Способ управления трехфазным нулевым тиристорным выпрямителем

 

СГОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ НУЛЕВЫМ ТИРИСТОРНЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ, работающим на индуктивную нагрузку, заключаюощйся в том, что выбирают значение .сигнала задания, формируют из напряжения нагрузки сигнал обратной связи, сравнивают величины перечисленных сигналов, получают сигнал рассогласования , формируют синхроимпульсы , синхронизированные с напряжением источника питания, из них формируют вспомогательные сигналы, сравнивают величину сигнала рассогласования с величиной вспомогательного сигнала, по результатам сравнения формируют управляющие сигналы и распределяют их по тиристорам преобразователя, отличающимися тем, что, с целью повьшения быстродействия и помехоустойчивости, вспомогательные сигналы формируют в виде пар коротких разнополярных импульсов, амплитуда которых превышает возможную величину сигнала рассогласования, управляющие сигналы формируют синхронно с вспомогательными сигналами и в моменты равенства сигнала рассогласования нулю, причем при положительной полярности сигнала рассогласования управляющий сигнал распределяют на тиристор той фазы, в момент перехода; полярности напряжения которой с положительной на отрицательную сформирован соответствующий синхроимпульс, а при отрицательной полярности сигнала рассогласования управлякиций сигнал распределяют на тиристор фазы, следунщей во времени.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ бН

РЕСПУБЛИН (19 {11), y(g) H 02 P 13/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЬПЪ9 (21) 3420080/24-07 (22) 08.04.82 (46) 07.07.84 Бюл, В 25 (72) В.П.Александров, В:e.Бедрак, В.И.Лазарев и В.П.Стоякин (71) Научно-производственное объединение "Атомкотломаш" (53) 621.316.727(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 164046, кл. Н 02 К 37/00, 1966.

2. Эксплуатационная документация на серийные электроприводы 3Т3, г. Прокопьевск, з-д "Электромашина", 1975. (54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХфАЗНЫМ

НУЛЕВЫМ ТИРИСТОРНЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ, работающим на индуктивную нагрузку, заключающийся в тоМ, что выбирают зна.чение сигнала задания, формируют иэ напряжения нагрузки сигнал обратной связи, сравнивают величины перечисленных сигналов, получают сигнал рас- согласования, формируют. синхроимпульсы, синхронизированные с напряжением источника питания, из них формируют вспомогательные сигналы, сравнивают величину сигнала рассогласования с величиной вспомогательного сигнала, по результатам сравнения формируют управляющие сигналы и распределяют их по тиристорам преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и помехоустойчивости, вспомогательные сигналы формируют в виде пар коротких разнополярньм импульсов, ампли-. туда которых превышает возможную величину сигнала рассогласования, управляющие сигналы формируют синхронно с вспомогательными сигналами и в моменты равенства сигнала рассогласования нулю, причем .при положительной полярности сигнала рассогласования управляющий сигнал распределяют на тиристор той фазы, в момент перехода полярности напряжения которой с йоложительной на отрицательную сформи- д рован соответствующий синхроимпульс, а при отрицательной .полярности сигнала рассогласования управляющий сигнал распределяют на тиристор фазы, следующей во времени.

1102015

Изобретение относится к электро.технике, преимущественно к области управления током индуктивных нагрузок и может быть использовано в энергетическом машиностроении, например при управлении величиной тока якоря двигателей постоянного тока и тока в обмотках исполнительных электромагнитных устройств, в частности, в обмотках линейных шаговых двигателей, а в качестве устройств управления могут применяться тиристорные выпрямители.

Известны фазовый, цифровой и "вертикальный" способы управления трехфазным тиристорным выпрямителем, работаю. щим на индуктивную нагрузку, в частности, способ управления силовым 1. -фазным шаговым двигателем,заключающийся в том, что ток в каждой иэ обмоток индуктивной нагрузки пропускают через управляемый вентиль (тиристор), формируют сигнал обратной связи, пропорциональный току в об-... мотке, сравнивают сигнал обратной t, Связи с выбранным значением сигнала задания и формируют управляющие сигналы со сдвигом по фазе, пропорциональным разности между сигналом задания и обратной связи(1. 3.

Этот способ не обеспечивает надежной защиты от помех, а быстродействие ограничено параМетрами применяемой обратной связи по цепи управления каждой из фаз.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления, заключающийся в том, что на индуктивную нагрузку подают, выпрямляемое многофазное напряжение, выбирают значение сигнала задания, 4О . формируют из напряжения нагрузки сигнал обратной связи, сравнивают величины перечисленных сигналов, получают сигнал рассогласования, усиливают и сглаживают сигнал рассогласования, формируют импульсы, синхронизированные с напряжением источника питания, от них формируют вспомогательные сигналы в виде импульсов пило образной формы, сравнивают величину сигнала рассогласования с величиной вспомогательного сигнала по каждой из фаз, по результатам сравнения принимают решение о формировании управляющих сигналов, формируют управ- Ы ляющие сигналы и распределяют их по тиристорам преобразователя, пропуская части полуволн напряжения каждой из фаз, начиная с момента равенства сигнала рассогласования со вспомогательным сигналом().

Недостатком способа является низкое быстродействие, обусловленное необходимостью усиления и сглаживания сигнала рассогласования, что возможно лишь с определенным запаздыванием сигнала во времени. Способ не обеспечивает защиту от импульсных помех и искажения синусоидальной формы напряжения питания, так как .фаза и длительность импульсов пилообразной формы при искажениях и помехах, носят случайный характер, а это влечет нарушение режима формирова- .. ния импульсов, синхронизированных с напряжением источника питания.

Цель изобретения — повышение быстродействия и помехоустойчивосТИ е

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления трехфазным нулевым тиристорным выпрямителем, работающим на индуктивную нагрузку, заключающимся в том, что выбирают значение сигнала задания, формируют из напряжения нагрузки сигнал обратной связи, сравнивают величины перечисленных сигналов, получают сигнал рассогласования, формируют синхроимпульсы, синхронизированные с напряжением источника питания, из них формируют вспомогательные сигналы, сравнивают величину сигнала рассогласова- ния с величиной вспомогательного сигнала, по результатам сравнения формируют управляющие сигналы и распределяют их по тиристорам преобразователя, вспомогательные сигналы формируют в виде пар коротких разнополярных импульсов, амплитуда которых превышает возможную величину сигнала рассогласования.

Управляющие сигналы формируют синхронно с вспомогательными сигналами и в моменты равенства сигнала рассогласования нулю, причем при положительной полярности сигнала рассогласования управляющий сигнал распределяют на тиристор той фазы, в момент перехода полярности напряжения которой с положительной на отрицательную сформирован соответствующий синхроимпульс, а при отрицательной полярности сигнала рассогласования управляющий сигнал

1102015

3 распределяют на тиристор фазы, следующий во времени.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; реализующего предлагаемый способ, на фиг.2 и 3 — диаграммы напряжений и токов.

Устройство представляет собой тиристорный преобразователь, управ-ляющий током индуктивной .нагрузки 1 10 (например, обмотки линейного шагового двигателя), которая с элементом 2 обратной связи (резистором) подсоединена через многофазный ну-, левой тиристорный выпрямитель 3 к источнику 4 питания. С последним соединен генератор 5 синхронизирующих импульсов, к выходу которого подсоединены соответственно один из входов блока 6 формирования-рас- 2п пределения управляющих импульсов (например, дешифратор) и вход генератора 7 вспомогательных сигналов. Генератор 7 своим выходом соединен с оф ним из входов компаратора 8, второй вход которого соединен с выходом блока 9 вычитания. Один из входов бло1 ка 9 соединен с задатчиком 10, выполненным, например, в виде потенциомет. ра, а второй — с элементом 2 обратной связи. Выход компаратора 8 сое. динен с вторым входом блока 6, а его выход соединен с управляющими электродами тиристоров блока 3.

Способ осуществляется следующим 35 образом.

В моменты, когда напряжение в любой из фаз источника 4 питания меняет свою полярность с положительной на отрицательную, генератор 5 40 формирует импульсы, синхронизированные с напряжением питания (не обозначены). Синхронизирующие импульсы поступают на вход блока 6 и на вход генератора 7, который формирует вспомогательные сигналы в виде пар разнополярных коротких импульсов (фиг.2а,б). Вспомогательные сигналы поступают на вход компаратора 8.

Выбирают величину сигнала зада- 50 ния, пропорциональную необходимую значению тока нагрузки 1 и в блоке 9 непрерывно сравнивают ее с величиной сигнала обратной связИ, поступающего с элемента 2. Полученное значение S5 разницы — величина сигнала рассогласования поступает на вход компаратора 8, где непрерывно осуществляется сравнение величин сигнала рассогласования и величины вспомогательного сигнала. Амплитуда импульсов вспомогательного сигнала выбирается такой, что ее значение превышает максимально возможное значение сигнала рассогласования. Если величина сигнала рассогласования U< равна величине вспомогательного сигнала или больше нее, то на выходе компаратора 8 формируется сигнал логической единицы, а если меньше — сигнал логического нуля. В моменты, когда компаратор меняет свое состояние с "1" на "0", выходной сигнал с компаратора 8 поступает на вход блока 6, который формирует управляющие импульсы и распределяет их на соответствующие тиристоры блока 3 со следующей закономерностью.

В интервале времени от одного до другого отрицательного импульса вспомогательного сигнала управляющий импульс подается на тиристор той фазы, момент перехода полярности напряжения которой от положительной к отрицательной определяет конец отсчета указанного интервала. Допустим, что нагрузка 1 подсоединена к источнику питания — сети трехфазного напряжения 220В, 50Гц, омическое сопротивление нагрузки 10 Ом, а индуктивность 0,5 Гн. Предположим также, что значение тока нагрузки 1 равно нулю и напряжение обрат ной связи также равно нулю. Сигнал на выходе компаратора 8 в этом случае зависит только от напряжения вспомогательного сигнала. В моменты поступления на вход компаратора 8 положительных импульсов вспомогательного сигнала от генератора 7, компаратор 8 переходит из состояния "1" в "0", а по окончании этих импульсов возвращается в состояние

1. На выходе блока 6 формируются управляющие импульсы, однако тиристоры блока 3 от импульсов не открываются, так как напряжения соответствующих фаз при этом равны нулю.

Наибольшее среднее значение напряжения, которое может быть приложено к нагрузке 1 при реализации способа, определяется моментом перехода через нуль напряжения предыдущей фазы, то есть открытием каждого из тирис- торов блока 3 в фазе 60=180 эл.град.

Для трехфазной нулевой схемы вклю1 !02015

5 чения нагрузки 1 к источнику 4 питания 2208 это среднее значение напряжения равно 225 или -2258.

Пусть, в момент, соответствующей точке а(. (фиг.2 и 3), напряжения на задатчике 10 — U становит3 ся равным U 11.,258.Ток нагрузки и напряжение обратной связи О,. на выходе элемента 2 в этот момент равны нулю, компаратор 8 переходит !0 из состояния "1" в "0", сигнал с компаратора 8 поступает на вход блока 6.

На управляющий электрод тиристора фазы С блока 3 подается отпирающий . импульс, ток нагрузки 1 начинает рас- !5 ти (фиг.2г). При нарастании тока нагрузки величина среднего напря,жения на нагрузке является максимальной (для преобразователя, реализующего способ, она равна 2258). В мо- рб мент, соответствующей точке р, (фиг.2) при поступлении первого после точки о, отрицательного импульса вспомогательного сигнала компаратор 8 меняет свое состояние с "0" на !", а затем возвращается в "0". При этом на тиристор фазы A блока 3 подается отпирающий импульс, тиристор фазы С закрывается, так как напряжение на его аноде в этот момент ниже, чем на аноде открывшегося тиристора фазы А. Тиристор фазы А открыт до момента, соответствующего точке !! (фиг.2г), когда на вход блока 8 снова проходит отрицательный импульс вспомогательного сигнала, отчего ком35 паратор 8 меняет свое состояние с

"0" на " 1", а затем возвращается в "0"

На тиристор фазы В подается отпи40 рающий импульс, тиристор фазы В проводит ток до прихода на вход блока 8 следующего отрицательного импульса вспомогательного сигнала и т.д.

Ток в нагрузке 1 продолжает нарастать, 45" отпирание-запирание тиристоров продолжается, пока напряжение обратной связи и напряжение на задатчике 10 не сравняются по величине. Это происходит в момент, соответствующий точке Д (фиг.2 г,д), где компаратор меняет свое состояние с "0" на "1".

Процесс нарастания тока нагрузки до заданного значения, 3!! = 11,25А про- .. должается около 35 Мс (фиг.2г, и Зв).

В момент, соответствующий точке А, открыт тиристор фазы В, ток нагрузки продолжает нарастать.

В момент прохождения положительного импульса вспомогательного сигнала, т.е. соответствующий точке Я, компаратор 8 переходит в состояние

"0" и обратно в "1". С блока 6 на открытый тиристор фазы В блока 3 поступает управляющий импульс, но на работу тиристора это влияния не оказывает. В отрицательной части полуволны напряжения фазы В ток проходит в источник 4 питания — сеть переменного тока за счет энергии, накопленной индуктивностью нагрузки, при этом ток нагрузки уменьшается, соответственно уменьшается напряжение обратной связи на элементе 2. Наступает момент, соответствующий точке (, когда компаратор 8 переходит в состояние

"0". На тиристор фазы С блока 3 подается отпирающий импульс, одновременно с отпиранием тиристора фазы С закрывается тиристор фазы В, так как напряжение на его аноде в этот момент ниже, чем на аноде тиристора фазы С, До точки 3 процесс отпирания-эапирания тиристоров осуществляется в последовательности, соответствующей описанию работы на участке Л-f (фиг.2г.д). Ток нагрузки 1 колеблется около среднего значения 11,25А, среднее напряжение на нагрузке 1 при этом равно 112,58.

Пусть в момент,. соответствующий точке и (фиг.2в. и Зв), напряжение на задатчике 10 принимает значение

Ug = 58» Пусть, B 3TQT момент ОТ» крыт тиристор фазы В. При прохождении первого после точки !! положительного импульса вспомогательного сигнала с генератора 7 компаратор 8 переходит из состояния "1" в "0" и обратно в "1". С блока 6 на открытый тиристор фазы В поступает управляющий импульс, но это не влияет на работу упомянутого тиристора. При отрицательном напряжении фазы В через тиристор идет ток нагрузки 1, осуществляется процесс рекуперации энергии в источник 4 питания. Ток нагруз ки 1 уменьшается и соответственно уменьшается значение U на . элемен» ,те 2 обратной связи.

При прохождении второго после точки положительного импульса вспомогательного сигнала, в момент, соответствующий точке "0", компаратор 8 переходит из состояния "1" в "0" и обратно в "1". На тиристор

110201 фазы С подается открывающий его импульс, тиристор фазы В при этом закрывается, так как напряжение на его аноде ниже, чем на аноде тиристора фазы С. Процесс рекуперации 5 энергии в источник 4 питания продолжается, ток нагрузки 1 уменьшается.

В процессе уменьшения среднего,значения тока нагрузки 1 от Эя„ = 11,25 А до Эн = 2,25 А, в течение .14,5 Мс

Н к нагрузке приложено максимально возможное среднее значение напряжения

-225 В (фиг.3 б,в). В момент, соответствующий точке i напряжение U становится равным напряжению И

ОС на выходе задатчика 10, компаратор 8 переходит из состояния "1" в "0".

На тиристор фазы A подается открывающий его импульс, ток нагрузки 1 начинает нарастать,компаратор 8 переходит 20 из состояния "0" в "1" и т.д. аналогично участку Ь- (фиг.2г). Средний ток нагрузки 3Н 2,25 А, к нагруз1 ке приложено среднее напряжение 22,5 В.

Характерно, что время задержки

I отпирающих импульсов относительно, соответствующих синхронизирующих сигналов в установившемся режиме тем больше, чем меньше величина заданного тока нагрузки. 30

Процесс поддержания значения тока нагрузки продолжается до момен5 8 та, соответствующего точке P когца напряжение на задатчике 10 становится раиным нулю, в этот момент открыт Фиристор фазы А блока 3, осу" ществляется процесс рекуперации энергии. Ток нагрузки уменьшается до нуля в течение 5,6 мкс. При этом к нагрузке 1 приложено среднее напряжение -225 В. В дальнейшем, управляющие импульсы приходят на тиристоры блока 3 в моменты, когда напряжение в соответствующих фазах источника 4 равно нулю и поэтому тиристоры не отпираются.

Предлагаемый способ, в основу которого положен "вертикаль ный", в то же время лишен его недостатков.

Повышается быстродеиствие, так как отпадает необходимость в усилении и сглаживании сигнала рассогласования, повышается помехоустойчивость, так как при реализации предлагаемого способа в переходных режимах уменьФ шениа-увеличения тока нагрузки сигналы помех приводят только к дублированию отпирающих импульсов, а в установившемся режиме моменты формирования отпирающих импульсов не зависят от характера напряжения источ,ника питания.

1102015 4

1102015

IC л 4

Составитель В.Жмуров

Техред Л. Коцюбняк Корректор.М. Демчик

Редактор Н. Яцола

Заказ 4780/42

Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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