Устройство для одноканального фазового управления тиристорным преобразователем

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОКАНАЛЬНОГО ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ, содержащее формирователь синхроимпульсов с гавыходами , каждый из которых соединен с входом фазосдвигающего блока, распределитель управляющих импульсов, отличающеес я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности работы, фазосдвигаюший блок выполнен в виде генератора опорного напряжения и п элементов сравнения, первые входы которых соединены с выходом генератора опорного напряжения, а вторые ,входы - с соответствующим источником управляющего напряжения, равного „р -(п-1)и. , где и - напряжение смещения, распоеделитель управляющих импульсов выполнен в виде m каналов по чисду фаз, каждый из которых состоит из п -блоков, и п -входового элемента ИЛИ,каждый блок. вьшолнен в виде элемента памяти, дифференцирующей цепи, элемента И и (mn-m+l) входового элемента ИЛИ, причем первый вход элемента памяти соеди- g $ нен с соответствующим выходом форми (Л рователя синхроимпульсов, второй входс выходом (mn-m+1) входового элемента ИЛИ, а выход - через дифференцирующую цепь - с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с с выходом соответствующего элемента совпадения фазосдвигающего блока, а выход - с соответствующим входом пвходового элемента ИЛИ, первый вход (mn-m+l) входового элемента ИЛИ соединен с выходом соответствующего элемента сравнения фазосдвигающего блока, а остальные входы - с выходами элементов И тех блоков, входы элементов памяти которых соединены с другими выходами формирователя синхроимпульсов .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) Н 02 P 13 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3495865/24-07 (22) 01.10.82 (46) 07.05.84. Бкл. № 17 (72) С.Н.Сидоров, В.Ф.Ваничкин и А.Л.Кислицын (71) Ульяновский политехнический институт (53) 621.316.727 (088.8) (56) l. Иагазинник Г.Г., Дудченко И.В. Универсальная система импульс. но-фазового управления вентильными преобразователями. Тезисы докладов

У1 Всесоюзной конференции по автоматизированному электроприводу. И., "Информстандартэлектро", 1968, с. 14-15.

2. Авторское свидетельство СССР № 674182, кл. H 02 Р 13/16, 1979.

3. Анхимюк В.Л., Ильин О.П. и др.

Одноканальная система управления выпрямителем с широким диапазоном регулирования угла зажигания.

"Электротехника", 1970, № ll с. 8l0. (54)(57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОКАНАЛЬНОГО ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ)1, содержащее формирователь синхроимпульсов с mвыходами, каждый из которых соединен с входом фазосдвигающего блока, распределитель управляющих импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности работы, фазосдвигаюший блок выполнен в виде генератора опорного напряжения и и элементов сравнения, первые входы которых соединены с выходом генератора опорного напряжения, а вторые, входы — с соответствующим источником управляющего напряжения, равного Б „ -(п-1)U где ()С„ — напряжение смещения, распоеделитель управляющих импульсов выполнен в виде rn каналов по чисду фаз, каждый из которых состоит из fl -блоков, и и -входового элемента ИЛИ, каждый блок. выполнен в виде элемента памяти, дифференцирующей цепи, элемента И и (mn-m+I) входового элемента ИЛИ, причем первый вход элемента памяти соеди-

9 нен с соответствующим выходом формирователя синхроимпульсов, второй входс выходом (mn-m+1) входового элемента ИЛИ, а выход — через дифференцирующую цепь — с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с с выходом соответствующего элемента совпадения фазосдвигающего блока, а выход — с соответствующим входом и- входового элемента ИЛИ, первый вход (тпп-m+1) входового элемента ИЛИ соединен с выходом соответствующего элемента сравнения фазосдвигающего блока, а остальные входы — с выходами элементов И тех блоков, входы элементов памяти которых соединены с другими выходами формирователя синхроимпульсов.

:В

1091298 2

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразовательной технике для управления многофазными тиристорными пре- . образователями, в частности трехфазными регуляторами переменного напряжения, работающими в широком диапазоне изменения угла управления.

Известны устройства одноканального управЛения аналогового типа, содер- 10 жащие один канал формирования и фазового смещения управляющих импульсов, а также распределитель этих импульсов по тиристорам преобразователя j 1 j .

Фазовое смещение управляющих им-пульсов в диапазоне 180 эл.град. в данных устройствах обеспечивается при наличии трех последовательно включенных блоков временной задержки. 2п

Поочередное срабатывание всех трех блоков задержки, предшествующее выработке управляющего импульса, является причиной запаздывания реакции устройства на изменение управляющего 25 сигнала. В связи с этим указанные устройства управления имеют ограниченное быстродействие и сравнительно низкую статическую и динамическую точность. 30

Известны также цифровые устройства одноканального управления тиристорами, в которых изменение фазы управляюших импульсов в сколь угодно широком диапазоне удается обеспечить с

35 помощью одного блока задержки (2 1

Однако ввиду сложности применение последних для управления тиристорными регуляторами в большинстве случаев не целесообразно.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является аналоговое устройство для фазового управления, содержащее формирователь синхроимпульсов, блок фазового смещения„

45 выполненный на базе трех генераторов опорного напряжения, и распределитель управляющих импульсов (3 „"1 .

Недостатками известного устройства являются ограниченное быстродействие 50 и низкая точность в связи с запаздыванием реакции на изменение .управляюще- . го напряжения.

Цель изобретения - повышение быстродействияи точности работы устройствами

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для одноканального фазового управления тиристорным пре-, образователем, содержащем формирователь

rHHõðîèìïóëüñîâ с m выходами, кажый из которых соединен с входом фазосдвигающего блока, распределитель управляющих импульсов, фазосдвигающий блок выполнен в виде генератора опорного напряжения и и элементов сравнения, первые входы которых соединены с выходом генератора опорного напряжения, а вторые входы — с соответствующим источником управляющего напряжения, равного U>n (n-1) где U — напряжение смещения, распределитель управляющих импульсов выполнен в виде m каналов, по числу фаз, каждый из которых состоит из п блоков и и-входового элемента ИЛИ, каждый блок выполнен в виде элемента памяти, дифференцирующей цепи,.элемента И и (mn-m+1) входового элемента ИЛИ, причем первый вход элемента памяти соединен с соответствующим выходом формирователя синхроимпульсов, второй вход — с выходом (mn-m+1) входового элемента

ИЛИ, а выход через дифференцирующую цепь — с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом соответствующего элемента совпадения фазосдвигающего блока, а выход — с соответствующим входом и-входового элемента ИЛИ,.первый вход (mn-m+1) входового элемента

ИЛИ соединен с выходом соответствующего элемента сравнения фазосдвигающего блока, а остальные входы — с выходами элементов И тех блоков, входы элементов памяти которых соединены с другими выходами формирователя синхроимпульсов.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу на примере возрастающего напряжения управления.

Силовая часть преобразователя выполнена на симметричныМ тиристорах (симисторах), и питание ее, как и устройства управления, происходит от общей трехфазйой.сети.

Устройство содержит формирователь

1 синхроимпульсов с тремя выходами

2-4, фазосдвигающий блок 5, состоящий из генератора 6 опорного напряжения, элементов 7-9 сравнения, распределитель управляющих импульсов, выполненный в виде трех каналов 10-12. Канал 10 распределителя состоит иэ трех блоков, каждый из

109 1 2 которых содержит элемент памяти (триггеры )!3 — 15, двухвходовые элементы И 16 — 18, дифференцирующую цепь 19-21, (шп-ш+1)-входовые элементы ИЛИ 22-24 и входовой эле- 5 мент ИЛИ 25, причем первые входы элементов памяти 13-15 соединены с соответствующими выходами формирователя синхроимпульсов, а вторые входы — с выходом (mn"m+1) входовых элементов ИЛИ 22-24, выходы элементов 13-15 памяти через дифференцирующие цепочки 19-21 соединены с первым входом элементов И 16-18, выходы элементов И 16-18 соединены с входами и-входового элемента ИЛИ 25.

Канал 11 распределителя содержит три блока, каждый из которых содержит элемент памяти (триггеры) 26-28, двух. входовой элемент И 29-31, дифференци-20 рующую цепь 32-34, (шп-ш+1)- входовой элемент ИЛИ 35-37, и-входовой эле-, мент ИЛИ 38,канал, . 12 распределителя . содержит три блока, каждый из которых содержит элемент памяти (триггеры)

39-41, двухвходовой элемент И 42-44, дифференцирующую цепь 45-47, (mn-ш+!)-входовой элемент ИЛИ 48-50, и-входовой элемент ИЛИ 51.

Принцип соединения элементов блоков ЗО каналов 11 и 12 аналогичен принцип) ф соединения элементов блоков канала 10 ° .

Выход элемента 7 сравнения соединен с входами элементов

И 16 — 18 и с первым входом (mn-m+1)-входового элемента ИЛИ 22, 35 и 48 соответственно. Выход элемента 8 сравнения соединен с входами элементов И 17, 30 и 43 и с первым входом (шп-ш+1)-входового элемента ИЛИ

23, 36 и 49 соответственно.

Выход элемента 9 сравнения соединен с входами элементов И 18, 31 и 44 и с первым входом (шп-ш+1)-входового элемента ИЛИ 24, 37 и 50 соответствен45 но.

Остальные входы (шп-ш+1)-входового элемента ИЛИ 22 соединены с выходами элементов И 17, 18, 29, 30 42 и 44, 50 остальные входы (mn-ш+1)-входового элемента 23 соединены с выходами элементов И 16,18,30,31,42 и 43, остальные входы (шп"ш+1)-входового элемента ИЛИ 24 соединены с выходами элементов И 16,17,29,31,43 и 44, остальные входы (mn-ш+1) входового элемента ИЛИ соединены с выходами элементов И 16,18,30,31,42 и 43; осталь98 4 ые входы (mn-m+1) — âõîäoâîãî элемента ИЛИ 36 соединены с выходами элементов И 16, 17, 29,31, 43 и 44, остальные входы (mn-m+1)- входового элемента kliI 37 соединены с выходами элементов И 17,18,29,30,42 я 44, остальные входы (mn-ш+!) входового элемента ИЛИ 48 соединены с выходами элементов И 16, 17,29,31 43 и 44, остальные входы (mn-ш+1)-входового элемента 49 соединены с выходами элементов И 17,18,29,30,42 и 44, остальные входы (шп-ш+1)-вхо- дового элемента ИЛИ 50 соединены с выходами элементов И 16,18,30,31,42 и 43.

На фиг.2 обозначены выходные сигналы формирователя синхроимпульсов U< — U>, U4, выходные сигналы генератора опорного напряжения U<, сигналы, поступающие на вторые входы элементов сравнения 7-9, U>

U > — U U -2U соответственно, где напряжейие смещения постоянно и равно амплитуде опорного напряжения генератора 6 опорного напряжения, вы. ходные сигналы блоков 7,8,9,13,14, 15,25,26,27,28,38,39,40,41,51

1)ч 8 9 1113 14. 16 U75 1) Е6

21 26 38 39 40 41 (51 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения сети на вход формирователя синхроимпульсов на его выходах 2-4 формируются кратковременные импульсы, фаза которых совпадает с моментами перехода напряжений через ноль (фиг. 2), При этом импульсы на выходе 2 опережают на 60 эл.град. импульсы на выходе 3, а последние также опережают импульсы на выходе 4. Г приходом каждого синхроимпульса происходит запуск генератора 6 опорного напряжения поэтому частота опорного напряжения в шесть раз превьппает частоту сети. В моменты равенства управляюще"

ro и опорного напряжений на выходах элементов 7-9 сравнения появляются кратковременные управляющие импульсы.

Однако, если управляющее напряжение по величине не превышает амплитуды опорного напряжения О 4 U у < Uù, управляющие импульсы появятся лишь на выходе элемента 7. сравнения, так как в этом случае результирующий управляющий сигнал на выходах элементов 8 и 9 сравнения будет иметь отрицательный знак. Тогда, если в исходном состоя10912

5 нии канала 10 все элементы памяти находились в состоянии 1", с приходом синхроимпульса с выхода 3 на первый вход элемента 13 последний перейдет в состояние "0 . Первый управляющий импульс, выделившийся после этого на выходе элемента 7 сравнения, поступит на вход (тпп-в+1) входового элемента ИЛИ 22 и далее на второй вход. элемента 13 возвращая последний в >ц состояние "1", При этом благодаря наличию дифференцирующей цепи 19 на первом входе элемента И 16 выделяется кратковременный импульс полоо жительной полярности. Одновременно 15 такой же импульс поступает на второй вход элемента И 16 с выхода элемента 7 сравнения. Ввиду наличия сигнала высокого уровня на обоих входах элемента 16 совпадения, управляю- 20 щий импульс выделится на выходе этого элемента и далее будет подан на один из входов п-входового элемента ИЛИ 25, выполняющего Функции суммирования сигналов, поступающих 25 с элементов 16-18. С выхода элемента

ИЛИ 25 управляющий импульс поступает на управляющий электрод симистора фазы А с задержкой относительно на дала полуволны фаэного напряжения на угол управления 120о4 с(«1 180, при этом устройство управления возвращается в исходное состояние.

Если управляющее напряжение возрастет и оказывается в пределах

U 6U < 2Бп,то управляющие импульсы вйделяются лишь на выходе элемента 8 сравнения. В этом случае с приходом синхроимпульса с выхода 4 на первый вход элемента 14 памяти, последний 40 переходит в состояние "0 ° Вновь в состояние "1" его возвращает управляющий импульс, поступивший на вход элемента ИЛИ 23 с выхода элемента 8 и далее на второй вход элемента 14. 4

При этом на обоих входах элемента 17 совпадения выделяется импульс положительной полярности, что приводит к появлению управляющего импульса на выходе элемента ИЛИ 25. Однако в отличие от рассмотренного выше случая управляющие импульсы будут подаваться на симистор фазы А в диапазоне углов

60 4 о 8 120, так как синхроимпульсы, поступающие на вход элемента 14, отстают от синхроимпульсов, поступающих

55 на вход элемента 13, на 60

Наконец, если управляющее напряжение окажется по величине в пределах

211 4 U ЗБ,,то управляющие импульсы начнут выделяться на выходе элемента

9 сравнения. Тогда эти импульсы будут подаваться на второй вход элемента 15 памяти,,возвращая его в исходное состояние "I после прихода синхроимпульса с выхода 2 формирователя I.

При этом принцип действия устройства будет аналогичен рассмотренному. Од нако,ввиду отставания синхроимпульсов, поступающих на вход элемента

15 от синхроимпульсов на входе элемента 14 на 60 управляющие импульсы будут подаваться с выхода элемента

ИЛИ 25 на симистор фазы А в диапазоне углов управления О о 60

d о

Остальные каналы распределителя работают аналогично. Для того, чтобы исключить воэможность одновременной выработки импульсов в разных каналах распределителя, управляющие импульсы, поступающие на выход канала, одновременно с этим переводят в состояние

"I" элементы памяти всех тех блоков, которые подключены к двум другим фазам на выходе формирователя синхроим пульсов. С этой целью выходы элементов И соединены с вторыми входами соответствующих элементов памяти посредством семивходовых элементов ИЛИ.

Каждая из этих элементов суммирует импульсы, вырабатываемые во всех других блоках распределителя, кроме двух блоков, подключенных к.той же фазе .на выходе формирователя синхроимпульсов. Такое пострОение распределителя исключает появление ложных импульсов и одновременно делает возможным выработку управляющих импульсов при быстрых изменениях управляющего напряжения от нуля от максимума в течение одного периода опорного напряжения.

Диапазон регулирования описанного устройства лежит в пределах 0 о(, 4I80, так как при возрастании управляющего напряжения свьш е Б ) ЗБ формирование управляющих импульсов элементов 7"9 сравнения становится невозможным. При необходимости расширения диапазона регулирования увеличи вается число схем сравнения и ячеек распределителя.

Использование одного генератора опорного напряжения вместо трех выгодно отличает предлагаемое устройство QT прототипа,так как при этом исключается запаздывание в процессе формирования управляющих импульсов.!

091298

В результате обеспечивается повышение быстродействия и точности устройства, что особенно важно при использовании его в замкнутык системах автоматического регулирования. Устройство обеспечивает возможность ус.тановки нулевого угла управления, что необходимо для полного использования тиристорных преобразователей по мощности. Возможность изготовления moro устройства на базе простейших типовых элементов современной микросхемотехники упрощает его изготовление, наладку и эксплуатацию, обеспечивает высокую надежность в работе. Отмеченные достоинства расширяют области применения устройства; одной из них может стать автоматизированный тиристорный электропривод.

По сравнению с базовым предлагаемое устройство имеет неоспоримое

10 преимущество, заключающееся в повышенной симметрии и точности формирования управляющих импульсов, а также простоте и технологичности изготовления. I091298

Составитель Н.Савинова

Редактор С.Юско Техред B.Äàëåêoðeé Корректор С.Шекмар

Закаэ 3096/52 Тираж бб7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий !

13035, Москва, Ж-35, Раушская нао., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4