Способ управления тиристорным преобразователем частоты с тремя @ -фазными источниками напряжений несущей частоты Советский патент 1993 года по МПК H02M5/27 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления тиристорными преобразователями частоты, работающими по принципу преобразования биений напряжения.

Цель изобретения - упрощение способа управления.

На фиг,1. приведена принципиальная схема тиристорного преобразователя частоты, управления которым может быть осуществлено предлагаемым способом; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу .преобразователя частоты; на фиг.З - функциональная схема устройства для управления тиристорным преобразователем частоты; на фиг.4 - принципиальная схема формирователя импульсов и его подключения к преобразователю частоты; на фиг.5 временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

J Тиристорный преобразователь частоты (фиг.1) содержит источник биения напряжений, выполненный в виде каскадного преобразователя 1, состоящего из двух трехфазных асинхронных машин 2 и 3, сидящих на одном валу с приводным двигателем (не показан), первичные обмотки 4 и 5 первой 2 и второй 3 машин подключены к питающей сети 6, вторичные обмотки 7 и 8 первой 2 и второй 3 машин состоят из трех одинаковых трехфазных секций 9,10,11 и 12,13,14.. соответственно, вентильный коммутатора 15, состоящий из трех пар трехфазных групп 16и17,18и19и21 встречно-параллельно включенных тиристоров 22-39, соединенных по нулевой схеме, к выводам переменного тока которых

00

о ел ел ы ь.

присоединены начала всех фаз an, bn, си; 321, D21, С21,% аз1, Ьз1, сз1 трехфазных секций 9,10,11 вторичной обмотки 7 первой машины 2, управляющие электроды тиристоров предназначены для подключения преобра- зователем частоты (фиг.З) в нулевой провод каждой группы 16-21 тиристоров 22-39 соответственно включены датчики 40-45 тока нагрузки, причем общая точка каждой пары датчиков 40 и 41, 42 и 43, 44 и 45 тока соединена с одной из фаз А,В и С трехфазной нагрузки 46, а потенциально развязанные выходы датчиков 40-45 тока предназначены для подключения к входам устройства для управления преобразовате- лем частоты (фиг.З).

Устройство для управления тиристор- ным преобразователем частоты (фиг.З) содержит формирователь 47 импульсов (фиг.4) состоящий из двух трехфазных цепочек 48 и 49, каждая фаза dn, dai. Оз1 и In, tei, bi которых представляет собой последовательно соединенные диод и резистор - соответственно 50 и 51. 52 и 53, 54 и 55, 56 и 57, 58 и 59, 60 и 61 и пять элементов 62-66 2И, выход формирователя 47 импульсов подключен к первому входу первого элемента 62 2И, а входы второго 63, третьего 64 и четвертого 65 элементов 2И предназначены для подключения к датчикам 40-45 тока на- грузки преобразователя частоты (фиг.1). В устройство введень.1 четыре элемента 67-70 2 ИЛИ, один элемент 71 ЗИЛИ, шесть элементов 72-77 3 ИЛИ-НЕ и один элемент 78 6 ИЛИ-НЕ, причем входы второго 63, треть- его 64 и четвертого 65 элементов 2И соединены со всеми входами элемента 78 6 ИЛИ-НЕ и с первыми входами каждого из шести элементов 72-77 3 ИЛИ-НЕ, а входы - со всеми тремя входами элемента 71 3 ИЛИ, выход которого подключен ко вторым входам всех шести элементов 3 ИЛИ-НЕ, выход элемента 6 ИЛИ-НЕ подключен к третьим входам всех шести элементов 72-77 3 ИЛИ-НЕ и ко второму входу первого эле- мента 62 2И, выход которого соединен с первыми входами всех четырех элементов 67-70 2 ИЛИ, выходы которого 73. третьего 74, четвертого 75 и пятого 76 элементов 3 ИЛИ-НЕ подключены ко вторым входам со- ответственно первого 67, второго 68, третьего 69 и четвертого 70 элементов 2 ИЛИ, входы которых, а также выходы первого 72 и шестого 77 элементов 3 ИЛИ-НЕ предназначены для подключения к управляющим электродам тиристоров 22-39 преобразователя частоты (фиг.1), одни выводы фаз tin, d2i, dai и In, (21, (31 соответственно каждой трехфазной цепочки 48 и 49 формирователя 47 импульсов соединены в звезду и предназначены для подключения соответственно к общим точка фаз ai2, 022, 032 и bi2. 022. аз2 источника биения напряжений (фиг.4), а другие выводы фаз dn, d2i, dai и In, (21, Ы соответственно цепочек 48 и 49 предназначены для подключения к другим выводам фаз an. C21. Ьз1 и bn, 321, сз1 источника биения напряжений причем в одну из фаз dn и 1з1 каждой трехфазной цепочки 48 и 49 включен электронный ключ 79 и 80 соответственно развязанный (например, оптрона- ми и герконами) от формирователя 47 импульсов, а выходы электронных ключей 79 и 80 каждой трехфазной цепочки 48 и 49 соединены с входами пятого элемента 66 2И, выход которого является выходом формирователя импульсов. Для передачи сигналов управления на управляющие электроды тиристоров 22-39 могут быть использованы любые известные устройства, например блок 81 распределения и усиления управляющих импульсов.

Способ управления тиристорным преобразователем частоты (например, изображенным на фиг.1) реализуется при помощи устройства, изображённого на фиг.З и 4, следующим образом. .

Первичные обмотки 4 и 5 трехфазных асинхронных маш.ин 2,3 подключены к питающей сети 6 таким образом, чтобы вращение создаваемых ими частоты осуществлялось в противоположных направлениях, Тогда на выходах всех фаз вторичных обмоток 4 и 5, соединенных между собой, наводятся суммарные ЭДС:

1аА la 12 Hall Emsln ( Wnt) COS OJ6t

IbA 1ы2 + Ibn - Emsln ( - 120o) cos oje IcA 1с12 + 1с11 Emsln («и t - 240°) cos ft

1 (фиг. 2a)

aB b22 + Ic21 Emsln Gfct) COS ( OK t

-120°)

bB Ic22 + 1э21 Emsln ( одд - 120° cos .( M5t-120°)

IcB Ia22 + Ib21 Em Sin (Wn t - 240°) COS

( tW6t-120°)(фиг.26

lac Ic32 + fb31 Em Sin ( САД) COS ( ftfct -240°)

be ; Ia32 + Ic31 Em Sin (О) t - 120°) COS

(ft t - 240°)

Ice Ib32 + Ia31 Emsin (() - 240°) COS

(ft t-240°)(фиг.2й Здесь

laA..;.. Ice - суммарная ЭДС соответствующих фаз:

Iaii....,lc3i - ЭДС соответствующих фаз первой машины 2;

lai,..., Ic32 - ЭДМ соответствующих фаз второй машины 3;

Ет - амплитудное значение ЭДС;

( - несущая частота напряжения;

Шб частота биений напряжения.

Эти ЭДС можно получить, если одна из машин (например, первая машина 2) работает в режиме электромагнитного тормоза, а вторая машина 3 - в режиме генератора.

В исходном состоянии токи в фазах А,В и С нагрузки 46, а следовательно, и в датчиках 40-45 тока нагрузки, равны нулю. При этом нулевые сигналы присутствуют на всех входах второго 63. третьего 64 и четвертого 65 элементов 2И, элементы 78 6 ИЛИ- НЕ и на первых входах всех шести элементов 72- 77 3 ИЛИ-НЕ. На выходах второго 63, третьего 64 и четвертого 65 элементов 2И и на всех входах элемента 71 3 ИЛИ также нуле- вые сигналы, что обеспечивает нулевой сигнал на входе элемента 713 ИЛИ и на вторых входах всех шести элементов 72-77 3 ИЛИ- НЕ. На выходе элемента 78 6 ИЛИ-НЕ присутствует единичный сигнал, который поступает на второй вход первого элемента 62 2И и на третьи входы всех шести элементов 72...3ИЛИ-НЕ, что обеспечивает нулевые сигналы на их выходах и на входах всех четырех элементов 67-70 2 ИЛИ. При отсут- ствии сигналов с выхода формирователя 47 импульсов на выходе первого элемента 62 2 И, и следовательно, на всех входах блока 81 распределения и усиления управляющих импульсов также нулевые сигналы. Таким образом, импульсы управления на управляющие электроды тиристоров 22-39 не поступают, а последние закрыты.

Биения напряжений поступают на входы формирования 47 импульсов. В фазах dn, dai, dai и in, 121, lai соответственно цепочек 48 и 49 выделяются напряжения несущей частоты, показанные на фйг.5а, 56, причем на фиг.5а показаны напряжения:

линии без значков - в фазах an, 312

линии с черточкой - в фазах С21, 022

линии с крестиком - в фазах Ьз1, сз2 на фиг.56 соответственно:

в фазах on, bi2

в фазах 321, С22

в фазах сз1, Ьз2

При этом электронный ключ 79 в фазе dn цепочки 48 откроется в моменты, показанные на фиг.бв, а электронный ключ 80 в фазе 1з1 цепочки 49 - на фиг.52. Импульсы с выходов электронных ключей 79 и 80 поступают на входы пятого элемента 66 2 И, с выхода которого (а следовательно, и с выхода формирователя 47 импульсов) подаются на первый вход первого элемента 62 2И (фиг.бд). .

Согласно предлагаемому способу сигналы управления должны подаваться на одну группу тиристоров в соответствии с требуемой полярностью, если ток в соответствующей фазе нагрузки превышает уставку датчика тока нагрузки, и на обе группы тиристоров в противном случае.

Поскольку при запуске токи в фазах А ,В и С нагрузки 46 равны нулю (т.е. меньше уставки тока) то для предотвращения одновременного включения всех шести групп 16-21 тиристоров 22-39 служат формирователь 47 импульсов, первый элемент 62 2И и четыре элемента 67-70 2 ИЛИ. При этом на выходе 78 6 ИЛИ-НЕ и на втором входе первого элемента 62 2И единичные сигналы, а на выходе первого элемента 62 2И единичные сигналы будут появляться тогда же, когда и на формирователе 47 импульсов. Это обеспечит появление единичных сигналов на первых входах и выходах всех четырех элементов 67-70 2 ИЛИ и на соответствующих управляющих электродах тиристоров 22-24,28 -33,37-39. Таким образом, при запуске обеспечивается включение двух групп 18 и 19 тиристоров 28-33 не более, чем в одной фазе нагрузки 46 (в данном случае в фазе В) и по одной группе 16 и 21 тиристоров 22-24 и 37-39 соответственно в двух других фазах А и С нагрузки 46.

При появлении тока в нагрузке 46, первая гармоника которого показана на фиг.2г- е, срабатывает по крайней мере один из датчиков 40-45 тока нагрузки, в результате чего на одном из входов элемента 78 6 ИЛИ- НЕ появляется единичный сигнал, а на его выходе-нулевой сигнал, который поступает на второй вход первого элемента 62 2И, запирая его для импульсов запуска от формирователя 47 импульсов, и на первые входы всех шести элементов 72-77 3 ИЛИ-НЕ снимая запрет на управление от датчиков 40-45 тока нагрузки. На фиг.2г-е показаны пределы регулирования уставки тока, при которых продолжительность, подачи сигналов управления может в пределах т 2Т/3 - штрихпунктирная линия с одной точкой, т Т/2 - штрихпунктирная линия с двумя точками, Пунктирными линиями показаны моменты равенства токов в двух фазах.

Выходы датчиков 40-45 тока нагрузки подключены к первым входам элементов 72-77 3 ИЛИ-НЕ соответственно, а выходы последних присоединены так, что выход первого элемента.72 3 ИЛИ-НЕ подключен управляющим электродам группы 17 тиристоров 25-27, выход второго элемента 73 через элемент 67 2 ИЛИ - к группе 16 тиристоров 22-24. Аналогично выход третьего элемента 74 через второй элемент 68 подключен к группе 19 тиристоров 31-33, выход, четвертого элемента 75 через третий элемент 69 - к группе 18 тиристоров 28-30,.

выход пятого элемента 76 через четвертый элемент 70 - к группе 21 тиристоров 37-39 и выход шестого элемента 77 - к группе 20 тиристоров 34-36. Все выходы логических элементов подключены к управляющим электродам тиристоров через блок 81 распределения и усиления управляющих импульсов.

В течение одного периода модулирующего напряжение низкой частоты сигналы управления подаются на группы 16-21 тиристоров 22-39 в соответствии с диаграммами, изображенными на фиг.2ж-2м, на которых заштрихованными участками показаны промежутки времени, когда включены соответствующие группы тиристоров, причем на фиг.2ж-2и время подачи сигналов управления составляет т 2Т/3-( tb + to), a на фиг.2к-м - г Т/2 + (tb + to), где tb, to время включения и отключения тиристоров. Это позволяет выбрать уставки датчиков 40-45 тока нагрузки в широких пределах, что облегчает их подбор и настройку.

При этом тиристоры включаются согласно показанному в табл.1 в моменты времени, изображенные на диаграммах фиг.2н-р, на которых показаны графики напряжения на фазах нагрузки 46.

В момент перехода тока нагрузки через нуль переключение тиристоров происходит автоматически согласно паказанному в табл.2

В результате такой естественной коммутации тиристоров 22-39 вентильного коммутатора 15 на трехфазной нагрузке 46 появляются напряжения, показанные на диаграммах (фиг.2н-р).

При появлении по какой-либо причине в обоих группах тиристоров одной из фаз нагрузки 46 тока, превышающего уставку тока, на входах и на выходе одного из элементов 63-65 2И появятся единичные сигналы. При этом единичный сигнал с выхода элемента 71 3 ИЛИ поступит на вторые входы элементов 72-77 3 ИЛ И-НЕ, запирая их для сигналов от датчиков 40-45 тока что приведет к запиранию тиристоров 22-39 и отключению нагрузки 46. Сигнал от элемента 71.3 ИЛИ может быть использован для сигнализации аварийного режима и для предотвращения

(при необходимости) автоматического повторного запуска преобразователя, например, через RS-триггер блокировать сигнал запуска.

Таким образом, предлагаемые технические решения позволяют упростить реализацию способа и устройство, реализующее способ за счет уменьшения каналов управления тиристорами преобразователя частоты.

Формула изобретения

Способ управления тиристорным преобразователем частоты с тремя т-фазными источниками напряжений несущей частоты, промодулированных соответствующими

фазными напряжениями модулирующей частоты, причем одноименные фазы источников напряжений несущей частоты соединены в звезду, образуя m потенциально разделенных звезд, каждый т-фазный

источник подключен через соответствующие m-фазные нулевые анодные и катодные группы тиристоров к соответствующей фазе нагрузки, заключающийся в том, что формируют для каждой фазы сигнал, пропорциональный току нагрузки, определяют его полярность, формуют общий для всех фаз сигнал установки тока, сравнивают сигнал, пропорциональный току нагрузки, с сигналом уставки тока и, если он меньше сигнала

уставки тока, формируют сигналы включения, тиристоров и подают их на все тиристоры соответствующей фазы нагрузки, а если он больше сигнала уставки тока, формируют сигналы включения тиристоров и подают их

на анодную или катодную группу тиристоров в соответствии с полярностью сигнала, пропорционального току фазы нагрузки, отличающийся тем, что, с целью упрощения, контролируют наличие токов фаз нагрузок, сигнал уставки тока формируют на интервале Т/2 г 2Т/3, где Т - период повторения модулирующего напряжения при отсутствии тока нагрузки или Т - период повторения тока нагрузки при наличии тока

хотя бы в одной из фаз нагрузки, причем подачу сигналов включения на все тиристоры осуществляют не более чем в одной фазе нагрузки, а в других фазах нагрузки подают сигналы включения на анодную или катодную группу тиристоров.

Та блица

Способ заключается в том, что задают уставку тока в каждой фазе нагрузки в отдельности в пределах, при которых продолжительность сигнала управления лежит в диапазоне Т/2 т 2Т/3, где Т - период изменения тока нагрузки; т- продолжительность сигнала управлений. Если ток нагрузки превышает уставку, то подают сигналы управления на одну группу тири- сторов в соответствии с требуемой полярностью выходного напряжения, а если ток нагрузки меньше уставки, то сигналы управления подают на обе группы тиристо- ров, причем не более чем в одной фазе нагрузки. Устройство содержит формиро-. ватель импульсов (ФИ), логические элементы (ЛЭ) и электронные ключи, При запуске сигналы от ФИ подаются через ЛЭ на четыре группы тиристоров, а при появлении тока нагрузки, коммутация производится автоматически. 5 ил., 2 табл.

Таблицэ2

GOB ess ее в

JL/ I

у /.

ДХА-А,

m- in in

«ol

fv,

o

$

Ј

St

an in in о

CO

D3Du/Јq-otr дохпьи/ор utt

III 111

fc

fc

fc

IS

HIP

O

S

L

/г иf менту 61 Ztf

. J

V

«, ХЛ / / .,. . .-#.. -ч ,. v ,

У Ч/Ч-Л/ / хА.У-М/Сь/ У

ftfr$ .