Способ управления тиристорным преобразователем постоянного напряжения в переменное

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (д)4. Н 02 М 7/5)5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ теля напряжения и тиристоров включена третья цепочка из последовательно включенных коммутирующих конденсатора, индуктивного элемента и ключа переменного тока в виде встречно-параллельно включенных вспомогательных тиристоров,путем поочередногоотпирания и занирания основных тиристоров,причем между началом двух следующих друг за другом отпираний одного основного тиристора устанавливают определенное время цикла, а внутри каждого цикла отношение между временем открытого состояния одного и другого основных тиристоров устанавливают пропорциональным значению управляющего напря-, .жения, а время цикла выбирают меньшим четверти периода колебания управляющего напряжения, а также путем отпирания вспомогательных тиристоров цля запирания основных тиристоров, О отличающийся тем,что, с целью повышения функциональной надежности, отпирание соответствующих вспомогательных тиристоров обеспечивают в течение времени, равного программно заданному времени закрытого состояния запираемого

h3 основного тиристора °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2551149/24-07 (22) 05.)2.77 (31) El-718 (32) 06.)2.76 (33) HU (46) 07 .03.86. Бюл. Р 9 (71) Эпитегепдьярто Валлалат (HU) (72) Золтан Авар и Лайош Шалавец(НП) (53) 62) 3)4.57 (088.8) (56) Сандлер А.С., Гусяцкий )О.М.

Тиристорные инверторы с широтно-импульсной модуляцией. M.: Энергия, 1968.

Energie elektronik und perege3te

elektrische Antriebe. VDE.

VERLAGGNBH.BERLIN.1966. s 136,139. (54) (57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОР- HblM ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ, выполнен, ным в виде двух включенных между шинами питания постоянного тока цепочек, одна из которых содержит последовательно включенные конденсаторы емкостного делителя напряжения, другая — последовательно включенные основные тиристоры, зашунтированные ,диодами, причем между толками соединения конденсаторов емкостного делиSU„„1216820 Д

1;!6820

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении преобразователей, предназначенных для частотно-управляе<.ого электропривода, Целью изобретения является повышение функциональной ладежности преобразователя:. На фиг. 1 показана блок-схема одной фазы цепей схемы преобразования тока; на фиг. 2 — временная характеристика напряжения в точке включения Х схемы по фиг. 1; на фиг. За, b и г — временные диаграммы модулированных по длительности положительных и отрицательных импульсов напряжения и выходно о тока соответственно; на фиг. А — <.хема выполнения коммутационной цепи одной фазы преобразователя; на фиг, 5 блок-схема cHcTpMbl управления коммутапиониой цепью; на фиг. 6 — диаг-. рамма, отражающая форму сигналов, снимаемых в характерных точках блоксхемы по фиг. 5; на фиг. 7 — блок схема преобразования тока, предназначенная для питания нагрузочной сети трехфазного тока; на фиг. 8 вариант питания схемы по. фиг, 7; на фиг. 9 — схема, позволяюв<ая осуществлять торможение двигателя; на . фиг. 10 — схема соединения между изображенным на фиг. 9 чувствительным элементом напряжения и регулирующим блоком; на фиг. 11 -- блок-схема регулируемого выпрямителя для питания схемы преобразования тока, ;на фиг. 12 — схема, преобразующая напряжение трехфазной сети в трехфазный изменяемый по частоте и по величине ток.

Инверторная схема, реализующая предлагаемый способ, содержит состоящую из тиристоров коммутационную цепь 1, включенный псслепова-тельно с ней фильтр 2 низких частот и нагрузку 3. При индуктивной нагрузке фильтр и нагрузка могут быть выполнены вместе. Силовой вход 4 коммутационной пепи соединен с положительным напряжением первого источника питания постоянного тока, силовой вход 5 — с отрицательным напряжением второго источника питания. Величины обоих питающих напряжений равны и во время работы инвертора постоянны.

Тиристоры коммутационной цепи 1 зажигаются управляющей цепью 6, 2 которая соединена с генератором 7 импульсов и генератором 8 управляющего напряжения. Частота производимого генератором 8 управляющего напря.<ения выходного сигнала определяется регулируюцим частоту блоком 9, а амплитуда — регулирующим амплитуду блоком )О. Б определенных обла< тях применсния, где необходим выбор управляющего напряжения, согласованного с частотой, можно между регулирующим частоту блоком 9 и регулирующим амплитуду блоком 10 встроить соединение через провод 11.

Изображенный инвертор служит для вклю <ения синусоидальпого возбуждения переменной величины и частоты а нагрузку " из имеюшегося постоянного напряжения. Задача становится еще более общей, если ток, протекающий через нагрузку, изменяется согласно номинальной модулируюшей частоте, т.е. согласно управляющему напряжению.

25 Тиристоры коммутационной цепи включают не в ритме частоты выходного сигнала переменного тока. Их ритм ьключения определяется тактовыми Q сигналами, выдаваемые генератором 7

HMI.Qëhñoâ. Нагрузка 3 в каждом цикле попеременно соединяется то с положительным,.то с отрицательным полюсом по-"ò."îÿííîãî напряжения. Информация, соответствующая полезному сиг- - > налу, определяется соотношснием между отрезками времени голожительных и отрицательных моментов включеНа g»r. 2 показана характеристика

3ю имеющего место в выходной точке Х коммутационной цепи напряжения Ц„ в двух следующих друг за другом периодах тактового сигнала.

Мех<ду моментами времени t. =0 и точка включения Х соединена

- << с входом ч и поэтому напряжение равно положительному постоянному напряжению. Продолжительность ) < положитегьного . импульса напряжения обозна5<1 чена на фиг. 2. К моменту времени

t =t- y,- точка Х соединяется с входом

5, т.е. с отрицательным постоянным напряжением. К концу периода Т тактового сигнал=- вновь г.роисходит переключение. Таким образом, время ti< длится от момента 1к до конца перио;„ à Т. Б следующем цикле происходит переключение в момент коммутn»»» t«q .

1216820

В течение отдельных периодов отдельные моменты коммутации определяются согласно мгновенному значению образующейся на выходе генератора 8 управляющего напряжения функции управления f „(t), при этом для случая, когда сигнал j (t)=0, t<= Т/2, т.е. положительные и отрицательные импульсы симметричны. Моменты включения 1 ; могут приходиться в зависимости от величины функции управления Ет,(1)теоретически на любое значение между 4 =0 и t =T, однако из практических соображений

tv,.» -u с 1„х с 4Продолжительность положительного импульса равна ат = — т + — ° f (т)- - -Г () 2 2 " 2 продолжительность отрицательного импульса равна ьт- = — — — f Ю- -f -tttl).

2 2 " 2 L

Принято, ч то функция управления (t) ограничена по полосе частот и, tn ее наибольшая частота меньше четверти тактовой частоты, т.е.

< -,Т затем, что амплитуда max 4Т частоты управляющего сигнала находится в пределах 0 — 1.

Напряжение О„ точки Х можно представить в табличной форме:

0„(О=+0,асли нТфФаь|+ОТ+;

U „(t l = - О, еслИ ИТ+ 11Т+< 1 ((1т + 1 ) Т, где h =1,2,3.... является натуральным числом.

Дискретный ряд моментов коммутации определяется началом циклов и с моментами переключения внутри циклов:

,; = и.Т и — (1+ .(Т)) В этой связи небольшим упущением является то, значение функции управления ()!определяется в момент

Но так как функция управления ()по сравнению с циклом изменяется очень медленно, практически все равно, производится ли определение в начале периода или в момент коммутации.

На практике функция управления в большинстве случаев имеет форму: (<) = А и иU4 .

Генератор управляющего напряже-. ния является в данном случае генератором синусоидального напряжения, в котором амплитуда выходного сигнала определяется регулирующим амплитуду блоком 10 и частота — регули-", рующим частоту блоком 9.

На фиг 3 о,и Ь показаны две последовательности импульсов в точке Х в течение одного периода синусоидального управляющего напряжения „,(t).

Положительные и отрицательные импуль, сы, взятые сами по себе, образуют классическую модулированную по дли-. тельности последовательность импульсов, причем одна последовательность т. импульсов точно совпадает с интервалами другой последовательности импульсов.

При таком способе коммутации характерно, что поток энергии непрерывен и частота включений постоянна и не зависит от функции управления (<). На фиг. 3с показан ток, протекающий через нагрузку 3. Это изображение обосновано измерением выполненной в действительности схемы с помощью осциллографа. Время цикла на фиг,3 с выбрано короче, чем на фиг.3 о, и 3 Ь для лучшей передачи фактических соотношений.

Ток, протекающий через нагрузку 3 и индуктивную обмотку, в каждом периоде тактового сигнала состоит из экспоненциально восхо ящих и нисходящих участков, причем величина изменения така в периоде пропорциональна разности промежутков времени положительных и отрицательных участков. Индуктивный характер результирующей нагрузки способствует тому, что, несмотря на включение напряжений различных направлений в периоде тактового сигнала, направ" ление тока не меняется, а меняется только его величина. Однако эти колебания невелики по сравнению с временем периода управляющего напряжения и поэтому результирующий ток почти близок к идеальной синусоидальной форме. Точность этого приближения можно улучшить ловьппением частоты циклов. Повышение частоты циклов ограничивается скоростью коммутации имеющихся коммутационных элементов.

На фиг. 4 представлена блок-схема коммутационной цепи 1. Главная цепь тока состоит иэ тиристора 12, 1216820 включенного в положительном ответвлении, и диода )3, а также .из включенного в отрицательном ответвлении тиристора 14 и диода 15. Тиристоры .12 и 14 гасятся колебательным контуром LC и тиристорами 1б и 17, подключенными между точкой включения Х и мнимой нулевой точкой, образованной общей точкой конденсато- !!! ров Cl и С2.

Условие нормального фуккциокирования заключается в том, чтобы тиристор 12 гасился надежно до того, когда тиристор 14 зажигается. По этой при-. чине импульс зажигания тиристора 14 по отношению к импульсу зажигания тиристора 16, вызывающего гашение тиристора 1 2, подается с определенной задержкой. ;Д1

Способ управления тиристорами !2„

14,16 и 17, а также целесообразная структура управляющей. цепи б пояс няется на фиг. 5 и б.

Для управления тиристорами 12,14, д

16 и 17 необходимы импульсы зажигания, обеспечивающие переключение в моменты коммутации определяемые в соответствии со значением управляющего напряжения. Генератор 8 управляющего напряжения соединен с сигнальным входом компаратора 18:

Опорный вход компаратора 18 подключен к выходу 3 генератора 20 пилообразных импульсов, выдающего тактовые сигналы с периодом Т. Значение выдаваемого генератором 8 управляющего напряжения $ ())лежит- в пределах U (максимальное) и Ц„„ (минимальное)(фиг.б! . Выход компаратора 18 соединен с входом А логической схемы 21, а также с входом схе-мы 22 задержки. Выход схемы 22 "=адержки соединен с входом С логической схемы 21. Выход 23 генератора !5

20 импульсов подключен к входу В логической схемы 21. К четырем тиристорам относятся Iio одному из iFтырех трансформаторов 24-27 зажигания, которые через логические элементы И 28-31 и усиливающие мощность инверторы 32-35 получают от генератора 36 импульсов зажигания импульсы зажигания, частота которых значительно mimic частоты циклон. Переда1 ча импульсов зажигания управляет я логической схемой 21.

Работа управляющей цепи {фиг.5) поясняется с помощью фиг.б. Гекератор импульсов 20 производит в ри гме тактового сигнала линейно восходящие, "-атем круто нисходящие пилообразные сигналы D v. на восходящем отрезке этих сигналов импульсы прямоугольной формы логического уровня "1".

Пилообразные сигналы D образуют опорный сигнал компаратора 18, т.е. последний производит сравнение управляющего напряжения ((Цсигнала на его входе с пилообразным сигналом D и логический уровень "1" на его выходе появляется в том случае, когда амплитуда. пилообразного сигнала D больше величины управляющего напряже-. ния -1 „® Сигнал D (фиг.б) достигает г.еличины укравляюг его напряжения ((.!) к моменту t, è на выходе появляется импульс А. В следующем цикле сравнение начинается снова и начало импульса А обозначается моментом 1к .

Уровни напряжения подбираются такими, что нулевым значениям управляющего напряжения < (4)соответствуют симметричные импульсы А, т.е. когда величина постоянной составляющей пилообразного сигнала D равна нулю.

Чем положительнее мгновенное значение управляющего напряжениями „(t), тем позднее происходит совпадение, и длительность импульса А пропорциональна этому мгновенному значению. Так как частота циклов значительно выше частоты управляющего напряжения 1- Я), величину последней з цикле можно рассматривать практ1Ически постоянной. . Схема 22 задержки задерживает появляющиеся ка выходе компаратора !

8 импульсы А относительно периода Т на очень непродолжительное время,и на ее выходе появляются задержанные импульсы С (на фиг.б импульс С показан рядом с импульсом А заштрихованной линией). Задержка зависит от типа коммутационкого тиристора, ее величина должна выбираться в соответствии с надежным гашением тиристо. эа.

Тиристоры получают импульсы зажигания от генератора 36 импульсов зажигания в форме высокочастотных остроконечных импульсов. Импульсы зажигания от элементов И 28-31 в течение появляющихся на выходах логической схемы импульсов пропускаются через инверторы 32-35 и трансформаторы 24-27 зажигания, после чего оки, 10

40 поступают на управляющие электроды тиристоров 12, 14, 16 и 17.

Логическая схема 21 производит из импульсов А, B и С для отдельных тиристорон следующие зажигающие сигналы логической схемы (.фиг.6): для тиристора 12: АВ для тиристора 17: В + ВА для тиристора 14: В С для тиристора 16: А В

В сигнале логической схемы тиристора 16 нарисованы также импульсы генератора 36 импульсов зажигания.

При выбранном для иллюстрации способа алгоритме управления тиристором

12 управляют до момента коммутации.

В конце интервала проводимости тиристор 12 гасят путем зажигания тиристора 16 с помощью колебательного контура.

Тиристор 14 получает управляющий импульс только после осуществления задержки, следующей эа временем коммутации, т.е. оба тиристора цели главного тока не могут находиться одновременно во включенном состоянии. Запирание тиристора 14 производят тиристором 17 в конце восходящего участка пилообразного сигнала.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что все тиристоры, не только главные (12 и 14), но и коммутирующие (16

1 и 17), упранляют широкими импульса35 ми или "пакетами" высокочастотных импульсов. Это повьппает функциональную.надежность преобразователя.

Таким образом с помощью изображенной на фиг.5 схемы можно управлять цепью коммутации согласованно с описанной двойной модулируемой по длительности последовательностью импульсов. Хотя выходной ток колеблется в пределах отдельных тактов, 45 его величина в основном соответствует функции управления f (1).

Если функция управления является постоянным напряжением, на выходе появляется постоянное напряжение, величина кЬторого пропорциональна

50 управляющему постоянному напряжению.

При управлении постоянным напряжением с помощью изображенной на фиг.4 схемы коммутации можно построить преобразователь постоянного тока большой мощности, который из питающего напряжения постоянного тока постоянной величины с хорошим КПД производит регулируемое выходное постоянное напряжение. В этом случае генератором 8 управляющего напряжения является стабилизированный источник напряжеиия с изменяемым по величине выходным напряжением.

На фиг. 7 показана блок-схема построенного по описанным принципаМ преобразователя трехфазного тока.

Схема осуществляет преобразование постоянного напряжения в трехфаэное выходное напряжение, изменяемое по частоте и величине.

К каждой иэ трех выходных фаз

R >, S, Т < относится по одной схеме 37, 38 и 39 коммутации. Они могут быть выполнены, например, согласно фиг.4. Управляющие цепи

40 — 42 отдельных цепей коммутации состоят иэ схем согласно фиг.5 или из эквивалентных им схем. Управляющие цепи 40-42 получают тактовые сигналы постоянной частоты по проводу 43 от общего генератора 20 импульсов, и их управляющие входы соединены каждый с выходом генератора 44 трехфазного управляющего напряжения синусоидальной формы. Генератор 44 управляющего напряжения может быть выполнен также, например, в виде трехфазного генератора с механическим приводом. В этом случае управляющее напряжение зависит от скорости нрашения генератора, т.е. от частоты, и эта частотная зависимость в определенном пределе частот имеет такой же характер, что и частотная зависимость трехфазных двигателей, обусловленная напряжением сети. Генератор 44 управляюшего напряжения целесообразнее выполнять без применения вращающихся машин. Частота выходного синусоидального напряжения, состоящая из трех сдвинутых друг относительно друга на

120 фаэ, может устанавливаться с помощью устанавливающего частоту потенциометра 45 в п|ироких пределах (например, 5 †. 150 Гц) в соответствии с желаемой скоростью вращения на любую желаемую величину. Так как н избранной системе коммутации выходной сигнал точно соответствует форме управляющего напряжения, можно путем изменения амплитуды управляюшего напряжения с помощью устанавливаюшего амплитуду потенциометра 46 изменять также величину выходного!

716820 напряжения. С увеличением амплитуды управляющего напряжения увеличивается сдвиг фазы. Теоретическое значение максимального сдвига фазы определяется полупериодом тактового сигнала, из которого вычитается необходимое для переключения тиристОрОв время.

Работа показанной на фиг.7 электрической схемы основана на коммутации, согласованной с уже описачной двойной модулирующей длительность последовательностью импульсов. Коммутационные цепи 37 — 39 включают пе!

О риодически посредством частсты так-тового сигнала, которая боль|пе желае мой выходной частоты. Соотношение положительного и отрицательного управляющих периодов между собой определяется всегда данным мгновен-ным значением управляющего напряжения и поэтому ток, протекающий в присоединенных к точкам Хр, Xs, Хт выходных проводах, точно соответствует форме управляющего напряжения, не считая небольших колебаний, возникающих в ритме тактовых сигналов.

На выходных проводах можно подключать трехфазную нагрузку. На фиг.7 нагрузЗО ка обозначена в виде двух асинхронных двигателей 47 и 48. В асинхронных двигателях обмотка двигателя служит одновременно фильтром, т.е., показанные на фиг.1 индуктивные обмот ки 2 не нужны, В данном случае напряжение на зажимах двигателя имеет показанную на фиг. За и 3 Ь форму.

Форма протекающего через двигатели 47 и 48 тока почти о,цинакова с формой тока при идеально синусоицаль- 1О ном питании и вследствие этого вращение двигателей равномерно и бесшумно даже при самых малых скоростях.

Скорость вращения и мощность двига-. телей 47 и 48 можно регулировать 45 с помощью устанавливающих частоту и амплитуду потенциометров 45 и 46 в пределах регулирования на любую величину.

Для работы изображенной на фиг.7,О цепи тока не нужен источник постоян ного тока с изменяемой величиной выходного напряжения. Схема нагружает сеть постоянного тока в более благоприятных условиях, чем это име- д ет место в известных инверторах.

Это происходит от того, что протекающий через двигатель синусоидальный ТоК нагрузки означает равномерную нагрузку для коммутационных цег,ей. Энергия, отбираемая от источ-;: ника постоянного напряжения в продолжение одного гериода частоты включения (которая значительно больше частоты на выходе и составляет

500-800 Гц1, относительно невелика и колебания нагрузки, обусловленные частотой тактового сигнала,. могут быть выравнены соответствуюшим конденсатором фильтра. Фильтрование облегчается также тем, что частота тактового сигнала имеет независимо от выходной частоты постоянную величину пОэтОму для этОЙ частоты можно определить размер элемента резонансного фильтра.

Ниже гриводятся другие структуры преобразователя, в которых может

Ф быть применен предлагаемый способ.

Схема преобразования постоянного тока в переменный вместе с относящимися к ней коммутационными цепями на фиг.8 обозначена одним общим блоком 49, который в основном выполняется по фиг.7.

Необходимое для работы постоянное напряжение получают из трехфазной сети с помощью выпрямителя 50, подключенного через шины 51 постоян- ного тока к входу постоянного тока блока 49. К шинам 51 постоянного тока через переключатель 52 подключен аккумулятор 53. Номинальное. напряжение шины постоянного тока может быть различным в зависимости от целей применения, но целесообразнее применять напряжение пос".Оянного тока в пределах 550-600 B.

Выходной ток блока 49 определяется производимым генератором 44 управляющего напряжения трехфазным управляющим напряжением и его параметры регулирования потенциометрами 45 и 46„

Основное свойство блока 49 состоит в том, что его можно применять в режиме рекуперации. Это означает, что подключенный к подобной сети двигатель 47 может работать во всех четырех квадрантах диаграммы — момент в функции скорости вращения.

Если двигатель 47 нагружается приводным двигателем, он работает как генератор, т.е. он подает трехфазную энергию в блок 49. Эта энергия выпрямляется блоком 49 и подается

1216820

12 тактового сигнала, равно не нулю, а соответствует определенному значению постоянного напряжения. Частота трехфазного управляющего напряжения равна частоте трехфазного напряжения, подаваемого нагрузкой обратно в направлении блока 49.

Во втором периоде управляющего напряжения, т.е. когда нагрузка определяет текущий в направлении стрелки А ток для блока 49, диоды 13 и 15, а также тиристоры 14 и 12 меняются ролями, и таким образом полярность и величина получаемого постоянного напряжения остаются неизменными.

Энергия, производимая в.режиме обратной связи из выходного напряжения работающего как генератор двигателя 47 и появляющаяся на шинах 51 постоянного тока, используется для зарядки аккумулятора 53 (фиг.8), .

Так как напряжение шин 51 постоянного тока равно 550-600 В, то применение аккумулятора 53 не в каждом случае экономически выгодно.

Для создания постоянной составляющей торможения в двигателе 47 используется подаваемая обратно энергия постоянного тока посредством сдвига симметричности протекающего в двигателе 47 трехфазного тока (фиг.9) . Это осуществляется способом, при котором в трехфазном двигателе в одной из фазовых обмоток производится постоянная составляющая, магнитное поле которой тормозит двигатель.

С этой целью к одному из проводов,. расположенных между подающим трехфазное синусоидальное выходное напряжение генератором 44 управляющего напряжения и управляющим входом блока 49, последовательно подсоединен блок 54 управления, который суммирует синусоидальное переменное напря- жение на этом проводе и постоянную составляюшую, зависящую от подключенного к управляющему входу регулиоовочного напряжения.

Регулировочное напряжение получают с помошью чувствительного элемента 55, подключенного параллельно к шинам 51 постоянного тока. В режиме обратной передачи потока энергии напряжение шин 51 постоянного тока возрастает.

Вследствие этого чувствительный элемент 55 производит для регулирующего блока 54 регулировочное напряже15

20 далее на шины 51 постоянного тока.

Учитывая то, что выпрямитель 50 обычной конструкци.r не способен обратно передавать эту энергию в

5 сеть, энергия, получаемая при торможении, может использоваться для зарядки аккумулятора 53.

Обратная функция блока 49 основана также на коммутации, управляемой двойной модулированной по длительности последовательностью импульсов. В режиме торможения тормозное действие можно усилить, уменьшая управляющую частоту. При заданной частоте момент торможения изменяется также в зависимости от амплитуды модуляции, а именно при больших амплитудах момент торможения становится большим. Поэтому в кранах можно установить скорость опускания груза на предписанную величину при самых различных весах груза и при этом выигрывается значительная часть энергии торможения.

Работа коммутационной цепи в обратном направлении становится понятной из описанного. метода управления и из фиг.4. Предположим„ что от направления нагрузки в направлении стрелки В (фиг.4) протекает ток в направлении коммутационной цепи.

В каждом периоде тактового сигнала управление в направлении размыкания получает то тиристор 12, то тиристор 14. В положительном периоде коммутации ток, протекающий в направлении стрелки В, может свободно проходить назад через диод 13 к положительному ответвлению питающего напряжения, заряжая подключенный там акку-4О мулятор. При зажигании тиристора 14 точка Х соединяется с отрицательным питающим напряжением и диод 15 замыкается. Тиристор 12 в этот момент уже находится в замкнутом состоянии. 45.

Протекающий в направлении стрелки В ток использует энергию подключенного к отрицательному ответвлению сети аккумулятора или конденсатора С1. Если длительность этихдвух полупериодов 50 одинакова, то энергия аккумулятора остается постоянной относительно полного периода тактового сигнала (отбирается столько же энергии, . cKoJIbKo и подводится). Управление, 55 однако, соответствует предписанному управляющему напряжению, поэтому среднее значение, взятое в период

1216820 ние, под воздействием которого постоянная составляющая от блока 54 управления накладывается на фазовый провод, . Постоянная составляющая оказывает на двигатель 47 тормозное действие и возникаюшес в режиме генератора напряжение на клеммах понцжается.

На фиг.101 показана блок-схема предпочтительного варианта выполнения чувствительного элемента 55 и регулирующего блока 54.

Чувствительный элемент 55 состоит из подключенного параллельно к шинам 51 постоянного тока диода Зенера 56 и лампы накаливания 57. Напряжение диода Зенера 56 подбирается таким, чтобы, в случае наличия на шине 51 постоянного тока номинального постоянного напряжения, равного, например, 550 В, лампа накаливания

57 горела с минимальной силой света, Регулирующий блок 54 содержит фотодиод 58, соединенный с ним последовательно резистор 59, а также резистор 60, подключенный между обшей точкой обоих элементов и соединенным с входом 61 генератора 44 управляющего напряжения и конденсатор 62.

Фотодиод 58 подсоединен к положитель ному полюсу питаюшего напряжения.

Схема работает следующим образом„

Фотодиод 58 находится в оптической связи с лампой 57 накаливания.

При загорании лампы накаливания соп-- .5 ротивление фотодиода уменьшается про"

;.порционально увеличению силы света.

Поступающее от генератора 44 управляющего напряжения синусоицальное переменное напряжение приложено к точке деления образованного резис-торами 59 и 60 делителя напряжения, т.е. к точке выхода 61, и его постоянная составляющая 1 синусоидально-. го переменного напряжениями до тех пор равна нулю, пока согласно нормальному напряжению лампа 57 накали-. вания горит с минимальной силой света. В режиме генератора напряже.— ние шин 51 постоянного тока возрастает и вследствие этого увеличивает.ся также сила света лампы 57 накаливания. Фотодиод 58 уменьшает свое сопротивление при увеличении силы света и суммирует возникаюшее 55 на точке выхода 61 переменное напряжение и пропорциональную силе света постоянную составляющую. Таким образом, сдвигается уровень постоянного напряжения одной из фаз управляющего блоком 49 трехфазного напряжения и тем самым в двигателе 47 всзникает постоянная составляющая.

Из обратной функции блока 49 выявляется, что его можно использовать также для выпрямления и что величину полученного постоянного напряжения можно регулировать изменением амплитуды управляющего напряжения в широких пределах.

На фиг. 11 изображен блок 49 скомпонованный в основном таким

iKE p oM, KGK и описанный блок 1, однако его трехфазная выходная сторона подключена через дроссельные катушки 63 — 65 к фазам R, S и Т !

l трехфазной сети. Блок 49 в этом режиме работает как выпрямитель с регулируемым выходным напряжением.

Управляющее напряжение в данном случае отоирается не от генератора 44 управляющего напряжения, а непосредственно из сети, а регулирование выходного напряжения можно осуществлять посредством включенного между входом управляющего напряжения блока 49

V и сетью регулирующего амплитуду блока, например, посредством потенциометра

63. (Низкое напряжение, необходимое для работы управляющей цепи блока 49, отбирается от подключенного к шинам постоянного тока 51 стабилизатора напряжения или от иного подключенного к сети блока питания. При включении показанной на фиг.ll схемы находящиеся в коммутационных цепях тиристоры срабатывают не сразу, так как находящиеся в блоке 49 конденсаторы 18 и 19 (фиг.5) в этот момент еще не достаточно заряжены для работы. Однако конденсаторы Сl, С2 быстро заряжаются диодами 13 и 15, так как эти диоды (рассматривая со стороны переменного тока) установлены в схему преобразования тока.

Показанный на фиг.ll выпрямитель работает в более благоприятных условиях, чем выпрямители, регулируемые тиристорами по принципу управления фазовой отсечкой, так как благодаря применению высокой частоты включений вместо быстрых и мошных толчков тока при включении и выключении пересекающего фазы регулятора постоянного напряжения пройзводятся следую15

10 эь 15

25

35

45

55 щие друг за другом в быстрой последовательности толчки тока с малой энергией. Эти высокочастотные колебания в необходимой мере отфильтровываются дроссельными катушками

63-65, и не нужно устанавливать специальную фазокомпенсационную схеl му перед блоком 49, работающим с ve гулируемым напряжением в схеме преобразования тока. Устраняя толчки тока, уменьшают уровень поступающих в сеть различных сигналов помех.

Кроме того, блок 49 способен прои водить из постоянного напряжения сет с изменяемыми по величине частотой и напряжением, а также получать из переменного напряжения изменяемое по величине постоянное напряжение (фиг.8 и 11) .

Схема (фиг.7) способна также получать изменяемое по величине постоянное напряжение; в данном случае вместо трех коммутационных цепей нужно применять только одну коммутационную цепь,с единственной управляю щей цепью. При этом управляющее напряжение является постоянным и схему можно считать преобразователем постоянного тока.

Из блока 49 можно образовать регу лируемый источник переменного напряжения, синхронизируя в показанном на фиг.8 положении частоту управляющего напряжения с сетью и осуществляя регулирование амплитуды с помощью регулирующего амплитуду .потенциометра 46. Регулятор напря жения можно выполнить как однофазным, так и многофазным.

Из перечисленных рассуждений очевидно, что возможности применения блока 49 черезвычайно разнообразны и что блок 49 обладает значительными преимушествами в каждой области применения по сравнению с известными в ней решениями.

На фиг. 12 показана схема преобразования тока, содержащая как блок

49, так и блок 49 . С помощью такоI го расположения обеспечивается непрерывное изменение скорости вращения и мощности двигателей переменного тока, работающих от трехфазной сети, а именно, в режиме, позволяющем осуществлять рекуперацию энергии, т.е. работу в режиме четырех квадрантов, в котором освобождающаяся при торможении энергия нозврашается обратно в сеть н форме напряжения, синхронного с трехфазной сетью.

Показанная на фиг. 12 схема соответствует изображенному на фиг.8 расположению с тем различием, что вместо выпрямителя 50 для выпрямления трехфазной мощности применена изображенная на фиг. 11 схема, Блок 49 получает из трехфазной сети пропорциональное трехфазному напряжению сети трехфаэное управляющее напряжение через регулируюший амплитуду потенциометр 66 и провод 67. Вследствие этого на шинах постоянного тока появляется постоянное напряжение. Хотя величину Пос- . тоянного напряжения можно регулировать с помощью регулирующего амплитуду потенциометра 66, однако функция системы в общем не требУет такого регулирования.

К шинам 51 постоянного тока подключена сторона постоянного тока блока 49, конструктивно выполненноI го так же, как и блок 49 . На выходе блока 49 появляется трехфаэное выходное напряжение, изменяющее свою частоту и величину описанным образом, которое служит для питания подключенного двигателя 47. Регулирование выходной частоты и выходного напряжения осуществляется с помощью регулирующего частоту потенциометра 45 и регулирующего амплитуду напряжения потенциометра 46 описанным образом.

Совместное включение сторон постоянного тока одинаково выполненных

Iy блоков 49 и 49 позволяет объединить конденсаторы Сl, С2 фильтра и включить в схему общий генератор 20 импульсов.

Изображенная на фиг. 12 схема способна осуществить протекание энергии в обоих направлениях. Если мотор нагружен моментом вращения, то блок 49 работает как выпрямитель, а блок 49 — как инвертор, и отобранная иэ трехфазной сети энергия приводит двигатель во вращение со скоростью, соответствующей установленной частоте. Если двигатель

47 через подключенную к нему систему передачи энергии получает ускорение по сравнению с установленной скоростью вращения, то он начинает работать как генератор, и происходя17

1216820 щая от развиваемой им мощности торможения трехфазная энергия преобразуется блоком 49 в мощность постоянно-. го тока; от этой энергии работающий

S как инвертор блок 49 получает мощность, которая соответствует трехфазной сети по частоте и фазе и возвращается в нее.

С помощью изображенной на фиг.12 схемы можно приводить двигатели трехфазного тока от имеющихся трехфазных сетей при таких условиях, как будто бы речь идет о двигателях постоянного тока, питаемых от сети постоянного тока, поскольку осуществляются как непрерывное регулирование мощности и скорости вращения, так и режим рекуперации при торможении. Схема питает попключенный к ней двигатель синусоидальным напряжением и возвращаемая в сеть энергия имеет точную форму сигнала сети, т,е ° устраняются толчки энергии известных тиристорных систем.

1216820

1216820

12l6820

Составитель Г.Мыцык редактор,Н,Рогулич ТехредТ.Дубинчак КорректоР Е.Сирохман

Заказ 1004/60 Тираж 632 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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