Устройство для управления статическим преобразователем Советский патент 1974 года по МПК H02P13/16 B60L9/12 

Ивобрегение откосится к обласзеш сисгем управления статическвдпреобразоватвлями однофазного гока с плавным фазовым регули рованием выпрямленного нап|зяжения и может быть использовано в элект роприводах с беоконз актным регули I рованием напр 1жения. Известны устройства для управления статическим преобразователей с фазосдвигающим блоком использующим вертикальный принцип управления, содержащие пороговый элвмен, подключенный к источнику питания преобразователей триггерi X С - контур, блок сброса заряда емкости этого контура, нуль-орган, Iблок сравнения, задатчик управления и фазораспределитель, В начале полупериода пигающего напряжения запускаются блоки формирования пилообразного напряжения, Урог вень пилообразного напряжения растет до амплитуды, определяемой моментом переключения триггера. Переключение триггера происходи в начале следующего полупериода при напряжении, достаточном для его переключения. При больших углах коммутации тока в начале полу периода этот сдвиг формирования пилы может заходить в следующий полупериод на несколько десятков электрических градусов. Следовательно, угол регулирования фазосдвигающего блока при таком согласовании характеристик находится между началами двух ближайших полупериодов напряжения на преобра зователэ. Напряжение задатчика выбирается таким, чтобы обеспечить полный угол регулирования фазосдвигающего блока. Диапазон регулирования фазосдвигающего блока устанавливается постоянным для любой величины и любых искажений формы питающего напряжения.

3

yoippoftGTsr.e таким оошаоо« ванием характериетик задатчика| фазосдвигающезю блока и преоора зователя не исключают подачу импульсов управления в отрицательный попупериод напряжения на преобразователе, что приводит к нежелательному увеличению обратных токов в тиристорах, (

ТОКОВ в тиристорах, то возмпжнс при напря}хёнии Ьадатчика, равно

..« ..лн.гт V Q TTl

одномуиз значений пилообразного напряжения в зоне следующего полупериода. В этом случае фазосдвигающий блок вырабатывает импульсы управления в зоне отрица,тельных напряжений на преобразова теле. Заход импульсов управления в зону отрицательных напряжений особенно сказывается при больших углах коммутации тока. Кроме того, в таких устройствах не исключается подача импульсов управления в начале полупериода, когда напряжение на преооразователе недостаточно для надежного включения тиристоров. Изменение фазы импульсов управления на преобразователе в зоне коммутации тока в начале полупериода почти не изменяет тока нагрузки при изменении напряжения управления задатчика и, соответственно, фазы импульсов управления. Следовательно, при управлении преобразователем зона коммутации згока является нерегулируемым участком.

Возможность подачи импульсов управления на преобразователь в зоне низких и отрицательных напряжений на нем снижает надежность преобразователя.

цель изобретения - повышение надежности управляемого преобразователя путем улучшения условий включения его тиристоров в зоне о напряжением, устранение нерегулируемой зоны и исключение подачи шлпульсов управления на преобразователь в зоне с отрицательным напряжением на тиристорах

Это достигается там, что устройство снабжено, последовательно включенными между пороговым элементом и ЦС-контуром выпрямителем, логическим элементом НЕ, логическим элементом вычитания и вычитающим интегратором, а также другим логическим элементом вычитания, включенным между выходом выпрямителя и другим входом вычитающего интегратора, причем второй 1ХОД nepaoie т утттт лешчвоких элвшни 1Ь чишания QoiДИН9К о выходом усилителя, а второй вход второго из указанных логических элементов вычитания соединен о выходом логического элемента, совпадения

Сущность йзобретения заключается в том, что в устройство управления статическим преобразователем введен логический узел, который автоматически изменяет начало, наклон и коне.ц формирования пилообразного напряжения в азосдвигающем элементе, сохраняя постоянной амплитуду эфого напряжения. Причем начало и конец форирования пилообразного напряжеия в пределах полупёриода питающего преобразователь напряжения соответствуют углу регулирования, при котором напряжение на преобразователе достаточно для включения тиристоров, а амплитуда формируемого пилообразного напряже-ния соответствует напряжению задатчика, при котором выбирается этот угол.

На фиг. -1 изображена принципиальная блок-схема описываемого устройства; на фиг. 2- график, оясняющий принцип работы устройства; на фиг. 3 - временные диаграм мы напряжений в отдельных узла.х устройства.

Напряжение питания /см. фиг, / поступает на статический преобразователь -I и. через разделительный трансформатор 2 - на пороговый элемент 3 логического узла 4. Пороговый элемент каждый полупериод питающего напряжения формирует на выходе импульсы напряжения прямоугольной формы. Ши-. рина импульса этого напряжения определяется углом регулирования преобрайователя, при котором напряжение на преобразователе досраточно для включения тиристоров.

Переключение триггера 5 осуществляется сигналом с порогового элемента. Сигнал с выхода триггера управляет блоком 6 сброса заряда емкости JLC-коНтура 7, входящего в фазосдвигающий блок. Напряжение заряда емкости КС-контура через усилитель 8 поступает на один иj входов логического элемен та совпадения 9. Второй вход логического элемента совпадения подключей к выходу порогового эле|:дента через выпрямитель iO. На выходе логического элемента совпадения 9 выделяется пилообразное напряжение в диапазоне угла регулировании, При котором напряжение на преобразователе достаточно для включения тиристоров. Логически элемент НЕ II инвертирует напряжение выхода порогового элемента. В логическом элементе вычитания 12 сравнивается инвертируемое напряжение порогового элемента 3 с пилообразным напряжением на выходе усилителя 8, На выходе логического элементе вычитания 12 сигнал имеется только в том случае, если напряжение на выходе логического элемента НЕ

11превышает в данный момент пилообразное напряжение на выходе усилителя 8, В логическом элементе вычитания 13 сравнивается напряжение на выходе порогового элемента с выходным напряжением логического элемента совпадения 9. На выходе логического элемента вычитания 13 сигнал появляется только в том случае, если напряжение на выходе логического элемента совпадения 9 будет выше напряжения на выходе порогового элемента 3. Напряжение с выходов логических элементов вычитания

12и 13 подается на вход вычитающего интегратора 14, Напряжение сигнала с выхода логического элемента вычитания 12 подается на вход вычитающего интегратора 14, что повышает напряжение на его выходе. Напряжение сигнала с выхода логического элемента вычитания 13 подается на вход вычитающего интегратора, что понижает напряжение на его выходе. Напряжение с выхода вычитающего интегратора подается на Б С-контур 7,

С выхода логического элемента совдения 9 пилообразное напряжение . поступает на один из входов нульоргана 15, Второй вход нуль-органа подключен к задатчику напряжения управления 16, На выходе нульоргана 15 формируйся импульсы напряжения прямоугольной формы, ширина которых изменяется в зависимости от напряжения задатчика управления от нуля до значения, равного диапазону угла регулирования преобразователя. Выход нуль-органа 15 через фазораспре делитель 17 подключен к управляющим электродам тиристоров статичес1юго Jlpв qбpaзoвaтeляJ, который

питает нагрузочный резистор 18,

На фиг, 2 показана форма полупериода наибольшего А и наименьшего Б значений питающего преобразователь напряжения с провалом в начале полупериода за счет коммутации тока смежных потребителей. Прямая а-а-соответствует уровню напряжения на преобразователе /I, при котором надежно открываются все тиристоры статического преобразователя,

На фиг, 2 показано сформированное пилообразное напряжение при наименьшем значении питающего напряжения. Уровень б-б соответствует максимальному значению напряжения управления задатчика 16 Показано такт сформированное пилообразное напряжение при наибольшем значении питающего напряжения. Уровень в-в соответствует максимальному значению напряжения управления задатчика 16,

На фиг. За показана синусоида питающего преобразователь напряжения. Тонкой линией нанесен уровень напряжения, при котором открываются все тиристоры преобразователя.

На фиг, 36 - импульсы напряжения прямоугольной формы, соответ ствующие надежному включению тирис торов преобразователя. Ширина каждого импульса напряжения равна углу регулирования преобразователя, при котором напряжение на преобразователе достаточно для включения тиристоров. Амплитуда каждого импульса напряжения равна максимальному напряжению задатчика 16, при котором выбирается угол регулирования п1зеобразователя с надежным включением тиристоров.

На фиг, Зв - импульсы напряжения прямоугольной формы, соответствующие неустойчивому включению тиристоров преобразователя. Ширина этих импульсов напряжения равна углу регулирования преобразователя, при котором напряжение на преобразователе недостаточно для включения тиристоров. Амплитуда каждого импульса напряжения равна максимальному напряжению задатчика, при котором выбирается . УГОЛ регулирования преобразовател о надежным включением тиристоров, Эти импульсы являются инвертированными относительно импульсов, приведенных на фиг, 36. На фиг. импульсы напряжения о выхода триггера 5, управляемого синусоидальным напряжение через пороговый элемент В. Моменты переключения триггера определяют сброс и начало заряда емкости К.-С-контура 7 фазосдвигающего блока. Переключение триггера 5 происходит в начале каждого полупериода, как только напряжение на преобразователе достигает уровня, при котором надежно открываются .все тиристоры преобразователя. На фиг. БД - сформированное пилообразное напряжение, совпадаю щее с диагональю прямоугольника, сторонами которого являются стороны угла регулирования преобразо вателя, при котором напряжение на преобразователе достаточно для включения тиристоров, и напряжени задсП-чшса 16, при котором выбирает ся угол регулирования преобразова теля. На фиг. Зе сфдрмированнов пилобразное напряжение, совпадающее с максимумом переднего фронта импульса напряжения, при котором напряжение на преобразователе недостаточно для включения тиристоров. На фиг. Зж- результат сравне ния сформированного пилообразного напряжения с импульсом напряжения соответствующим надежному включению тиристров преобразователя в Жирным контуром треугольника выде лен сигнал, служащий сигналом отрицательной обратной связи. На фиг. Зз- результат сравнения сформированного пилообразного напряжения с импульсом напря жения, при котором напряжение на преобразователе недостаточно для включения тиристоров, Жирным контуром треугольника выделен сигнал служащий сигналом положительной обратной связи. На фиг. Зй - включенные на вход логического элемента совпадения два сигнала, сформированное пилообразное напряжение и импульс напряжения, соответствующие надежному включению тиристоров преобразователя. Штриховкой показана зона, выделяющаяся на выходе , схемы совпадения. На фиг, Зк - сформированное, пилообразное напряжение, поступаю щее на нуль-орган 15-фазосдвигающего блока. Ширина сформированного пилообразно- о напряжения равна углу регулироБа.ния преобразователя, при котором напряжение на преобразователе достаточно для надежного включения тиристоров. Амплитуда сфориированного пилообразного напряжения равна напряжению задатчика 16, при котором выбирается угол регулирования преобразователя с надежным включением тиристоров. При низком напряжении питания преобразователя имеется вполне определенный угол регулирования фазосдвигающего элемента, равный углу, при котором напряжение на преобразователе достаточно для включения вентилей. С повышением питающего преобразователь напряжния и уменьшением влияния коммутации тока соседних потребителей на форму напряжения в начале полупериода зона регулирования угла открытия тиристоров преобразователя расширяется, В связи с зтим изменяется момент начала и окончания формирования пилообразного напряжения на фазосдвигающем элементе при сохранившейся амплитуде. Таким образом, в пределах каждого полупериода питающего преобразователь напряжения диапазон формирования фазосдвигающим элементом импульсов управления путем изменения крутизны формируемого пилообразного напряжения согласовывают с диапазоном угла открытия тиристоров статического преобразователя. При этом диапазон угла открытия тиристоров статического преобразователя (диапазон подачи импульсов управления на тиристоры преооразовашеля) определяется напряжением на преобразователе, достаточным для,включения его тиристоров. Благодаря постоянству амплитуды формируемого пилообразного напряжения полный угол регулирования преобразователя выбирается при одной и том же напряжении задат чика 16, равном амплитуде формируеиого пилообразного напряжения, Устройство работает следующим образом.

Лри достижении на преобро.зователо I напряжения, достаточного для глсяючения тиристоров порогоый эле;..0;г 3 срабатываети включает триппер 5в

При понижении напряжения пи ан1ш преобразователя в конце по лут1ериода напряжение на выходе порогового элемента 8 исчезает, а триггер 5 остается Б прежнем состоянии. Одновременно ойслючением триггера после сброса начинает заряжаться емкость К,С контура 7, Питание В С-контура осуцеотвляется сигналом с выхода вычитающего интегратора 14, Напряжение на емкости в начальный момент ее заряда изменяется во времени по закону, близкому к линейному. Линейно изменяющееся напряжение на емкости усиливается и подается на один из входов логического элемента совпаде.ния 9. На второй вход логического элемента совпадения подается напряжение прямоугольной формы с выхода порогового элемента В. На выходе логического элемента совпадения 9, работающего и как избиратель минимального сигналаs выделяется напряжение, изменяющееся во времени по линейному закону, Исчезновение напряжения на выходе порогового элемента 3 ведет к исчезновению напряжения на выходе логического элемента совпадения 9 Это обеспечивает ограничение угла регулирования преобразователя диапазоном, при котором напряжение на преобразователе достаточно для включения тиристоров в

На входе нуль-органа 15 сравниваются пилобразное напряжение выхода логического элемента совпадения 9 с напряжением задатчика 16, При превышении пилообразного напряжения над напряжением задатчика 16 срабатывает нуль-орган 15 На выходе нуль-органа формируется импульс напряжения прямоугольной формы. Ширина этого импульса напря жения в зависимости от напряжения зaдat fикa 16 может изменяться от нуля до величины равной ширине импульса напряжения на выхода порогового элемента. Момент начала, формирования прямоугольного импуль са на выходе нуль-органа опреде ляет момент включения тиристоров

10

статического преобразователя О выхода нуль-органа 15 импульсы управяопий распределяются по иле- чам преобразоватэля. Угол открытия тиристоров преобразователя определяет величгну тока в нагрузочном резисгоре Ib. В установивше ся р екиме форыирусг.ше на емкости R С-контура 7 напряжение совпадает с диагональю параллелограмма, образованного полным напряжением зад тчика 16 и yii-лоы регулирования, при котором напряжение на тиристорах преобразователя достаточно для их включения. Для осуществления этого максимальное напряжение задатчика 16 должно быть равным напряжению выхода порогового элемента 3,

ЕСЛИ полный диапазон угла регулирования статического преобразователя выбирается при меньшем (по отношению к максимальному) напряжении задатчика/16, то логический элемент вычитания 12 выдает сигнал коррекции на вход ин,Тегратора IA-, который повышает напряжениеJ подаваемое на R С-коитур 7в Если при полном напряжении задажчика 6 не выбирается полный угол регулирования, то логический элемент вычитания i3 выдает сигнал коррекции на вход интегратора В 5 который понижает напряжение, подаваемоб на R С-контур 7в Изменяя напряжение S псдаваамое на ,Сконтур, Можно регулировать мак-симальную величину напряжения зафяда емкости КС-контура для одного и того же промежутка времени Из следовательно, наклрн формируемого пилообразного напряжения.

ПРЕРЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для управления статическим преобразователем, со-держащее последовательно соединенные пороговый элементS триггерДСконтурз усилитель и логический элемент оовпадения8 отличающ ее с я тем, что, с целью повышении- надежности путем устранения нерегулируемой зоны при отсутствии необходимых потенциальных .уоловий для открытия тиристоров 44 преобразователя, оно онабжено последовательно включенными иезсду пороговым элементом и R С-контуром выпрямителем, логическими элементами НЕ и вычитания и вы читающим интегратором, а также другим логическим элеиентом вычитания включенным между выходом выпрямителя и другим входом вычитающего интегратора причем второй вход первого логического элемента вычитания соединен с выходом усилителя, а второй вход другого логического элемента вычитания соединен с выходомлогического элемента совпадения.

.2