Устройство для управления -фазным вентильным преобразователем Советский патент 1977 года по МПК H02P13/16 

Изобретение относится к области управления статическими преобразователями, выполненными на газоразрядных или на полупроводниковых приборах с управляющим электродом.

Изобретение предназначено для использования в системах автоматического регулирования вентильными преобразователями электропередач постоянного тока.

Известны устройства для управления преобразователями электропередач постоянного тока путем воздействия на управляющие электроды вентилей, составляющих преобразователь. Эти устройства могут быть классифицированы как синхронные, асинхронные и периодически синхронизируемые с сетью переменного тока.

Синхронные устройства регулирования основаны на формировании импульсов в моменты переходов через нуль переменных напряжений, питающих преобразователь, и отсчете от них углов регулирования для каждого вентиля 1. Применение синхронных устройств регулирования вентильными преобразователями при питании от сети соизмеримой мощности приводит к появлению гармонической неустойчивости преобразователя.

Асинхронные устройства не имеют связи с системой переменного тока, а синхронные с сетью, управление преобразователем обеспечивается благодаря наличию цепи обратной связи, например, но току илн углу зажигания вентилей 2. Асинхронные устройства вносят в контур регулирования запаздывания, так

как являются астатическими.

Паиболее близким к изобретению является устройство, периодически синхронизируемое с сетью, где используют синхронизацию с питающей сетью только одного импульса (из щести) за период и отсчет от него всех остальных 3, которое взято за прототип. В данных устройствах с питающей сетью жестко связана только одна заранее выбранная фаза, а импульсы остальных фаз отсчитываются от

импульсов первой фазы. При искажении нанряжения сети синхронный импульс может возникнуть в момент времени, опережающий напряжение сети, все импульсы могут возникнуть при отрицательном анодном напрялсении

на вентилях, что приводит к транзисторному эффекту в тиристорах.

При посадках напряжения периодически синхронизируемые системы смещают импульсы в сторону отставания, что приводит к дополнительному уменьщению выпрямленного напряжения.

Цель изобретения - повыщение симметрии

импульсов управления при перекосах питающего напряжения, предотвращение возникновения импульсов в зоне отрицательных углов и повышение быстродействия. Это достигается тем, что устройство снабжено расширителями имнульсов каждой фазы двухвходовыми элементами «И, двухвходовыми элементами «ИЛИ, элементом задерл- ки времени, триггеров, двумя многовходовыми элементами «ИЛИ и счетчиком импульсов, причем каждый выход формирователя импульсов каждой фазы соединен с соответствующим расширителем импульсов, выход которого соединен с одним входом соответствующего двухвходового элемента «И, подключаемого к блоку регулировки фазы, а выход блока временных интервалов через другой расширитель и двухвходовый элемент «ИЛИ соединен со вторым.входом элемента «И, при этом второй вход элемента «ИЛИ соединен через элемент задержки времени на исчезновение сигнала с выходом триггера, первый вход которого соединен с выходами всех блоков временных интервалов через многовходовый элемент «ИЛИ и счетчик числа импульсов, второй вход триггера и вход счетчика импульсов через другой двухвходовый элемент «И и многовходовой элемент «ИЛИ соединен со всеми выходами первых двухвходовых элементов «И и выходами формирователей импульсов каждой фазы, а входы блоков временных интервалов соединены с выходами первых двухвходовых элементов «И через многовходовые элементы «ИЛИ. Б устройстве вход каждого блока временных интервалов соединен с выходом первого двухвходового элемента «И одной фазы, а выход - с расширителем импульсов другой фазы. При этом в устройстве содержится не менее двух блоков временных интервалов, выполненных с подстройкой по частоте. Кроме того, устройство снабжено элементом «НЕ, дифференцируюш,ей цепочкой и дополнительным двухвходовым элементом «ИЛИ, причем элемент «НЕ подключен своим входом к выходу расширителя импульсов, с выходом через дифференцируюш,ую цепочку к одному из входов дополнительного элемента «ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу первого двухвходового элемента «И, а выход дополнительного элемента «ИЛИ подсоединен к блоку регулировки фазы. На фиг. 1 и 2 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 3 - предлагаемое устройство, место включения его в обшую систему регулирования преобразовательного моста; на фиг. 4-6 даны диаграммы, поясняющие работу устройства. Устройство для управления «т фазным вентильным преобразователем содержит формирователь 1 импульсов, расширитель 2 импульсов, двухвходовый логический элемент «И 3, двухвходовый логический элемент «ИЛИ 4, триггер 5, элемент 6 задержки на снятие сигнала, многовходовой логический элемент «ИЛИ 7, блок 8 формирования временных интервалов, расширитель 9 импульсов, многовходовой логический элемент «ИЛИ 10, блок И формирования временных интервалов, многовходовой логический элемент «ИЛИ 12, счетчик 13 числа импульсов, многовходовой логический элемент «ИЛИ 14, двухвходовой логический элемент «И 15, многовходовой логический элемент «ИЛИ 16, логический элемент «НЕ 17, дифференцируюшую цепь 18, двухвходовой логический элемент «ИЛИ 19. На фиг. 3 приняты следующие обозначения: шипы переменного тока 20, силовой траисформатор 21,. преобразовательный мост 22, блок 23 регулировки фазы управляюших импульсов, датчик тока преобразователя - трансформатор тока 24, датчик напряжения - трансформатор напряжения 25, устройства, изображенные на фиг. 1, 2, - 26, цепь задания уставки 27, ток передачи 28, ток датчика тока 29, пропорциональный току передачи, ток уставки 30. На фиг. 4-6 приняты следующие обозначения: t/Tr - напряжение триггера 5; /+А - импульс напряжения фазы -f-A на выходе формирователя 1 импульсов; С/р, - напряжение на выходе расширителя 2 импульсов; С/ВЫХ+А - напряжение фазы . на выходе устройства; вви8 - напряжение на выходе блока 8 временных интервалов; Lpg - напряжение на выходе расширителя 9 импульсов; U-c - импульс напряжения фазы -С на выходе формирователя 1 импульсов; - нахряжение фазы -С на выходе устройства; U - напряжение на выходе элемента задержки 6; -|-А, -С, -|-В, -А, +С, -В - импульсы на выходе формирователя импульсов; ti, tz, ts, tb ts, te, - моменты синхронизации устройства с питающей системой переменного тока. Устройство работает следующим образом. При включении источника питания в момент /1 триггер 5 и счетчик 13 числа импульсов устанавливается в исходное состояние, при котором на его выходе появляется напряжение f/Tr (см. диаграмму фиг. 4). Напряжение, действуя через элемент задержки на снятие сигнала (6) и логические элементы «ИЛИ 4, подготавливает логические элементы «И 3 во всех фазах устройства. При появлении очередного импульса с выхода формирователя 1, например в фазе +А V+A, сформированного в момент перехода линейного коммутационного напряжения через нуль, последний вызывает срабатывание расширителя 2 импульсов (одновибратора) в фазе +А, на выходе которого ормируется напряжение f/p,, . В результате а обоих входах двухвходового логического лемента «И -|-А, а следовательно, и на его ыходе появляется импульс напряжения УВЫХ.+А, совпадаюший по фазе со входным импульсом t/+A. Выходной импульс t/вых+А через логический лемент «Р1ЛИ 14 поступает на первый вход вухвходового логического элемента «И 15. дновременно на второй вход этого элемента ерез элемент «ИЛИ 16 поступает входной

импульс, в результате на выходе элемента «И 15 формируется импульс, который перебрасывает триггер 5, при этом напряжение {7тг иа его выходе исчезает. Однако напряжение со входов элементов «И 3 благодаря наличию элемента 6 задержки существует еще некоторое время (30-50 мкс), что позволяет получить на выходе элемента «И 3 импульс .+A требуемой длительности. После исчезновения напряжения с выхода элемента 6 снимается сигнал подготовки со всех элементов «И 3.

Импульс напряжения t/вых.+А, сформированный на выходе элемента «И 3 фазы ., подается через элемент «ИЛИ 7 на запускающий вход блока 8, который начинает отсчет интервала, равного 2л;/т,

где т - фазность преобразователя.

После отсчета указанного интервала на выходе блока 8 формируется импульс УБВИВ который подается на расширитель 9 импульсов следующей фазы -С, а также расщирители 9 фаз -А, -В.

Такое соединение обусловлено тем, что блоки временных интервалов 8 и И работают поочередно и управляют работой элементов, расположенных в разных фазах. Например, блок 8 связан через элемент «ИЛИ 10 с элементами в фазах -С; -Л; -В, а блок 11 через элемент «ИЛИ 7 с элементами +Л; . Для обозначения работы устройства число блоков временных материалов 8 и 11 может быть любым, но не менее двух.

Расширитель 9 импульсов фазы -С после поступления импульса с блока 8 формирует импульс С/р9, поступающий на один из входов двухвходового логического элемента «И 3.

Если другой вход этого элемента был предварительно подготовлен расширителем 2 импульсов, т. е. если очередной импульс f/-c от формирователя 1 возник ранее, чем появился импульс с выхода блока 8, то в случае совпадения импульсов на входах элемента «И 3, на его выходе в момент времени появится выходной импульс.

В случае, если вход элемента «И 3 был подготовлен выходным напряжением расширителя 9, импульс напряжения на его выходе появится после срабатывания расширителя 2 импульсов. Выходной сигнал напряжения (вых.-с поступает через элемент «ИЛИ 7 на пуск блока 11, формирующего импульс, служащий для запуска расширителя 8 импульсов фазы +В, работа которой аналогична предыдушей.

Одновременно выходной импульс t/Еых-с через элемент «ИЛИ 14 поступает на вход элемента «И 15. Поскольку импульсы U-c с выхода элемента «ИЛИ 16 и ивых.-с не совпадают по фазе, то логический элемент «И 15 не срабывает, а триггер 5 не вырабатывает сигнала подготовки для элементов «И 3. При этом счетчик 13 считает импульсы, поступаюшие через элемент «ИЛИ 12 с блоков 8 и 11. После переполнения счетчика 13, например

после отсчета пяти импульсов, триггер 5 устанавливается в положение, соответствующее подготовке (через элементы 5 и 4) по первому входу элементов «И 3. В результате этого на одном из выходов устройства вновь появляется импульс, выработанный блоком 1, т. е. синхронизирующий сетевой импульс, и цикл работы устройства повторяется. Следовательно на выходе устройства может

быть сформировано определенное число импульсов, следующих друг за другом через равные интервалы времени, а после прохождения равиоинтервальных импульсов вновь появляется импульс, вырабатываемый блоком 1, имеющим связь с питающей сетью. Кроме того, каждый пикл работы устройства начинается с момента появления на его выходе импульса, фаза которого совпадает с фазой импульса, выработанного блоком 1.

Возникновение импульсов вне зоны регулирования предотвращается путем применения элементов «И, запрещающих преждевременное прохождение импульсов на выход устройства, повыщение быстродействия достигается

путем присоединения устройства к датчикам перехода через поль всех коммутирующих напряжений; улучшение слежения за фазой в переходных режимах достигается путем применения элемента «НЕ и дифференцирующей

цепочки, вырабатывающей импульс с небольщим (5-10 мсек) запаздыванием относительно перехода напряжения через ноль.

В предлагаемом устройстве входные импульсы поступают чаще, чем в прототипе в

пг раз, где m - фазность преобразователя. Каждый из входных импульсов, будучи сдвинут в сторону запаздывания, немедленно влияет на момент возникновения выходного импульса предлагаемого устройства. Следовательио, изменение фазы напряжения на шинах переменного тока в этом случае будет BOcTipnниматься в т раз быстрее.

На фиг. 5 приведена диаграмма, иллюстрирующая работу устройства при наличии асимметрии импульсов на выходе блока 1, вызванной модуляцией их фазы частотой третьей гармоники, а на фиг. 6 - частотой пятой гармоники. На осях а и г представлены ил пульсы на выходах блока 1. На осях б тл д импульсы

на выходах блоков 8 и 11. На осях б и е импульсы на выходе устройства.

Из диаграммы видно, что нарушение симметрии импульсов, имеющее место на входе устройства, не передается на его выход, вследствие чего гармоническая неустойчивость вентильного преобразователя не проявляется. Кроме того, в предлагаемом устройстве, имеющем периодическую синхронизацию с питающей сетью, в отличие от прототипа, выходмой импульс не может появиться ранее момента перехода через ноль напряжения, питающего преобразователь, благодаря выбору соответствующей структуры схемы устройства. Для сохранения работоспособности устройства при глубоких несимметричных посадках

напряжения в энергосистеме и снижения запаздывания по фазе выходных импульсов, отсчитываемых от моментов перехода через ноль напряжения питания, нредусмотрены дополнительные элементы, схема соединения которых представлена на фиг. 2.

В случае глубокой несимметричной посадки напряжения может иметь место несовпадение импульсов с выходов расширителей 2 и 9 импульсов, что приводит к исчезновению основного импульса в одной или нескольких фазах.

Для устранения этого недостатка, а также снижения запаздывания импульсов на выход каждой фазы устройства, кроме основного импульса, подан запаздывающий на несколько электрических градусов импульс, соответствующий заднему фронту импульса расщирителя 2. Это выполнено в каждой фазе с помощью логического элемента «НЕ 17, инвертирующего фазу импульса, расщирителя 2, дифсЬеренцирующей цени 18 и логического элемента «ИЛИ 19.

При наличии на выходе основного импульса запаздывающий не оказывает влияния на блок 23, так как он уже запущен основным импульсом. В случае потери основного запаздывающий пмпульс выполняет его функпии и обеспечивает работу устройства. Следовательно, величина запаздыр 1ния не превыпгает нескольких электрических градусов, в отличие от прототипа, где она составляет несколько десятков электрических градусов.

При изменении частоты в энергосистеме для сохранения постоянным отноигения длительности временного интервала (QO эл. град.) к длительности периода, т. е. повнщения стабильности устройства, блоки 8 и 11 выполнены с подстройкой по частоте.

Такая подстройка может быть осуществлена путем сравнения выходного сигнала блока 8 или II с некоторым стабильным сигналомуставкой и выдачи сигнала коррекции на управляющий вход блока 8 или 11.

Использование предложенного устройства в системе автоматического регулирования вентильными преобразователями на передачах постоянного тока позволяет существенно повысить надежность работы вентилей за счет устранения возможности возникновения импульсов управления вне зоны регулирования, а также повысить качество регулирования преобразователей благодаря значительному снижению запаздывания импульсов по фазе при переходных режимах в питающей энергосистеме, обеспечить следование импульсов через равные интервалы и благодаря этому устранить гармоническую неустойчивость при работе вентильного преобразователя, работающего со «слабой системой.

Формула изобретения

1. Устройство для управления «/п -фазным

вентильным преобразователем при периодиче. ской синхронизации с питающей сетью, содержащее формирователь импульсов с «т -выходами, блоки формирования вре.1енных интервалов, отличаю ндееся тем, что, с целью повыщения симметрии импульсов управления

при перекосах питающего напряжения, предотвращения возникновения импульсов в зоне отрицательных углов и повыщения быстродействия, оно снабл ено расщирителями импульсов каждой фазы, двухвходовыми элементами «И,

двухвходовыми элементами «ИЛИ, элементом задержки времени, триггером, двумя многовходовыми элементами «ИЛИ и счетчиком импульсов, причем каждый выход формирователя импульсов соединен с соответствующим

расширителем импульсов, выход которого соединен с одним входом соответствующего двухвходового элемента «И, подключаемого к блоку регулировки фазы, а выход блока временных интервалов через другой расщиритель

и двухвходовой элемент «ИЛИ соединен со вторым входом элемента «И, при этом второй вход элемента «ИЛИ соединен через элемент задержки времени на исчезновение сигнала с выходом триггера, первый вход которого соединен с выходами всех блоков временных интервалов через многовходовой элемент «ИЛИ и счетчик числа импульсов, второй вход триггера и вход счетчика импульсов через другой двухвходовой элемент «И и многовходовой элемент «ИЛИ соединен со всеми выходами первых двухвходовых элементов «И и выходами формирователя импульсов, а входы блоков временных интервалов соединены с выходами первых двухвходовых элементов

«И через многовходовые элементы «ИЛИ.

2.Устройство но п. I, отличающееся тем, что вход каждого блока временных интервалов соединен с выходом первого двухвходового элемента «И одной фазы, а выход - с расширителем импульсов другой фазы.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит не менее двух блоков временных интервалов.

4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый блок временных интервалов выполнен с подстройкой по частоте.

5.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью уменьшения запаздывания

импульсов по фазе при несимметричных посадках напряжения и обеспечения его работоспособности при исчезновений одного или части импульсов на выходе формирователя импульсов, оно снабжено эле.ментом дифференцирующей цепочкой и дополнительным двухвходовым элементом «ИЛИ, причем элемент «НЕ подключен своим входом к выходу расщирителя импульсов, а выходом через дифференцирующую цепочку к одному пз входов дополнительного элемента «ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу первого двухБходового элемента «И, а выход дополнительного элемента «ИЛИ подсоединяется к

блоку регулировки фазы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Патент СССР № 316272, М. Кл. Н 02Р 13/16, 1968. 2.Патент Швеции N° 333409, М. Кл.2 Н 02М 1/08, 1970. 3.Авторское свидетельство СССР 237246, М. Кл.2 Н02 1/04, 1965 (прототип).

BbMOf

/( -Г В -A Г -B-fA -C-fB -A C -CfB -A C

I II II II II II I. I II I L

-C -i-B X) v-r -5 i-ft -C fd -A -C -B -A -C fS -A

I I I I I I M I I I I I L

III

1- -u 3 -A /f -C fA -C fh -Л fT -B A C f.B -A 1C

e i I I I I I I 1 I I I I I I I I

/ 2 ii

S

u{

at

t3

иг.$

wi