и) - угол коммутации вентилей вентильного преобразователя при его работе в инверторном режиме.

Учитывая, что на практике ук(и) не превышает 30°, принимают в схемах фазового управления с фиксированным ограничением угла управления запас на коммутацию вентилей в инверторном режиме /3min 30° и соответственно (7тах 150°.

Однако в устройстве-прототипе при отсутствии ограничения сигнала управления не обеспечивается запас по углу управления (/Smin), необходимый для устойчивой коммутации вентилей преобразователя в инверторном режиме, Указанный режим может быть обеспечен при ограничении величины сигнала управления в зоне значений, соответствующих предельному инв ерторному

режиму вентильного преобразователя. Однако этот способ ограничения, во-первых менее надежен, чем способ ограничения фиксированным значением ctmax, а во-вторых, обладает тем свойством, что при фиксированном уровне ограничения величины сигнала управления, величина предельного угла управления «max находится в прямой з ЗвисИмоёт от величины напряжения источника питания вентильного прёобраЗователя, Поэтому при выборе фиксированного уровня ограничения сигнала управления не-. обходимо учитывать минимально возможную величину напряжения источника питания вентильного преобразователя, что,

сй йтз; с ето недоиспользованием по напряжению в инверторном режиме.

. Цель изобретения-упрощение схемы, повышение надежности и эффективности путем устранения зависимости величины

максимального угла управления вентилями преобразователя от величины напряжения источника питания вентильного преобразователя. . . Поставленная цель достигается тем, что

устройство для фазового управления преобразователем, содержащее разделительный трансформатор, вывод опорного напряже- ния вторичной обмотки которого соединен с первым входом суммирующего усилителя,

выход которого соединен с инвертирующим входом первого компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с выводом для подключения сигнала управления, последовательно соединенные второй компаратор, дифференциатор и амплитудный селектор, выход которого подключен ко второму входу, суммирующего усилителя, дополнительно содержит диод, а разделительный трансформатор выполнен

.трехфазным, причем выводы первичной обмотки разделительного трансформатора предназначены для подсоединения к трехфазной симметричной системе фазирующего напряжения источника питания

преобразователя, вывод отстающего по фазе на 120° эл. напряжения вторичной обмот- ки разделительного трансформатора подключен к катоду диода, анод которого подсоединен к неинвертирующему входу

второго компаратора, а вывод опережающего по фазе .на 120° напряжения вторичной обмотки разделительного трансформатора подсоединен к инвертирующему входу второго компаратора. .

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого устройства для фазового управления преобразователем; на фиг, 4 - временная диаграмма, пбясйяющай динамику работы предлагаемого убтройства. У

Устройство содержит разделительный трансформатор 1, выполненный трехфазным, выводы 1, 2 и 3 первичной обмотки которого подсоединены к трехфазной симметричной системе фазирующего напряжения источника питания вентильного преобразователя, вывод Топорного напряжения вторичной обмотки разделительного, трансформатора 1 соединен с первым входом суммирующего усилителя. 2, выход которого подключен к инвертирующему входу 1 первого компаратора 3, неинвертйрую- щий вход 2 которого соединен с выводом для подключения сигнала управления;- v с

Устройство содержит также последовательно соединенные второй компаратор 4, дифференциатор 5 и амплитудный селектор 6, причем неинвертирующий вход.1 второго компаратора 4 соединён с анодом диода 7, катод которого подсоединен к выходу от- . стающего по фазе на 120° напряжения вторичной обмотки разделительного . трансформатора 1, инвертирующий вход 2 второго компаратора 4 соединен с выводом 3 опережающего по фазе на 120° напряжения вторичной обмотки разделительного трансформатора 1, а выход амплитудного селектора 6 подключён ко второму входу суммирующего усилителя 2.. .;, :

Выполнение разделительного трансформатора 1 показано на фиг. 1. Первичная обмотка разделительного трансформатор 1 соединяется в треугольник или звезду, в то же время вторичная обмотка соединяется в

му напряжений Ui. U2 и Уз на выводах 1, 2 и 3 вторичной обмотки разделительного

-: трансформатора 1 (вывод 1 соответствует выводу опорного напряжения, вывод 2 - вы

5. воду отстающего по фазе на 120° напряжения, а вывод 3 - выводу опережающего по фазе на 120° напряжения вторичной обмотки). : . .

Благодаря соединению нейнвертирую- 10 щего входа 1 второго компаратора 4 с выводов 2 отстающего по фазе на 120° напряжения вторичной обмотки разделительного, трансформатора 1 через диод 7 и инвертирующего входа 2 второго компара- 15 тора 4 с выводом опережающ ёго по фазе на 120° напряжения, вторичной обмотки разделительного трансформатора 1 непосред; ; ствеННой связьй на выходе вторЪгЪ когйларатора 4 формируется разность на- 20 пряжён.ий v ,:....::;:-;:;::. ;;:/:;:;

;.. Аиi-2 y V-Оз, ,. ;..;: .-..,..,-.

где U 2 и у зг напряжения, соответственно, на в;хЬда5(1 и 2 второго компаратора, рбла

- :- дакзщая свойством, что моменты переходов

25 величины Д01-2 через нуль срответствуют углам уп ав лемй я Щ О0 (при положитель Ной производной напряжению AUi-z) и (при отрицательной производной напряжения AUi-г). Напряжение AUi-r-2 с пр30 мощью второго компаратора 4, дифферен Циатора 5 и амплитудного селектора 6 преобразуется, как это видно из временной диаграммы на фиг, 2, в периодическую по- следовательн ость узких острокбнечйых и1м35 пульсов (напряжение иАс).положительной и / отрицательной полярности совпадающих

. по фазе с .моментами переходов напряже- . ния AUi-2 через нуль. В результате сумми- рЬванйя напряжения UAC с опорным

40 напряжением Ui, образуемым на выводе 1 опорного напряжения вторичной обмотки разделительного трансформатора 1, на выходе суммйрующёКб усШйтёля 2 формируется напряжение Ucy, представляющее

звезду, общая точка которой подсоединяет- 45 собой в масштабе коэффициента усиления

ся к общей точке схемы устройства. Компараторы 3 и 4, дифференциатор 6 и суммирующий усилитель 2 могут быть выполнены по стандартным схемам, применяемым в радиоэлектронике; в качестве амплитудного селектора 6 может быть использована сборка из двух встречно соединенных стабилитронов.

Устройство работает следующим образом. Трехфазная симметричная система фазирующего напряжения источника питания вентильного преобразователя, подаваемого на выводы 1, 2 и 3 первичной обмотки разделительного трансформатора 1, преобразуется в аналогичную трехфазную систесуммирующёгЬ усилителя 2 оп орное напряжение с наложенными на него узкими остроконечными импульсами в моменты времени, совпадающие с положительным

50 максимумом опорного напряжения (импульсы положительной полярности), ив моменты времени, сдвинутые относительно положительного максимума опорного напряжения на угол (импульсы отри55 цательной полярности).

Полученное на выходе суммирующего усилителя 2 напряжение UCY сравнивается на входе первого компаратора 3 с напряжением сигнала управления Uy, в результате

му напряжений Ui. U2 и Уз на выводах 1, 2 и 3 вторичной обмотки разделительного

трансформатора 1 (вывод 1 соответствует выводу опорного напряжения, вывод 2 - выводу отстающего по фазе на 120° напряжения, а вывод 3 - выводу опережающего по фазе на 120° напряжения вторичной обмотки). : . .

Благодаря соединению нейнвертирую- щего входа 1 второго компаратора 4 с выводов 2 отстающего по фазе на 120° напряжения вторичной обмотки разделительного, трансформатора 1 через диод 7 и инвертирующего входа 2 второго компара- тора 4 с выводом опережающ ёго по фазе на 120° напряжения, вторичной обмотки разделительного трансформатора 1 непосредствеННой связьй на выходе вторЪгЪ когйларатора 4 формируется разность на- пряжён.ий v ,:....::;:-;:;::. ;;:/:;:;: ::;

Аиi-2 y V-Оз, ,. ;..;: .-..,..,-.;.; ,

где U 2 и у зг напряжения, соответственно, на в;хЬда5(1 и 2 второго компаратора, рбла

дакзщая свойством, что моменты переходов

величины Д01-2 через нуль срответствуют углам уп ав лемй я Щ О0 (при положительНой производной напряжению AUi-z) и (при отрицательной производной напряжения AUi-г). Напряжение AUi-r-2 с прмощью второго компаратора 4, дифференЦиатора 5 и амплитудного селектора 6 преобразуется, как это видно из временной диаграммы на фиг, 2, в периодическую по- следовательн ость узких острокбнечйых и1м пульсов (напряжение иАс).положительной и отрицательной полярности совпадающих

по фазе с .моментами переходов напряже- ния AUi-2 через нуль. В результате сумми- ; рЬванйя напряжения UAC с опорным

напряжением Ui, образуемым на выводе 1 опорного напряжения вторичной обмотки разделительного трансформатора 1, на выходе суммйрующёКб усШйтёля 2 формируется напряжение Ucy, представляющее

собой в масштабе коэффициента усиления

собой в масштабе коэффициента усиления

суммирующёгЬ усилителя 2 оп орное напряжение с наложенными на него узкими остроконечными импульсами в моменты времени, совпадающие с положительным

максимумом опорного напряжения (импульсы положительной полярности), ив моменты времени, сдвинутые относительно положительного максимума опорного напряжения на угол (импульсы отрицательной полярности).

Полученное на выходе суммирующего усилителя 2 напряжение UCY сравнивается на входе первого компаратора 3 с напряжением сигнала управления Uy, в результате

чего на выходе первого компаратора 3 (одновременно и выход устройства) образуется напряжение UKI, представляющее собой п;ериодиче|:|ую последовательность прямо- угольных импульсов, Передние фронты указанных импульсов (UKI) в моменты

переходов разности напряжений, поступающих на входы 1 и 2 первого компаратора ( AUKi Ucy-Uy). через зону положительных значений и определяютсвоим угловым положением угол управления а Ввиду наложения на опорное напряжение Ui узких остроконечных импульсов (UAC), сформированных на выходе амплитудного селектора б, диапазон регулировки а при регулировке его сигналом управления Оу

д гр аничён ; значениями .. и . Кроме того, благодаря указанно- yiy На лоЖёЯйю, во-первых, исключаются срывы в работе устройства при превышении напряжением сигнала управления уровня, сор.тветствую Щёго амплитудному значению опорного напряжения, а во-вторых, обеспе- ;чиваётся типовое значение запаса на комму т а ц и ю в е н т и л е и преобразователя и соответственно , неза. ёйсййр:6т вёМчШы напряжения источника

питаний вентильного преобразователя.

Таким образом, в предлагаемом устройетвё в bfл т иё от прототи п а уд ается, во- п ер- вых, 3начйтельнб упростить схему устройства, исключив из нее преобразователь фазы с функциями преобразования фазы и гальванического разделения сигналов входа и выхода. Во-вторых в предлагаемом устройстве обеспечивается жесткое ограничение максимального угла управлениятипо- вым значением Огпах 150°, независимым от величины напряжения источника питания вентильного преобразователя. Тем самым Достигается повышение надежности и эффективности использования вентильного преобразователя по напряжению при его

г

работе в качестве инвертора. Последнее свойство очень важно для обеспечения быстрого гашения поля возбуждения синхронных и. асинхронизиррванных машин при использовании в их системах возбуждения тиристбрных преобразователей. Фор м у л а изобретения Устройство для фазового управления преобразователем, содержащее раздели- 1р тельный трансформатор, вывод опорного напряжения вторичной обмотки которого Соединён с первым, входом суммирующего усилителя, выход Которого соединен с инвертирующим входом первого компаратора, 15 неинвертирующий вход которого соединен с выводом для подключения сигнала управления, последовательно соединенные второй компаратор, дифференциатор и амплитудный селектор, выход которого под- 20 ключей к второму входу суммирующего усилителя, о т ли чаю щ е ее я тем, что, с целью упрощения схемы, повышения надежности и эффективности путем устранения зависимости величины максимального угла управ- 25 ления вентилями преобразователя от величины напряжения источника питания вентильного преобразователя, снабжено диодом, а разделительный трансформатор выполнен трехфазным, причем выводы пер- 30 вичной обмотки разделительного трансфор- матора предназначены Для подключения к трехфазной симметричной системе фазирующего напряжения источника питания преобразователи, вывод отстающего по фазе на 35 120° эл, напряжения вторичной обмотки разделительного трансформатора подключена катоду диода, анод которого подсоединен к нейнвертирующему входу второго компаратора, а вывод опережающего по фазе на 120° эл. напряжения вторичной обмотки разделительного трансформатора подсоединён к инвертирующему входу второго компаратора.

40

fa. Z

Редактор Н.Пигина

Составитель А.Кремецкий.

Техред М.МоргенталКорректор С.Патрушева