Реверсивный тиристорный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК H02M7/12 

1

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике, в частности к реверсивным тиристорным преобразователям многофазного переменного напряжения в регулируемое выпрямленное напряжение, и может быть использовано в электроприводах подач металлорежущих станков.

Известен тиристорныйреверсивный преобразователь, содержащий последовательно соединенные интегральный усилитель, систему импульсно-фазового управления, тиристорный преобразователь, включающий нереверсивную группу тиристоров, контактный реверсор с системой логического переключения полярности напряжения и нагрузку 1.

Однако при контактном реверсировании тока в цепи нагрузки невозможно переключение полярности напряжения, прикладываемого к цепи нагрузки при больших значениях выпрямленного тока. Реверсирование тока производится при токе в нагрузке, равном нулю, что Затрудняет получение высокого быстродействия реверсивного тиристорного преобразователя.

Известны также схемы реверсивных тиристорных преобразователей, содер жащих две группы тиристоров с согласованным совместным управлением, работающих на обгцую нагрузку, и дроссели, ограничивающие уравнительные токи между мостами 2.

Использование такого преобразователя позволяет получить несколько более высокие динамические показатели, чем в преобразователе с кон10тактным реверсором,: но такой преобразователь обладает значительными потерями энергии из-за наличия уравнительных токов, достаточно высокими массогабаритными показателями,

15 кроме того,в нем невозможно полу чение полосы пропускания частот (при болыпой амплитуде) входного гармонического воздействия, превышающей частоту сети.

20

Известны реверсивные тиристорные преобразоратели, содержащие две группы тиристоров, включенные через две обмотки дросселя встречно-параллельно и связанные с выходными выводами,

25 последовательно включенные интегральный усилитель, систему 1импульонофазового управления и блок переключения, два выхода которого соединены с управляющими .электродами соответ30ствуюсдих групп тиристоров, и блок логики, один вход которого подключен к выходу интегрального усилителя, второй вход - к датчику тока преобразователя, включенного в цепь, соединяющую группы тиристоров со входными выводами, а выход подключен овторому входу блока переключения 3 Однако известный преобразователь обладает низким быстродействием изза неполной управляемости Т1 ристоров Целью изобретения является повышение быстродействия. Поставленная цель достигается тем что преобразователь дополнительно снабжен последовательно соединенными блоком дифференцирования, блоком не линейного коэффициента передачи, бло ком формирования зоны нечувствитель ности, блоком формирования управляющих импульсов и блоком коммутации, причем вход блока дифференцирования подключен к выходу интегрального ус лителя, а выход коммутации соединен с дополнительной обмоткой упомянутого дросселя, а также блоком модул с зоной нечувствительности, включен ного между выходом интегрального усилителя и вторым входом нели нейного коэффициента передачи. Па фиг. 1 приведена принципиальная схема реверсивного тиристорного преобразователя, выполненного по нулевой схеме выпрямления; на фиг.. 2 - то же, преобразователя, выполненного по мостовой схеме выпрямления; на фиг. 3 - временные диаграм мы, поясняющие работу реверсивного тиристорного преобразователя с раздельным управлением группами тиристоров, собранного по нулевой схеме выпрямления. Реверсивный тиристорный преобразователь (фиг.1) содержит блок 1 коммутации, KL-нагрузку 2, подсоединенную одной клеммой к нулю преобразователя 3, а другой - к средне точке обмотки 4 дросселя 5, концы которой связаны с анодной 6 и катод ной 7 группами тиристоров преобразо вателя 3, подсоединенного к последо вательно включенным блоку 8 переключения групп тиристоров, системе 9 импульсно-Лазового управления и интегральному усилителю 10. Выход последнего подключен к блоку 11 логики, причем другой вход блока 11 логики и вход блока i коммутации соединены со входом преобразователя 3, дроссель 5 снабжен дополнительно обмоткой 12, которая через блок 1 коммутации связана с последовательн соединенными блоком 13 формирования управляющих импульсов, блоком 14 формирования зоны нечувствительност блоком 15 нелинейного коэффициента передачи, блоком 16 дифференцирования, вход которого и вход блока 17 модуля подключены к выходу интеграл ного усилителя 10, причем выход блока 17 модуля связан с управляющим , входом блока 15 нелийнейного коэффициента передачи. Реверсивный тиристорный преобразователь имеет четыре режима работч. Первый режим характеризует работу силового реверсивного тиристорного преобразователя с раздельным управлением группами тиристоров при малых амплитудах входного сигнала, т.е. тогда, когда реверсивный тиристорный преобразователь минимальную временную задержку на переключение групп тиристоров и когда преобразователь может пропускать частоту входного сигнала, вплоть до граничной частоты, определяемой по теореме Котельникова:где m - количество фаз преобразователя ; круговая частота сети. Второй режим характеризует работу -реверсивного тиристорного преобразователя при большой амплитуде входного сигнала управления, но со скоростью его изменения, не превышающей критическую, равную частоте сети. Третий режим характеризует работу реверсивного тиристорного преобразователя при большой амплитуде входного сигнала управления, т.е. тогда, когда реверсивными тиристорный преобразователь пропускает частоту входного сигнала, превышающую частоту сети. Четвертый режим характеризует работу реверсивного тиристорного преобразователя при средней амплитуде входного сигнала управления, т.е. тогда, когда преобразователь еще не может пропускать частоту входного сигнала, превышающую частоту сети. Работа преобразователя в каждом режиме осуществляется следующим образом. В первом режиме при подаче на вход интегрального усилителя 10 сигнала управления с малой амплитудой происходит его усиление интегральным усилителем 10. Сигнал, снимаемый с выхода интегрального усилителя 10, поступает на систему 9 импульсно-фазового управления и на блок 11 логики. С выхода системы 9 импульсно-фазового управления импульсы управления поступают на блок 8 переключения групп тиристоров, который в зависимости от сигнала, снимаемого с блока 11 логики, подключает анодную б или катодную 7 группу тиристоров к нагрузке 2, При подключенной к нагрузке 2 анодной 6 группе тиристоров выпряглленный ток протекает по цепи: ноль преобразователя 3 - RL-нагрузка 2 - средняя точка обмотки 4 дросселя 5 - анодная группа 6 тиристоров - вход преобразователя 3. При подключенной к нагрузке 2 катодной 7 группе тиристоров выпрямленный ток протекает по цепи: вход преобразователя 3 - катодная группа 7 тиристоров - начало обмотки 4 дросселя 5 - RL-нагрузка 2 ноль преобразователя 3. Блок 11 логики при реверсе сигна ла управления обеспечивает задержку на переключение групп тиристоров преобразователя 3, необходимую для спадания тока в работающей группе тиристоров до нуля восстановления запирающих свойств тиристоров преобразователя 3. Во втором режиме при подаче сигн ла управления с большой амплитудой и со скоростью изменения, равной ча тоте сети, реверсивный тиристорный преобразователь работает по описанной схеме, а вйпрямленное напряжени реверсируется по отрезку синусоиды напряжения. Осциллограмма реверса выпрямленного напряжения при этом режиме показана штрихпунктирной линией на фиг. За. Ток нагрузки 2 про текает по цепям, указанным в первом режиме работы преобразователя. В Т ретьем режиме работы при скорости изменения управляющего сигнала Uy с амплитудой , превышающей кри тическую скорость изменения управля ющего сигнала (фиг.Зв), определяемого по приведенному выражению, дополнительно вступают в работу последовательно соединенные блок 16, дифференцирования, блок 15 нелинейного коэффициента передачи, блок 14 формирования зоны нечувствительност формирователь 13 управляющих импуль сов, блок 1 коммутации, обмотка 12 дросселя 5. Блок 16 дифференцирован измеряет скорость изменения управля ющего сигнала и подает. свой,выходнр сигнал (фиг.Зг) на блок 15 нелинейного коэффициента передачи, коэффициент передачи которого при максимальных по амплитуде входных сигналах минимален. Сигнал, снимаемый с выхода блока 15 нелинейного коэффициента пере- дачи, подается на блок 14 формирова ния зоны нечувствительности, не про пускающей на выход сигналы, скорост изменения которых меньше критической, определяемой по приведенному выражению. После прохождения сигнал через блок формирования зоны нечувс вительности он поступает на вход блока 13 формирователя управляющих импульсов (фиг.Зд), где формируется сигнал подключения блока 1 коммута ции (фиг. За) к обмотке 12 дросселя 5. В результате этого в обмотку 12 поступает мощный импульс тока, который, трансформируясь в обмотку 12 дросселя 5, кратковременно обесточивает цепь для протекания выпрямленного тока, чем и обеспечивается закрытие тиристоров в работающей группе тиристоров преобразователя 3. Осциллограммы реверса выпрямленного напряжения и тока изображены на фиг.За и 36 соответственно. Как видно из фиг.1, протекающий через обмотку 4 дросселя 5 ток создает одно и то же направление потока в дросселе 5, независимо от направления тока нагрузки 2. Это обстоятельство позволяет создать блок 1 коммутации с одной выходной обмоткой 12 дросселя 5, в которой импульсы отключения групп тиристоров имеют только одну полярность. в четвертом режиме работы при скорости изменения управляющего сигнала Uy со средней амплитудой, превышающей критическую скорость изменения управляющего сигнала, (в отличие от третьего режима) дополнительно вступает в работу блок 17 модуля. Как известно, производная сигнала управления зависит как от амплитуды, так и от частоты входного сигнала, а величина производной на выходе блока 16 дифференцирования при одной и той же частоте, но при разных амплитудах уптравляющего воздействия, будет отличаться в непропорциональной зависимости . Для исключения этого явления вводится блок 15 нелинейного коэффициента передачи, который как бы линеаризует данную особенность дифферен-цирования, т.е.при малом по амплитуде управляющем сигнале коэффициент передачи блока 15 нелинейной передачи будет несколько выше, чем при большом. Блок 17 модуля выполнен с зоной нечувствительности для того, чтобы малый по амплитуде сигнал управления не усиливался блоком 15 нелинейного коэффициента передачи и задерживался блоком 14 формирования зоны нечувствительности. Такое выполнение блока 17 модуля сделано в связи со спецификой работы преобразователя,заключающейся в том,что во-первых,при малых амплитудах управляющего сигнала пре-« образователь может пропускать частоты (выше,чем частота сети),вплоть до частоты, определяемой по теореме Котельникова,во-вторых,использование принудительного гашения тиристоров в области малых ( прерывистых токов, когда интервал проводимости тиристора может быть меньше паузы) токов нагрузки, когда временная задержка на реверс преобразователя достаточно мала, неэффективно, так как не удается ощутимо повысить быстродействие преобразователя 3. В остальном реверсивный тиристор ный преобразователь работает аналогично тому, как описано р третьем режиме. Обмотки дросселя 5 включены так, что при возникновении аварийно режима, например короткого замыкани между фазами групп тиристоров, инду тивность обмотки 4 дросселя 5 увели чивает время нарастания тока короткого замыкания и позволяет также эффективно отключать преобразовател по цепи управления через дроссель 5 независимо от направления тока в нагрузке. Отличие силовой схемы реверсивно тиристорного преобразователя, выпол ненного по мостовой схеме выпрямления (фиг.2 ), состоит в том, что) дроссель Ь содержит три обмотки, т. ранее используемая обмотка 4 ( в ну левой схеме Преобразователя 3, фиг. разделена пополам (обмотки 4-1 и 4-2). Полуобмотки подключены между выходами анодной 6 и катодной 7 гру пы тиристоров,, а RL-нагрузка 2 подключена между концами этих полуобмоток и другими выходами катодной 7 и анодной групп тиристоров.Такое включение (фИ1.2) полуобмоток обмот ки 4 обеспечивает нереверсивное выполнение блока коммутации. Разнесение полуобмоток выполнено для того, чтобы можно было отключить преобразователь в аварийных режимах (например, при коротком замыкании межд фазами разных групп тиристоров) по цепи управления. На фиг.За приведены адеализированные диаграммы изменения ЭДС е (t) реверсивного тиристорного преобразователя 3 (фиг,1), изображенные сплошными линиями при максимальном значении управляющего сигнала и его скачкообразном реверсировании. Области, заштрихованные косыми линиями и ограниченные штрих пунктирными линиями, характеризуют появление зоны неуправляемости преобразователя (временная задержка в преобразователе), когда включенный последним тиристор пропускает ток ЭДС сети и ЭДС самоиндукции нагрузки в то время, как сигнал управления сменил скачком знак (фиг.Зв). Эта временная задержка не обходима для спадания тока в нагруз ке, она не позволяет включить другой мост из-за возможности возникновения короткого зa ыкaния между группами тиристоров. Из ocдиллoгpa п I (фиг. За,б) видно что предлагаемое устройство реверсивного тиристорного преобразователя позволяет уменьшить до минимума задержку на реверс преобразователя с одной полярности на другую в момент мгновенного реверса сигнала управления, чем и обеспечивается увеличение быстродействия. Формула изобретения Реверсивный тиристорный преобразователь, содержащий две группы тиристоров, включенные через две обмотки дросселя встречно-параллельно и связанные с выходными выводами, последовательно включенные интегральный усилитель, систему импульсно-фазового управления и блок переключения, два выхода которого соединены с управляющими электродами соответ ствуюиих групп тиристоров, и блок логики, один вход которого подключен к выходу интегрального усилителя, второй вход - к датчику тока преобразователя, включенного в цепь, соединяющую группы тиристоров со Входными выводами, а выход подключен ко второму входу блока переключения, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, он дополнительно снабжен , последовательно соединенными блоком дифференцирования, блоком нелинейного коэффициента передачи, блоком формирования зоны нечувствительности, блоком формирования управляющих импульсов и блоком к оммутации, причем вход блока дифференцирования подключен к выходу интегрального усилителя, а выход блока коммутации соединен с дополнительной обмоткой упомянутогчэ дросселя, а также блоком модуля с зоной нечувствительности, включенного между выходом интегрального усилителя и вторым входом блока нелинейного коэффициента передачи. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Солодухо Я.Ю. и др. Электроприводы с реверсорами. М., Энергия, 1977, с.39. 2.Данюшевская Е.Ю. Тиристорные реверсивные электроприводы постоянного тока. М., Энергия, 1970, с,6. 3.Труды У1 Всесоюзной конферен-: ции по автоматизированному электроприводу. М., Энергия, 1977, с. 290.