Устройство для управления тиристор-НыМ пРЕОбРАзОВАТЕлЕМ Советский патент 1981 года по МПК H02P13/16 

1

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления тиристорными преобразователями переменного тока с принудительной импульсной коммутацией.

Известно устройство для управления тиристорным преобразователем переменного тока, содержащее блок синхронизации, органы регулирования фазы управляющих импульсов, промежуточные и усилительньге элементы и трансформаторные выходные каскады 1 .

Режим работы нагрузки, обеспечиваемый при таком управлении, характеризуется низким значением коэффициента мощности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для управления тиристорным преобразователем переменного тока с принудительной импульсной коммутацией, содержащее трансформатор напряжения, блок синхронизации, формирователи опережения положительной и отрицательной полуволн питающего напряжения, логический блок, формирователь импульсов подготовки, регулятор фазы включения первого моста, регулятор фазы включения второго моста, регулятор фазы отключения одного из мостов, триггер начала пуска, органы управления, формирователи импульсов включения и отключения мостов и усилители импульсов управления, подключенные через выходные трансформаторы к управляющим входам тиристорного преобразователя переменного тока 2.

Недостатком устройства является невысокий коэффициент мощности нагрузки.

Цель изобретения - повыщение коэффициента мощности нагрузки и уменьщение влияний на линии связи при переменных параметрах питающей сети.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для управления тиристорным преобразователем переменного тока снабжено датчиком производной от тока во вторичной обмотке трансформатора, триггером замера интервала времени между включением первого и второго моста, конденсатором, усилителем заряда с развязывающим диодом, усилителем разряда с развязывающим диодом, формирователем диапазона изменения фазы включения первого моста для положительной полуволны, формирователем диапазона изменения фазы включения первого моста для отрицательной полуволны, формирователями начала зоны выключения первого моста для положительной и отрицательной полуволны, формирователями диапазона изменения ф.азы выключения первого моста для положительной и для отрицательной полуволны питающего напряжения, дополнительным регулятором фазы включения второго моста, формиро.вателем импульсов подготовки регуляторов фазы включения второго моста и формирователем импульсов подготовки регуля. тора фазы отключения первого моста, причем формирователь импульсов подготовки регулятора фазы включения второго моста входом подключен к выходу регулятора фазы включения первого моста, а выходом соединен со входом усилителя заряда и со входами «Взвод и «Пуск обоих регуляторов включения второго моста, выход дополнительного регулятора фазы включения второго моста подключен ко входу формирователя импульсов включения второго моста, управл-яющий вход подключен к выходу датчика производной от тока i5o вторичной обмотке трансформатора, триггер замера интервала времени между включением первого и второго моста входами подключен к выходам усилителей импульсов включения первого и второго мостов,а выходом через усилитель разряда и диод к отрицательной обкладке конденсатора, подключенной к управляющему входу регулятора фазы включения первого моста и через диод к выходу усилителя заряда, формирователь импульсов подготовки регулятора фазы выключения первого моста подключен выходом к входам «Взвод и «Пуск регулятора фазы выключения первого моста, а входами через формирователи диапазонов изменения фазы включения первого моста, подключенные выходами к входам логического блока, и через формирователи начала зон выключения первого моста подключена к выходам триггера синхронизации, формирователи диапазонов изменения фазы включения первого моста для положительной и отрицательной полуволн входами подключен к выходам формирователей опережения положительной и отрицательной полуволн напряжения, а выходами ко входам логического блока. На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - схема известного тиристорного преобразова теля, управляемого устройством; на фиг. 8временная диаграмма работы устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит трансформатор 1 напряжения, подключенный первичной обмоткой к питающему напряжению, а вторичной - к блоку.2 синхронизации,триггер 3 синхронизации, выходами подключенный к формирователю 4 опережения положительной полуволны и к формирователю 5

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжение питания на устройство подано, первичная обмотка трансформатора 1 подключена к пеpeMieHHOMy напряжению, питающему двигатели через тиристорный преобразователь. опережения отрицательной полуволны, формирователь б импульсов подготовки, регулятор 7 фазы включения первого моста, формирователь 8 диапазона изменения фазы включения первого моста для положительной полуволны, формирователь 9 диапазона изменения фазы включения первого моста для отрицательной полуволны, триггер 10 пуска, формирователь 11 импульсов подготовки регулятора 12 фазы включения второго моста и регулятора 13 фазы включения второго моста, блок 14 управления пуском, формирователь 15 импульсов включения первого моста, формирователь 16 импульсов включения второго моста, выключатель 17, вывод 18 для подключения положительного полюса источника питания, формирователь 19 и формирователь 20 начала зоны выключения первого моста, соответственно для положительной и отрицательной полуволны напряжения-, формирователь 21 и формирователь 22 диапазона изменения фазы выключения первого моста для положительной и отрицательной полуволны напряжения, формирователь 23 импульсов подготовки регулятора 24 фазы выключения первого моста, формирователь 25 импульсов выключения первого моста, логический блок 26, состоящий из щести элементов И 27-32, подключенных к десяти входам блока и к щести выходам, соединенным со входами усилителей 33 -38 импульсов включения силовых тиристоров преобразователя, усилитель 39 заряда, подключенный через раделит льный диод 40 к конденсатору 41 и входу U регулятора 24 и через разделительный диод 42 к выходу усилителя 43 разряда, подключенного своим входом к выходу триггера 44 замера интервала времени между включением первого и второго мостов, а входы триггера 44 подключены к выходам формирователей 15 и 16. Датчик 45 производной от тока во вторичной обмотке трансформатора 46 (см. фиг. 2) подключен выходом ко входу U, регулятора 13 фазы включения второго моста. Конденсатор 47 подключен к выводам вторичной обмотки трансформатора 46, к которым подключены также полууправляемые выпрямительные мосты 48, 49, состоящие из диодов 50-53, и тиристорных ключей 54-57, которые могут быть включены и принудительно выключены в любой момент соответствующей полуволны синусоиды питающего напряжения. К выходам мостов через реакторы 58, 59 подключены двигатели постоянного тока с обмотками якоря 60, 61 и возбуждения 62, 63.

выключатель 17 замкнут, потенциал с вывода 18 поступает на вход триггера 10 пуска и на соответствующий вход логического блока 26, при этом все элементы И 27-32 заперты, на выходах усилителей 33-38 нет никаких импульсов, ключи 54-57- выключены, ток в двигателях равен нулю.

При размыкании выключателя 17 снимается запрет со входа триггера 10, однако на его выходе сохраняется положительный потенциал и логический блок 26 заперт.

На каждом переходе синусоиды напряжения через нуль (см. фиг. 3) с блока 2 синхронизации поступают короткие импульсы на разные входы триггера 3 синхронизации, переключая его в различные положения Потенциалы с выходов триггера 3 поступают на входы логического блока 26, синхронизирующие выключения второго моста. Понятие второй и первый мост может относится как к мосту 48, так и к мосту 49 и означает только очередность включения. Синхронно с положительными фронтами сигналов триггера 3 переключаются формирователи 4 и 5, формируя отрицательные импульсы щириной примерно 170 эл. град. На положительных фронтах сигналов 4 и 5, соответственно, срабатывают формирователи 8 и 9 диапазона изменения фазы включения первого моста, обеспечивая при этом отрицательные сигналы на входах элементов И 27, 30 логического блока 26, синхронизирующие включения первого моста. Получение этих отрицательных импульсов при помощи формирователей позволяет исключить ложные включения ключей преобразователя, которые возможны при синхронизации от триггера, так как триггер при отсутствии синхронизирующего напряжения постоянно выдает на логический блок 26 разрещение с одного из своих выходов, из-за чего возможен сбой синхронизации при восстановлении напряжения. Формирователи 8 и 9 при отсутствии напряжения синхронизации выдают на выходах положительные потенциалы одновременно и при восстановлении питания срабатывает только соответствующий полуволне преобразователь.

Формирователь 6. импульсов подготовки срабатывает тоже на положительных фронтах сигналов 4, 5 и формирует короткие импульсы, которые переключают триггер 10 пуска в положение, при котором на его выходе присутствует отрицательный потенциал, разрещающий работу блока 26 и, поступая на вход «Взвод регулятора 7, переключают егетриггер в положение с отрицательным потенциалом на выходе, а через вход «Пуск обеспечивают разряд конденсатора в генераторе пилообразного напряжения. С появлением положительного фронта в сигнале 6 начинается отсчет времени регулятора 7, длительность которого задается уровнем напряжения, поступающего на вход Цк. с блока 14 управления пуском. Темп изменения этого напряжения определяет темп пуска и может задаваться вручную или автоматически. В момент равенства пилообразного напряжения напряжению Ut срабатывает регулятор 7, меняя при этом сигнал на положительный, это обеспечивает срабатывание формирователей 15 и 11. Короткий отрицательный импульс 15 поступает на элементы И 27 и 30. Совпадение отрицательных потенциалов при положительной полуволне осуществляется в элементе И 27 (отрицательной 30), при этом срабатывает усилитель 33(36) и подает сигнал на основной тиристор ключа 56(57), мост 48 включается. Ток двигателей до момента включения первого моста замыкается через диоды 50, 51. После включения ключа 56 возникает переходный колебательный процесс с амплитудой, равной половине выпрямленного тока, и ток в обмотке трансформатора нарастает от незначительного емкостного по кривой i.. В это время формирователь 11 импульсов подготовки выдает на выходе отрицательный потенциал, который уже взвел триггеры регуляторов 12 и 13, разрядил их конденсаторы, но пуск регуляторов специально задерживается, чтобь1 предотвратить слищком раннее включение второго моста от регулятора 13, срабатывающего при равенстве di/dt в обмотке трансформатора 46 нулю, так как до включения первого моста производная от тока, заверяемая блоком 45, близка к нулю.

Когда ток в обмотке трансформатора 46 достигнет амплитудного значения, что соответствует равенству выпрямленного тока, сигнал 45 приближается к нулю, срабатывает регулятор 13 .и через формирователь 16, через элемент И 28 (31), через усилитель 34 (37), включает ключ 54 (55). В этот момент прекращается колебательный процесс в силовой цепи, так как мгновенное значение тока колебания было равно выпрямленному току в. двух двигателях.

В реальных условиях на форму тока в обмотке трансформатора влияют не только процессы, происходящие со стороны его вторичной обмотки, но и внещние, через напряжение в питающей сети. Поэтому случайное значение производной, равное нулю, может появиться раньще момента появления амплитудного значения тока в колебательном контуре преобразователя, или этот момент может быть сдвинут в сторону отставания. Кроме того, при малых токах нагрузки датчик 45 производной выдает на выходе ела- бый сигнал, в котором между максимумом и минимумом трудно уловить разницу и регулятор 13 может давать сбой во включении второго моста. Чтобы исключить это явление, регулятор 12 настраивают на максимально возможное в данной сети значение выдержки времени, соответствующей минимально возможной частоте колебательного процесса в силовой цепи. Если регулятор 13 не выдаст сигнал в течение максимального времени, это сделает регулятор 12. Таким образом вновь установленные блоки 11, 13, 45 и настроенный на максимальное значение выдержки блок 12 предотвращают грубое отклонение момента включения второго моста от нормы. Формирователь 11 обеспечивает минимальную выдержку, регулятор 13 выполняет автоматическое включение в момент, соответствующий оптимуму, а регулятор 12 не допускает отклонение момента включения второго моста дальще максималь но возможного. При изменении частоты колебаний в силовом контуре необходимо изменять и фазу выключения первого моста. Наиболее целесообразно гасить .ток в обмотке трансформатора к моменту перехода синусоиды напряжения через нуль, для этого импульс выключения первого моста должен автоматически устанавливаться на время опережения нуля напряжения, равное времени между включением первого и второго моста. Для этого устройство снабжено элементами 3;)-44. Импульсом отрицательного напряжения на выходе формирователи 1 ггкчючается усилитель 39 и через диод 40 кондечсатор 41 начинает заряжаться. Одноврем кно импульсом с формирователя 15 триггер переключается в положение, когда на его выходе присутствует отрицательный потенциал, усилитель включает цепь разряда конденсатора, но поскольку постоянная времени заряда значительно меньще постоянной времени разряда, конденсатор заряжается практически мгновенно до уровня напряжения питания. Одновременно с положительным фронтом импульса 11 отключается цепь заряда, а разряд продолжается до момента появления отрицательного импульса на выходе формирователя 16. В зависимости от длительности интервала времени до включения второго моста устанавливается уровень напряжения на конденсаторе 41, определяющий длительность выдержки времени регулятора 24, а его срабатыва ние обеспечивает через формирователь 25, элемент И 29 (32) и усилитель 35 (38) включение вспомогательного тиристора ключа 56 (57), т. е. выключение первого моста, причем момент начала выключения опережает переход синусоиды напряжения через нулевое значение на время, равное интервалу между включением первого и второго мостов, что соответствует гащению тока в нуле синусоиды напряжения. Диапазон изменения фазы выключения первого моста задается для положительной полуволны формирователем 21, отрицательный потенциал с которого поступает на схему И 29 логического бл(ка, а начало зоны изменения фазы выключения первого моста задается положительным фронтом импульса на выходе формирователя 19, на вход которого поступают импульсы с триггера 3 синхронизации. Автоматическое слежение за изменением частоты колебательного процесса в силовой цепи позволяет поддерживать как высокий уровень величины со5о(,так и коэффициента формы кривой, а следовательно, и коэффициента мощности. Формула изобретения Устройство для управления тиристорным преобразователем переменного тока, содержащее блок синхронизации, подключенный через триггер синхронизации ко входу формирователя опережения положительной полуволны питающего напряжения, ко входу формирователя опережения отрицательной полуволны питающего напряжения и ко входам логического блока, регулятор фазы включения первого моста, подключенный входами «Взвод и «Пуск через формирователь импульсов подготовки к выходам формирователей опережения положительной и отрицательной полуволн питающего напряжения, управляющим входом. - к выходу блока управления пуском, а выходом подключен через формирователь импульсов включения первого .моста к соответствующему входу логического блока, регулятор фазы включе иия второго моста, выходом подключенный через формирователь импульсов включения второго моста к входу логического блока, регулятор фазы выключения первого моста, выходом подключенный через формирователь импульсов выключения первого моста ко входу логического блока, триггер пуска, олин из входов которого подключен к выходу формирователя импульсов подготовки, а выход соединен с другим своим входом и со входом логического блока и через выключатель связан с выводом для подключения положительного полюса источника питания, выходы логического блока через усилители импульсов соединены с выводами для подключения цепей управления силовыми тиристорами преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повыщения коэффициента мощности нагрузки и уменьщения влияний на линии связи, оно снабжено датчиком производной от тока во вторичной обмотке трансформатора, триггером замера интервала времени между включением первого и второго моста, конденсатором, усилителем заряда с развязывающим диодом, усилителем разряда с развязывающим диодом, формирователем диапазона изменения фазы включения первого моста для положительной полуволны, формирователем диапазона изменения фазы включения первого моста для отрицательной полуволны, формирователями начала зоны выключения первого моста для положительной и ртрицательной полуволны. формирователями диапазона изменения фазы выключения первого моста для положительной и для отрицательной полуволн питаюш,его напряжения, дополнительным регулятором фазы включения второго моста, формирователем импульсов подготовки регуляторов включения второго моста и формирователем импульсов подготовки регулятора фазы отключения первого моста, причем формирователь импульсов подготовки регулятора фазы включения второго моста входом подключен к выходу регулятора фазы включения первого моста, а выходом соединен со входом усилителя заряда и со входами «Взвод и «Пуск обоих регуляторов включения второго моста, выход дополнительного регулятора фазы включения второго моета подключен ко входу формирователя импульсов включения второго моста, а управляющий вход подключен к выходу датчика производной от тока во вторичной обмотке трансформатора, триггер замера интервала времени между включением первого и второго моста входами подключен к выходам усилителей импульсов включения первого и второго мостов, а выходом через усилитель разряда и диод к отрицательной обкладке конденсатора, подключенной к управляющему входу регулятора фазы включения первого моста и через диод к выходу усилителя заряда, формирователь импульсов подготовки регулятора фазы выключения первого моста подключен выходом к входам «Взвод и «Пуск регулятора фазы выключения первого моста, а входами через формирователи диапазонов изменения фазы включения первого моста, подключенные выходами к входам логического блока, и через формирователи начала зон выключения первого моста подключена к выходам триггера синхронизации, формирователи диапазонов изменения фазы включения первого моста для положительной и отрицательной полуволн входами подключен к выходам формирователей опережения положительной и отрицательной полуволн напряжения, а выходами - к входам логического блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Тиристоры. Технический справочник под ред. В. А. Лабунцова, М., «Энергия, 1971, с. 259, рис.. 16-6. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2314486/07, кл. Н 02 р 13/16, 1976.

lA

KSdaCHAMf,SOScnon KSiiOCH к55к SIScnoM

W