Устройство для переключения ступенейМНОгОМОСТОВОгО ТиРиСТОРНОгО пРЕОбРА-зОВАТЕля Советский патент 1981 года по МПК H02P13/16 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СТУПЕНЕЙ

МНОГОМОСТОБОГО ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике и может быть применено для управления работой многомостового выпрямительно-инверторного тиристорного преобразователя, используемого в электроприводе с многоступенчатым регулированием напряжения на нагрузке, преимущественно на электрическом транспорте. Известно устройство дня переключения ступеней многомостового статического тирист.орного преобразователя 11 Недостатком устройства является то, что из-за наличия в схеме этого, устройства триггера с счетным запуском оно имеет низкую помехозащищенность.. Наиболее близким по технической сущности является устройство для переключения ступеней многомостового тиристорного преобразователя, содержащее формирователь опорных импульсов в начале полупериода питающего , преобразователь напряжения, выход которого через один из логических элементов ИЛИ-НЕ подсоединен к одному из входов первого основного элемей- та совпадения, ко второму входу которого подсоединен выход фазосдвигающего элемента первой ступени преобразователя, а выход первого основного элемента совпадения подсоединен к одному из входов основного триггера с раздельным запуском, к второму входу этого триггера подсоединен выход второго основного элемента совпадения, к одному из входов которого через элемент временной задержки подсоединен выход упомянутого формирователя опорных импульсов, а к второму входу второго элемента совпадения через другой логический элемент ИЛИ-НЕ подсоединен выход упомянутого фазосдвигающего элемента первой ступени преобразователя, выход этого же фазосдвигающего элемента подсоединен также к одному из входов третьего основного элемента совпадения, к второму входу которого подсоединен один из выходов основного триггера с раздельным запуском, вторым выходом подсоединенного к одному из входов четвертого основного элемента совпадения, к второму входу которого подсоединен выход фазосдвигающего элемента второй ступени преобразователя, выходы основных третьего и четвертого элементов совпадения через.распределитель импульсов фазосдвигающих элементов и блок усилителей соединены с управляющими электродами силовых тиристоров соответствунгщих ступеней и плеч преобразователя 23

Недостатком указанного устройства является то, что момент переключения основного триггера с раздельным запуском, а, следовательно, и момент переключения ступеней преобразователя фиксирован и всегда соответствует фазе минимального угла регулирования. Таким образом, это переключаюцее устройство имеет ограниченный диапазон работы соответствующий моменту совпадения опорного импульса, формируемого в начале каждого полупериода питающего преобразователь напряжения, с импульсом,регулирующим фазу открытия тиристоров.

Цель изобретения - расшире1 е диапазона работы переключающего устройства, путем обеспечения возможности переключения ступеней преобразователя в моменты времени, соответствующие любой фазе полупериода питающего преобразователь напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство, содержащее формирователь опорных импульсов,выход которого через один из логических элементов ИЛИ-НЕ подсоединен к ОДНОМУ из входов первого элемента совпадения, подключенного вторым входом к выходу фазосдвигающего элемента первой ступени преобразователя, а выход первого элемента совпадения подсоединен к одному из входов триггера с раздельным запуском, вторым входом подсоединенного к. выходу второго элемента совпадения,, к одному из входов которого через элемент временной задержки подсоединен выход формирователя опорныз импульсов, а к второму входу второго элемента совпадения через другой логический элемент ШЖ-НЕ подсоединен выход фазосдвигающего элемента первой ступени

щим элементом, дополнительным триггером с раздельным запуском и двумя дополнительными элементами совпадения, к первым входам которых подсоединены соответствующие выходы триггера с раздельным запуском, а к вторым входам - выход дополнительного фазосдви гающего элемента, а их выходы - к соответствующим входам дополнительного триггера с раздельным запуском, подсоединенного выходами к вторым входам третьего иiчетвертого элементов совпадения.

На фиг. 1 изображена принципиальная блок-схема устройства; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы напряжений поясняющие работу устройства соответственно до переключения и в момент переключения преобразователя с предыдущей регулируемой ступени на последующую ступень.

Устройство для переключения ступеней многомостового тирйсторного преобразователя содержит формирователь 1 опорных импульсов, предназначенный для формирования опорных импульсов в начале каждого полупериода питакяцего преобразователь напряжения, и через логический элемент 2 ШМ-НЕ, подсоединенный к одному из входов первого основного элемента 3 совпадения, к второму входу которого подсоединен выход фазосдвирающего элемента 4 первой ступени преобразователя. Выход первого основного элемента 3 совпадения подсоединен к одному из входов основного триггера 5 с раздельным запуском, соединенного вторым входом с выходом второго основного элемента 6 совпадения, К одному из входов второго основного элемента 6 совпадения через элемент 7 временной задержки подсоединен -выход формирователя 1преобразователя, выход последнего подсоединен также к одному из входов третьего элемента совпадения, выход фазосдвигающего элемента второй сту пени преобразователя подсоединен к одному из входов четвертого элемента совпадения, выходу: третьего и четвертого элементов совпадения через распределитель импульсов и блок усилителей соединены с управляющими электродами силовых тиристоров .соответствугадих ступеней и плеч преобразователя, подключенного к электродвигателю и силовому тр-ансформатору. снабжено дополнительным фазосдвигаю5опорных импульсов, к второму входу второго основного элемента 6 совпаде ния через логический элемент 8 ИЛИ-Н подсоединен выход фазосдвигакщего эл мента 4 первой ступени преобразователя. Выходы основного триггера 5 с раздельным запуском подсоединены к первым входам первого и второго дополнительных элементов 9 и 10 совпадения, к вторым входам которых подсоединен -выход дополнительного фазосдвигающего элемента 11. Выходы обои дополнительных элементов 9 и 10 совпадения подсоединень к соответствующим входам дополнительного триггера 12 с раздельнь1м запуском. Дополнительные элементы 9 и 10 совпадения, дополнительньм фазосдвигающйй элемент 11 и дополнительный триггер 12 С раздельным запуском образуют логический узел 13. Выходы дополнительно го триггера 12 с раздельным запуском подсоединены к первым входам третьего и четвертого основных элементов 14 и 15 совпадения, а к их вторым вх дам подсоединены соответственно выходы фазосдвигающих элементов 4 и 16 первой и второй регулируемых ступене преобразователя. Выходы Элементов 14 и 15 совпадения через распределитель 17 импульсов, предназначенный для распределения импульсов, регулирующих фазу открытия тиристоров, по полупериодам питающего преобразователь напряжения, и через блок 18 усилителей соединены с управляющими электродами силовых тиристоров соответствующих ступеней и плеч преобразователя 19, подключенного к электродвигателю 20 и силовому трансформатору 21 , Устройство работает следуюнщм образом. В начале каждого полупериода питающего преобразователь ,напряжения. формирователь 1 (фиг. 1) формирует опорный импульс и, с фазойdeti кото- )ый одновременно поступает на вход элемента 2 ИЛИ-НЕ и на вход элемента 7 временной задержки (фиг.2 и З). Инвертированный опорный импульс UQ с выхода элемента 2 ИЛИ-НЕ поступает на один из входов элемента 3 совпадения, на вход которого подается регулируемый по фазеАрег.1И импульс ид. Импульс и. формируется фазосдвигающим элементом 4 первой ступени преобразователя, который преобразует нап09ряжение управления в импульсы прямоугольной формы. , При увеличении напряжения управле-i кия фаза и1 пульсов Цд изменяется от . 180эл.град. доо1ре,.0 эл.град., так как фазосдвигающие элементы 4 и 16 имеют обратную фазовую характеристику . . До тех пор, пока инвертированный опорный импульс ил с выхода элемента 2 ИЛИ-НЕ и импульс U с выхода фазосдвигающего элемента 4 будут поступать на входа элемента совпадения 3 неодновременно, сигнал Ug на его вы ходе и на одном из входов триггера 5 с раздельным запуском будет отсутствовать. Снимаемой с выхода элемента 7 задержки (фиг.1) задержанный опорный импульс U(фиг.2 и 3), фазу .поступает на ОДИН ИЗ входов элемента 6 совпадения, на второй вход которого поступает сформированный фазосдвигаю1цим элементом 4 и инв.ертированный С , помощью элемента 8 ИЛИ-НЕ (фиг.1) импульс Уд|(фиг.2). При одновременном присутствии на входах элемента 6 совпадения импульсов U-f и и 0 на его выходе образуется сигнал и,(фиг.2). Сигнал с выхода элемента 6 совпадения поступает на второй вход триггера 5 с раэдельным . запуском, переключая его в такое состояние, при котором с одного из егсГ выходов снимается разрешающий сигнал и5(фиг.З), поступающий на один из входов элемента 9 совпадения. а с другого-,вь1хрда триггера 5 снимается запрещающий сигнал и(фиг.З), поступаняций на один из входов элемента 10 совпадения. При этом импульс ) с выхода дополнительного фавосдвигающего элемента 11 через открытый элемент 9 совпадения поступает на первый вход дополнительного триггера 12 с раздельным запуском. До тех пор, пока триггер 5 остается в первоначальном устойчивом состоянии на в.тором входе триггера 12 с раадельным запуском сигнал U,, отсутствует. Сигнал с выхода элемента 9 совпадения, поступающий на вход триггера . 12с раздельным запуском поддерживает его в таком состоянии, при котором с одного из его выходов снимается разрешающий сигнал , (фиг.2 i поотупаюрц1Й на один из входов элемента 14 совпадения, а с выхода снимается запрещакяций сигнал .2), поступающий на один из входов элемента I 5 совпадения (фиг.1). Импульсы с. выхода фазосдвиганщего элемента 4 через открытый элемент 14 совпадеш1Я, распределитель 17 импулы сов, блок 18 усилителей поступают на первую, ступень преобразователя 19, регулируя фазу открытия тиристоров в плечах зтой ступени. Импульсы U с выхода фазосдвигакицего элемента 16 через закрытьй элемент 15 совпадения на вторую ступень преобразователя при этом не проходят. По мере увеличения напряжения управления, фаза сСрдр импульсов U с выхода фазосдвигающего элемента 4 уменьшается. Однако пока выполняется HepaBeHCTBOdlop d..2. продолжается регулирование первой ступени преобразователя,- так как на входы элемента 3 совпадения импульсы U-2 и Уд все еще поступают неодновре менно. При этом на выходе элемента совпадения 3 сигнал отсутствует и триггер 5, а, следовательно, и триггер 12 продолжают оставаться в прежнем состоянии. Пpиdper-.ion(.З) инвертированный опорный импульс Uj с выхода элемента 2ИЛИ-НЕ и импульс U4 с выходу фазосдвигающего элемента 4 одновременно поступают на входы элемента 3 совпадения. При этом на выходе элемента 3совпадения появляется сигнал Ug (фиг. З), опрокидывающий триггер 5 в такое состояние, при котором с одного из его выходов снимается запрещаклции сигнал US(Поступающий на один ИЗ входов элемента 9 совпадения, а с другого выхода триггера 5 снимается разрешающий сигнал Uj- , (фиг. 3), поступающий на один из входов элемента 10 совпадения. При этом импульс и с выхода дополнительного фаэосдвигающего элемента 11 через закрытый элемент 9 совпадения не проходит на первый вход триггера 12 с раздельным запуском, а проходит через открытый элемент 10 совпадения на его второй вход и триггер 12 изменяет свое состояние. В этом состоянии с одного из выходов триггера. 12 снимается запрещающий сигнал ,, поступающий на один из входов элемента 14 совпадения, а с другого выхода триггера 12 снимается разрешающий сигнал Ujj поступающий на один из входов элемента 15 совпадения. Импульсы U4 с выхода фазосдвигающего элемента 4 через закрытый элемент 14 совпадения не проходят на первую ступень преобразователя 19, а импульсы Uy, с выхода фазосдвигающего 16 через открытый элемент 15 совпадения распределитель 17 импульсов и блок 18 усилителей поступают на управляющие электроды тиристоров второй ступени преобразователя 19, регулируя фазу открытия тиристоров в плечах этой ступени Таким образом, сигналы с.выходов дополнительного триггера 12 с раздельным запуском используются как команды для переключения ступеней многомостового тиристорного преобразователя 19, момент подачи которых определяется фазой сигналов U , формируемых дополнительным фазосдвигающим элементом 11. Путем изменения фазы сигналов U, переключение 11 ступеней преобразователя может быть осуществлено в момент времени, соответствующий любой фазе полупериода питающего преобразователь напряже-ния. На этом заканчивается процесс прямого перехода с предыдущей (первой) ступени регулирования на последующую (вторую ) ступень. Аналогично осуществляется прямой переход со второй ступени на третью, с третьей на четвертую и т.д. . В. связи с тем, что на выходе дополнительного фазосдвигакицего элемента 1 1 формируются импульсы , фаза которых соответствует необходимому в течение полупериода питакщего напряжения моменту переключения ступеней преобразователя и может не совпадать с моментом переключения триггера 5, переключение триггера 12 происходит только в момент поступления на его вход сигнала U с выходов соответствующих элементов 9 или 10 совпадения. Обратный переход, например, со второй ступени регулирования на первую осуществляется при уменьшении иапряения управления и увеличении сначаа фазы импульса Щ с выхода фазосдвигающего элемента 16 второй ступени преобразователя, а затем при дальнейшем уменьшении напряжения управления при увеличении фазые. импульс а U с выхода фазосдвигающего элемента 4 первой тупени преобразователя. ПокасАрр - сАопз 9 (фиг.2 и 3) будет продолжатся регули рование второй ступени преобразоват ля, так как триггер 5, а следовател но, и триггер 12 продолжают остава ся в состоянии опрокинутом сигналом и с выхода элемента 3 совпадения, поскольку сигнала U на выходе элемента 6 совпадения при этом не будет IIpHdppf- на входы элемента 6 сов падения поступают одновременно сигналы и и снимаемый при этом с его выхода сигнал Ug (фиг.2) возвратит триггер 5, а, следовательно и триггер 12 в первоначальное исходное состояние, позволяющее произнес ти обратное переключение преобразова теля с последующей (второй) регулируем ступени на предыдуиую (первую) ступень в момент соответствуимций фазе сигналов Щ с выхода дополнительного фазосдвигающего элемента П. В результате применения предлагае мого устройства расширяется диапазон работы переключающего устройства за счет введения в устройство дополнительных фазосдви ;ающего элемента, триггера с раздельным запуском и дву элементов совпадения, позволяющих обеспечить программное переключение ступеней преобразователя в моменты времени, соответствукщие любой фазе полупериода питающего преобразователя напряжения, а также предотвращается выход из строя (пробой) силовых тиристоров преобразователя за счет обеспечения более четкой подачи на него импульсов управления. Формула изобретения Устройство для переключения ступе ней многомостового тиристорного преобразователя, содержащее формирователь опорных импульсов, .выход которо го через один из логических элементов ШШ-НЕ подсоединен к одному из входов первого элемента совпадения, подключенного вторым входом к вы09ХОДУ фазосдвигающего элемента первой ступени преобразователя, а выход пер-. вого элемента совпадения подсоединен к одному из входов триггера с раздельным .запуском, вторым входом подсоединенного к выходу второго элемента совпадения, к одному из входов которого через элемент временной задержки подсоединен выход формирователя опорных импульсов,- а к второму входу второго элемента совпадения через другой логический элемент ИЛИ-НЕ подсоединен выход фазосдвигающего элемента первой ступени преобразова теля, выход последнего подсоединен также к одному -из входов третьего элемента совпадения, выход фазосдвигающего элемента второй ступени преобразователя подсоединен к одному из вхоров четвертого элемента совпадения, выходы третьего и четвертого элементов совпадения через радпределитепь импульсов и блок усилителей соединены с выводами для подключения к управляющим электродам силовых ти1 исторов, о тличаю.ш е ее я тем, что, с целью расширения диапазона работы, оно снабжено дополни- гельным фазосдвигающим элементом, пополнительным триггером с раздельtttiM запуском и двумя дополнительными элементами совпадения, к первым входам которых подсоединены соответствующие выходы триггера с раздельным запуском, к вторым входам - выход дополнительного фазосдвигающего элемента, а их выходы - к соответствующим входам дополнительного три ггера с раздельным запуском, подсоединенного выходами к вторым входам третьего и четвертого элементов совпадения. , , Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №1440283, кл. В 60L 9/13, 1969. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 88994, кл. Н 02 Р 13/16, 1976.

PTY TV OI21

Фut.}