Многоканальное устройство для управления реверсивным выпрямителем Советский патент 1982 года по МПК H02P13/24 

Изобретение относится к электротвг:нике к устройствам управлегшя стат ческими преобразователями : на управ ляемых вентилях, и может найти применение в различных электрических установках, например, в источниках питания, выполненных для питания электропривода постоянного тока металлорехсущего станка. Известно устройство для управления выпрямителем, содержащее нуль-орган, формирователь синхроимпульсов, синхро низирукхвдй трансформатор, формирователь и распределитель выходных сдвоенных импульсов управления 1. Недостатком устройства является сложность, относительно высокая мощность управления и невозможность устранения низкочастотных пульсаций выпрямленного тока при несимметрии на- пряжения сети. Наиболее близким к предложенному по технической сущности является многоканальное устройство для управления реверсивным выпрямителем, содержащее в каждом канале датчик несимметрии напряжения питающей сети, регулирующий элемент, фазоимпульсный блок. В этом Многоканальном устройстве для управления выпрямителем и исключения низкочастотных гармоник в выпрямленном токе добавляется к опорному сигналу или вычитается из него (в зависимости от асимметрии по знаку и величине) сигнал, пропорциональный асимметрии питающего напряжения, чем и исключаются низкочастотиэШ пульсации в вьтрямленном токе 2}. Недостатком данного устройства является большая мощность управления. Цель изобретения - уменьшение мощности управления и уменьшения пульсации выпрямленного напряжения и тока при полностью открытом выпрямителе и при несимметрии напряжений питающей сети. Поставленная цель достигается тем, что многоканальное устройство для vnравления реверсивным выпрямителем снабжено блоком сравнения, блоком определения/точки естественной коммутации, а рег пируемьй блок выполне в виде двух элементов И на базе тран зисторов разной проводимости, подклю ченных к линейному усилителю, причем входы блока определения точки естественной коммутации предназначены дл подачи соответствующего и опережающего напряжений, выходы подключены к первым йходам элементов И регулиру емого .блока, первый и второй входы блока сравнение предназначены для подключения опорного напрялсения и на дряжения управления, третий вход под ключен к выходу датчика несимметрии напряжения питающей сети, а выход ко вторым входам элементов И рег лируемрго блока. Па фиг. 1 приведена схема одного нала управления многоканального устр ства для управления реверсивным выпрямителем, на фиг. 2 - временные ди аграммы, поясняющие работу устройства при .амплитудной несимметрии питающего напряжения и среднем значении по модулю управляющего напряжения; на фиг. 3 - временные диаграммы, поя сняющие работу устройства при амш1И тудной несимметрии питающего напрянсения и максимальном по модулю управ ляющем напряжении; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства при амплитудной и фазовой несимметрии питающего напряжения и максимальном по модулю управляющем напряжении при синусоидапьном опорном напряжении. Многоканальное устройство для управления реверсивным выпрямителем 1 с совместным управле1шем группами вентилей 2 и 3, подсоединенными к нагрузке 4, содержит в каждом кана ле управления датчик несимметрии 5 напряжения питающей сети, подключеннь1й к блоку сравнения 6 опорного напряжеш1я с напряжением управления, связанного с регулируемым элементом 7, выход которого подсоединен к фазо импульсному блоку 8, дополнительно введенный блок определения точки естественной коммутации 9 подключен к одному из входов регулируемого блока 7 постояцего из двух элементов И 10 на базе транзисторов разной проводимости линейного усилителя 11, связан ного выходом со входом фазоимпульсного блока 8, выходы которого подсое динены к управляющим электродам 12 и 13 вентш1ей 14 и 15 соответственно одной фазы реверсивного выпрямителя 1 . Работа многоканального устройства для управления реверсивным выпрямителем с совместным управлением груп- пами вентилей., подсоединенных к нагрузке (фиг. 1).рассмотрим при четырех режимах его работы: при симметричном напряжении питания; при амплитудной кесимметрии напряжения и среднем значении по модулю напряжения управления} при амплитудной несимметрии напряжения и максимальном значении по модулю напряжения управления ; при. амплитудной и фазовой несимметрии напряжения и максимальном значении по модулю два напряжения управления при синусоидальном опорном напряжении. При симметричном (неискаженном) напряжении в сети (первый режим) на выходе датчика несимметрии 5 (фиг. 1) в каждом из каналов управления отсутствует какой-либо потенциал и многоканальное устройство работает как обычные известные фазосдвигаклцие устройсгва. Рассмотрим данный режим работы одного канала уйравления многоканального устройства на неискаженную фазу В (фиг. 2). При подаче на вход блока сравнения 6 напряжения управления происходит его сравнение с треугольным стабилизированным напряжением (см. фиг. 26, фаза в). В момент сравнения напряжения управления и опорного напряжения происходит реверсирование выходного напряжения блока сравнения 6, которое затем поступает на один из входов регулируемого блока 7, т.е. на базы транзисторов прямой и обратной проводимостей элементов И - 10. На другом входе регулируемого блока 7, а именно на базах других транзисторов прямой и обратной проводимостей элементов И - 10 присутствует ранее поданное напряжение, разрешающее прохождение импульса управления на линейньп усилитель II (см. фиг. 2в для фазы в). Напряжение разрешения прохождения импульса управления на линейный усилитель 11 вырабатывается блоком определения естественной коммутации 9, собранным на усилителе по дифференциальной схеме, на один из входов которого поступает синхронное напряжение той фазы (в) выпряш1теля 1, которая вступает в работу, а на другой вход поступает напряжение предыдущей фазы (оканчивающей работу фазы л). Тем самым обеспечивается разрешение прохождеш1Я импульсов управления только в интервале от точки естественной коммутации положительного значения напряжения .до точки естественной коммутации отрицательного значения напряжения сети. При поступлении на вход усилителя 1I, вы полненного с зоной нечувствительности, сигнала управления определенного знака, он переключается скачком и на его выходе появляется сигнал с крутым фронтом, ко -орый далее поступает на фазоимпульсный блок 8, в котором осуществляется дифференцирование фронта сигнала (фиг, 2г для фазы в) и подача его на тот транзис тор, которьп открывается от данной полярности дифимпульса до насыщения (транзистор работает в ключевом режиме) . Протекающий кратковременно ток, например, через транзистор .с прямой проводимостью трансформируется на управляющий электрод 12 вентиля 14 выпрямителя 1 (см. фиг. 2д для фазы в), чем и осуществляется подключение напряжения очередной фазы к нагрузке 4. При противоположной полярности дифимпульса в фазоимпульс ном блоке 8 открывается транзистор с обратной проводимостью и импульс включения поступает на управляющий электрод 13 вентиля 15 выпрямителя 1,сЧем осуществляется подключение фа зового напряжения другой полярности к нагрузке 4. Допустим, напряжение в фазе А пон зилось, а в фазе С увеличилось (см. осциллограммы на фиг. 2а, изображен4ОЛВ СПЛОШНОЙ линией ). При этом синх ронизированное с сетью напряжение по дается на вход датчиков несимметрии 5, где оно сравнивается с эталонными стабилизированными напряжениями, В зависимости от того, насколько снизилось (увеличилось) напряжение в фазе, датчик несимметрии 5 вырабатывает сигнал, пропорциональный величине несимметрии со знаком минус (или плюс соответственно), который поступает на вход блока сравнения 6, где осуществляется его алгебраическое суммирование с опорным напряжением, чем и вырабатывается поправка к сигналу управления со сних енным (или увеличенным) анодным напряжением. Пр подаче на блок сравнения 6 напряжения управления при среднем его значе1ши по модулю (фиг. 2б во втором режиме) блок сравнения 6 осуществляет алгебраическое суммирование опорного сигнала (изображенного сплошной линией на фиг. 26) с сигналом поправки, вырабатываемого датчиком несимметрии 5. Результирующее напряжение (изображенное пунктирной линией на фпг,2б) сравнивается с сигналом управления. Далее сигнал, вырабатываемьй блоком сравнения 6, поступает на одни из входов элементов И 10, на вторых входах которых уже находится импульсное на- пряжешге этой же полярности, вырабатываемое блоком определения точки естественной коммутации 9 (см. фиг. 2в). В результате этого импульс управлений проходит на усилитель II. Далее схема работает аналогично тому, как описано при симметричном режиме (диаграммы, поясня1ячие работу устройства в этом режиме, приведены на фиг. 2). При подаче на блок сравнения 6 напряжения управления при максимальном его значении по модул1э в третьем режиме работы (фиг. Зб) орган сравнения осуществляет алгебраическое суммирование опорного сигнала, сигнала поправки (суммарное напряжение которых изображено Пунктирной линией на фиг. Зд), вырабатываемого датчиком несимметрии 5с сигналом управления. Далее сигнал, вырабатываемый блоком сравнения 6, поступает на один из входов элемента И - 10, на втором входе которого отсутствует импульсное (напряжение разрешения прохождения сигнал управления) напряжение этой же полярности, так как точка естественной коммутации смещена в сторону отставания (см. пунктиром отмеченную точку естественной коммутации изобрах енную на фиг. Зв для фазы Л). Как только импульс, вырабатываемый блоком определения точки естественной коммутации 9, соответству- такой хе полярности что и импульс с блока сравнения 6, поступает на элементы Н - 10, осуществляется пропуск импульсного сигнала управления на входы усилителя 11 (см. фиг. Зв для фазы А). Далее схема работает аналогично тому, как описано при симметричном режиме, а диаграммы, поясняющие работу устройства в этом режиме, приведены на фиг. 3. На фиг. 4 приведены диаграммы многоканального устройства для управзначении по модулю сигнала управления в четвертом режиме работы),, имеющая синусоидальное опорное напряжение, си}гх:роиизированное с каждой из фаз питающего напряжения выпрямителя. В данном устройстве необходимость в дат чике несимметрии отпадает, так как сдвиг углов управления при искажениц питаютем напряжении в сети осуществляется автоматически в результате синхронизации опорного нaпpяжefшя с сетью как по амплитуде, так и по фазе В остальном данное устройство работает аналогично известному, а при фазовом искажении в питающей сети (см, фиг. 4 в фазе С) работу устройства поясняют диаграммы, приведенные на фиг. А. На фиг. 4 приведены идеализированные диаграммы выпрямленного напряжения e(t) при значительных искажениях напряжения в сети. Из осциллограмм видно, что даже при таких значительных искажениях в сети площадь выпря- 25 при мленного напряжения за один интервал проводимости вентиля в из фаз питающего напряжения поддерживается примерно равной, а следовательно, и выпрямленный ток выпрямителя 1 в нагрузке 4 (фиг. 1) имеет минимальные низкочастотные гармоники, а пропуск управления в одном из периодов в питающем напряжении исключен. Исключение пропуска управления в одном из периодов питающего напряжения сни жает вероятности появлеь ия в выпрямителе аварийных процессов, например прорыва инвертора. При значительном смеще1ши точки естественной коммутации (например, при фазовом и амплитудном искажении в сети, одновременно см. фиг. 4) импульс управления для фазы А для наде ного включения вентиля в фазе А удается уменьщить по ширине примерно с 50-зл. град, до 8-12 эл. град., что позволяет снизить мощность выход ных каскадов многоканального устройства управления реверсивным выпрямителем примерно в пять раз. Снижение низкочастотных гармоник в вьшрямленном напряжении выпрямитесети при использовании такого многоканального устройства для управления выпрямителем реверсивного электропривода подачи металлорежущего станка позволяет значительно повысить качество обработки изделий, особенно на высоких скоростях обработки. Формула изобретения Многоканальное устройство для управления реверсивным выпрямителем, содержащее в каждом канале датчик несимметрии напряжения питающей сети, входы которого предназначены для подключения зталонного и соответствующего напряжений сети, регулируе я.1Й блок, выход которого .подключен ко входу фазосдвигающего блока, отличающееся тем, что, с целью снижс:шя мощности управления и уменьшения пульсации выпрямленного напряжения и тока полностью открытом выпpя Iитeлe и При несимметрии напряжений питающей сети, оно снабжено блоком сравнения, блоком определения точки естественной коммутации, а регулируемый блок выполнен в виде двух элементов И на базе транзисторов разной проводимости, подключенных к линейному усилителю, причем входы блока определения точки естественной коммутации предназначены для подачи соответствующего и опережа1эщего напряжений, выходыподключенЬ к первым входам элементов И регулируемого блока, первый и второй входы блока сравнения предназначены для под1слючения опорного напряжения и напряжения управления, третий вход под1шючен к выходу датчика несимметрии напряжения питающей сети, а выход - ко входам вторым входам элементов И регулируемого блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ситник Н.Х. Силовые кремниевые блоки. М., Энергия, 1972, с. 23-28. 2.Авторское свидетельство СССР № 696588, кл. Н 02 Р 13/24, 1978.