Система управления тиристорным автономным инвертором с промежуточным звеном высокой частоты Советский патент 1982 года по МПК H02P13/18 

(5) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ АВТОНОМНЫМ ИНВЕРТОРОМ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ЗВЕНОМ

1

Изобретение относится к преобразовательнор технике и может быть использовано в тиристорных устройствах для частного управления асинхронными двигателями, а также для бортовых систем .энергоснабжения, обладающих малыми весами и габаритами.

В качестве силовой схемы автономных тиристорных инверторов в большин.твё случаев применяют трехфазные мостовые схемы 1 .

Однако если наряду с регулированием выходного напряжения и частоты необходимо проводить согласование величины напряжения источника питания инвертора и величины напряжения источника питания инвертора и величины напряжений, формируемого на нагрузке, при уменьшенных весога баритнмх показателях устройства, целесообразно применение инвертора с промежуточным звеном высокой частоты, состоящим из однофазного мостового высокочастотного инвертора, трансформатора и тирисВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

торного коммутатора. Для управления инвертором по указанной силовой схеме целесообразно применять ШИМ путем формирования полуволны выходного напряжения из одинаковых по длительности прямоугольных импульсов, длительность которых равна длительности импульсов управления С2 .

Наиболее близкой к-предлагаемой является система управления автоном10ным инвертором, реализующая ШИМ, которая осуществляет дискретное увеличение отношения несущей частоты следования импульсов управления к выходной частоте инвертора в диапазоне ниж15них частот инвертора по сравнению с верхними. Указанная система управления автономным трехфазным тиристорным инвертором, выполненным по трехфазной 2(j схеме, содержит задающий генератор, подключенный к делителю частоты с промежуточными выходами, выход которого подключен к пересчетной схеме с формирователями модулирующих сигналов для 397 катодной и анодной группы тиристоров каждой фазы, блок переключения несущих сигналов, содержащий одновибратор ко входам которого подключены вход задающего генератора и выходы делителя частоты, а также формирователи широких и коротких импульсов управления тиристорами, содержащие схемы И Недостатком известной схемы управления является то, что она не обладает необходимыми функциональными возможностями для управления автономным тиристорным инвертором с промежуточным звеном высокой частоты, состоящим из однофазного мостового высокочастотного инвертора, трансформатора и тиристорного коммутатора с датчиками тока. Цель изобретения - расширение фун циональных возможностей. Для достижения поставленной цели системе управления тиристорным автономным инвертором с промежуточным зве ном высокой частоты, состоящим из од нофазного мостового высокочастотного инвертора, трансформатора и тиристорного коммутатора с датчиками тока, содержащей задающий генератор, подклю ченный к делителю частоты с промежуточными выходами, выход которого подключен к пересчетной схеме с формирователями модулирующих сигналов для катодной и анодной групп тиристоров коммутатора каждой фазы, блок переключения тактирующих сигналов, содержащий одновибратор, к входам которого подключены вход задающего генератора и выходы делителя частоты, а так же формирователи широких и коротких импульсов управления тиристорами, содержащие схемы И, к входам схем И формирователей широких импульсов управления тиристорами высокочастотного инвертора подключены выходы одновибратора и единичный инверсный выход триггера, вход которого совместно с входом первого формирователя коротких импульсов управления высокочастотным инвертором подключен к выходу блока переключения тактирующих сигналов, а входы двух других форми.рователей коротких импульсов управления тиристорами высокочастотногр ин вертора подключены к второму одновибратора через две последоватб . льно включенные линии задержки, при этом с входами схем И формирователей широких импульсов управления тиристо ного коммутатора связаны выходы схем 94 ИЛИ, формирующих модулирующий сигнал анодной или катодной группы данной фазы коммутатора, первый выход одновибратора и единичный инверсный выход триггера, а к входам схем И каждого формирователя узких импульсов управления тиристорного коммутатора подключены выходы индикаторов направления тока данной фазы, второй выход одновибратора и инверсный единичный выход триггера. На фиг. 1 приведена силовая схема автономного тиристорного инвертора с промежуточным звеном высокой частоты; на фиг. 2 - блок-схема предлагаемой системы управления инвертором; на фиг. 3 - временная диаграмма сигналов предлагаемой системы управления. Автономный тиристорный инвертор (фиг. 1) состоит из промежуточного звена высокой частоты, включающего силовые тиристоры 1-А, обратные диоды , коммутирующие тиристоры соответственно для коммутации катодных и анодных групп 9 и 10, диоды 11 и 12, коммутирующие дроссели 13 и 14, коммутирующий конденсатор 15. Трансформатор 16 содержит обмотку 17, подключенную к выходу звена высокой частоты, а также обмотки 18-23, К которым подключен тиристорный коммутатор, состоящий из тиристоров 2435, трехфазной нагрузки 36-38, включенной в звезду и датчиков направления тока и усилителей их сигналов, соответственно 42-44. Блок-схема предлагаемой системы управления инвертором (фиг. 2) содержит задающий генератор 45, делитель частоты 46, представленный в виде трех последовательно включенных тиристоров 47-49, пересчетную схему (регистр сдвига) 50 с формирователями модулирующих сигналов для анодной и катодной группы тиристоров каждой фазы (схемы ИЛИ 51-56), блок 57 переключения тактирующих сигналов, в состав которого входят полупроводниковые реле 58 и 59, выходы которых подключены к управляющим входам двух групп-ключей 60 и 61 и 62, 63, схема ИЛИ 64, к входу которой непосредственно подключен конечный выход делителя частоты и его промежуточные выходы через ключи 60 , а также одновибратор б5, первый вход которого соединен с выходом блока через линию задержки 66, а второй и третий к выходам ключей б2 и 63, блок 67 управления однофазным высокочастотным инвертором, состоящий из триггера 68, двух формирователей широких импульсов управления 69 70 с включенными на их входах схемами И и трех формирователей коротких импуль-5 сов управления , из которых два

Последние включены через последовательно включенные линии заДержки 7б-77,

идентичные блоки 78-83 формирователей широких и коротких импульсов управле- 10 ния анодных и катодных групп тиристоров коммутатора с включенными на их входах схемами И.

Предлагаемая система управления тиристорным автономным инвертором рабо- $ тает следующим образом.

Задающий генератор 5 формирует последовательность импvльcoв, которая поступает на делитель частоты +6, Делитель частоты, в свою оМередь, форми-зд рует три последовательности импульсов с частотой 2kf, 12f, 6f, (где f - выходная частота инвертора), которые представлены соответственно на фиг. 3 -. б, в. Импульсы с выхода делителя тоты k6 с частотой 6 f поступают на шестиячейковый регистр сдвига, на выходах которого включены шесть схем формирователей модулирующих сигналов 51 56. На выходах схем ИЛИ формируется зо трехфазная система напряжений, сдвинутых между собой на 120°. На фиг. Зг, д, е приведены модулирующие напряжения на выходах нечетных схем ИЛИ. Со- , ответствующие модулирующие напряжения jj на выходах четных схем ИЛИ находятся в противофазе приведенным напряжением.

Конечный выход делителя частоты 6f и его промежуточные отводы 12f и 40 2kf подключены к входу схемы ИЛИ 6 блока переключения тактирующих сигналов. При этом в верхнем диапазоне частот реле 58 и 59 замкнуты, промежуточные выводы делителя частоты зашунтированы и на вход схемы ИЛИ б поступают только импульсы с частотой 6f., в среднем диапазоне частот замкнуто только реле 59 и на вход схемы ИЛИ б поступают импульсы с частотой 6f, 12f, -. в нижнем диапазоне частот разомкнуты оба реле 58 и 39 и на вход схемы ИЛИ 6 поступают импульсы с частотой 6f, 12f, Ztf. Если первая группа ключей 60 и 61 контролирует частоту импульсов, снимаемых с выхода схемы ИЛИ 6k, то другая группа ключей 62, 63 изменяет длительность несущих сигналов, ормируемых одновибратором б5.

Для примера рассмотрим работу схемы управления в диапазоне средних частот, соответственно которому приведены графики на фиг. 3. В этом случае с выхода блока переключения тактирующих сигналов 67 (выход схемы ИЛИ 6) выходные импульсы с частотой 12f поступают на блок управления высокочастотным инвертором, а именно на формирователь коротких импульсов 73, на триггер, а также на частотный вход одновибратора через линию задержки 66 Графики напряжений на одном из выходов триггера U 68 и на первом выходе одновибратора U б5 приведены на фиг, 3, 3.

Триггер 68 и одновибратор б5 управляют непосоедственно работой схем совпадения 71, 72, На выходе которых включены формирователи широких импульсов 69, 70, осуществляющие управление силовыми тиристорами 1, k и 2, 3 высокочастотного инвертора. По второму выходу одновибра1|6ра формируется импульс, соответствующий заднему фронту напряжения, снимаемого с одновибратора, который через линию задержки .76 поступает на формирователь коротких импульсов 7, через 77 поступает на 75- Таким образом, на выходах б9, 70, 7 и 75 формируется необходимая последовательность широких и коротких импульсов, необходимых для управления однофазным высокочастотным ин;вертором, который формирует прямо.угольное напряжение с нулевой паузой.

При этом длительность сигнала каждои из линии задержек 66, 71, 76 должна соответствовать времени восстановления тиристоров, используемых в инверторе. На фиг. 3« приведено напряжение U76, формируемое линией 7б. На фиг. Зк приведено напряжение и., формируемое на выходе высокочастотного инвертора, где указана диаграмма вкж)чения силовых тиристоров , Из нее следует, что во время формирования нулевых пауз по истечении времени восстановления тиристоров k или 2 осуществляется запуск анодной пары силовых тиристоров 1 и 3с целью закорачивания первичной обмотки трансформатора по контуру 17-1 7, либо . благодаря чему независимо от параметров нагрузки и направления токов возврата реактивной энергии из нагрузки в источник, на нагрузке формируется нулевое напряжение.

Работу пофазных групп формирователей импульсов управления тиристорным коммутатором 78-8} рассмотрим на примере блоков 73-79, осуществляющих формирование напряжения на нагрузке Зб 5 с помощью тиристоров (фиг. 1)/ В состав блоков 78 и 79 входят схемы совпадения И 84-91, из которых управляют формирователями широких импульсов управления 92-95 а 88-91 - О формирователями коротких импульсов управления 96-99. Первые входы схем совпадения .7 подключены к выходу одновибратора, вторые - поочередно к выходам триггера 68, а третьи - к фор-15 мирователям модулирующего сигнала фазы 36 пересчетной схемы. Диаграмма по-. тенциала точки а и, схемы фиг. 1 выхода инвертора приведена на фиг. 2. На фиг. 3с,т прийедены графики линей-20 ного и и фазного напряжений U на нагрузке. Импульсы управления 1)2, 27, поступающие на тиристоры , приведены на фиг. 3 л,,и,o.Пpи этом в соответствии с напряжением на выходе высоко- 25 частотного инвертора фиг. Зк, потенциал точки а представляет собой шесть последовательностей, положительн ых импульсов и шесть последовательностей отрицательных импульсов. Напряжение с зо выходов триггера 68 является как бы. аналогом работы высокочастотного инвертора для системы управления и в соответствии с работой высокочастотного инвертора осуществляет управление фор мированием импульсов управления, поступающих на тирис.торы коммутатора. Первые входы схемы совпадения 8891 запитаны от второго выхода одновиб ратора, по которому формируется корот кий импульс, соответствующий заднему фронту импульса одновибратора, вторые входы поочередно подключены к выходам триггера, а третьи - к выходам усилителей направления тока данной фаЗы 42-4. На входы усилителей направления тока поданы выходные напряжения датчиков.тока. Усилитель направления тока каждой фазы имеет двавыхода, при этом на одних выходах усилителей .2 З, V формируется сигнал, соответствующий положительной полуволне тока нагрузки, а на других их выходах 2, 3, V - отрицательной полуволне тока нагрузки. 8 областях верхних и нижних частот изменяются частоты следования импульсов на выходе триггера и одновибратора, а также длительность импульсов,

формируемых одновибратором, принцип работы схемы управления остается неизменным.

Основными отличительными особенностями схемы управления инвертора от прототипа являются следующие: непосредственный выход делителя частоты и его промежуточные отводы поданы на вход схемы ИЛИ, откуда запускается триггер и через линию задержки одновибратор; введение триггера, который работает с частотой высокочастотного инвертора и является основным управляющим элементом для схем И, включенных на входах формирователей широких и коротких импульсов управления тиристорами коммутатора; включение формирователей коротких импульсов управления с включенными на входах схемами И, управляемыми от индикаторов направления тока, выходов триггера и второго выхода одновибратора, которые обеспечивают безаварийную работу инвертора по всем диапазоне работы инвертора с промежуточным звеном высокой частоты на активно-индуктивную нагрузку; наличие двух выходов одновибратора , по первому выходу из которого осуществляется формирование соответствующих длительностей импульсов управления, подаваемых на силовые тиристоры, а по второму выходу формируется короткий импульс по заднему фронту формируемого импульса с целью получения от дополнительных формирователеи в дискретные моменты времени коротких импульсов для коммутации тиристоров тиристорного коммутатора. Формула изобретения Система управления тиристорным автономным инвертором с промежуточным звеном высокой частоты, состоящим из однофазного мостового высокочастотного инвертора, трансформатора и тиристорного коммутатора с датчиками тока, содержащая задающий генератор, подключенный к делителю частоты с промежуточными выходами, выход которого подключен к пересчетной схеме с формирователями модулирующих сигналов для катодной и анодной групп тиристоров коммутатора каждой фазы, блок пepeкJf ючeния тактирующих сигналов, содержащий одновибратор, к входам которого подключены вход .задающего генератора и выходы делителя частоты, а . также Формирователи широких и коротких импульсов управления тиристорами содержащие схемы И, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, к входам схем И формирователей широких импульсов управления тиристорами высокочастотного инвертора подключены выходы одновибратора и единичный инверсный выход триггера, вход которого совместно с входом первого формирователя коротких импульсов управления высокочастотным инвертором подключен к выходу блока переключения тактирующих сигналов, а входы двух других формирователей коротких импуль сов управления тиристорами высокочастотного инвертора подключены к второму выходу одновибратора через две последовательно включенные линии задержки, при этом с входами схем И формирователей ширсэких импульсов управле Эния тиристорного коммутатора связаны выходы схем ИЛИ, формирующих модулирующий сигнал анодной или катодной . группы данной фазы коммутатора, первый выход одновибратора и единичный инверсный выход триггера, а к входам схем И каждого формирователя импуль:сов управления тиристорного коммутГ:тора подключены выходы индикаторов направления тока данной фазы, второй выход одновибратора и инверсныйединичный выход триггера. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Забродин Ю. С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров. М., Энергия, Э7. 2.Авторское свидетельство СССР .. .,„.„ а.,„,.,ои,«и i. № , кл. Н 02 М 7/52, 1970. 3. Авторское свидетельство СССР № 318127, кл. Н 02 М 1/08, 1972.