Устройство для импульсно-фазового управления трехфазным преобразователем

 

Изобретение относится к электротехнике и.предназначено для управления трехфазными тиристорными преобразователями . Целью изобретения является повышение точности и стабильности, Изменение фазы импульсов при изменении сигнала управления обеспечивается смещением фазы моментов открытия транзисторов распределителя за счет изменения напряжения на резисторе 29 нагрузки распределителя с помощью усилителя 26 и транзистора 30 и .изменением напряжения усилителя 27, за: 37lW ш (Л yvV

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Ai (191 (11) (5ц 4 Н 02 M 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 358577)/24-07 (22) 29.04.83 (46) 07.02.87. Бюл. )) - 5 (71) Московский энергетический институт и Производственное объединение

"Новокраматорский машиностроительный завод" (72) В.И.Ключев, С.В.Ежов, В.Н.Остриров, А.А.Данченков, )0.Т.Калашников, N.M.Êoøåâîé, В.П.1))олтыш и В.И.Пузанов (53) 621.314.27(088.8) (56) Писарев А.Л., Деткин Л.П. Управление тиристорными преобразователями. — М.:Энергия, 1975, с.22-27.

Авторское свидетельство СССР

У 915205, кл. H 02 M 7/12, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЪСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЬ)М ПРЕОВРАЗОВАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и,предназначено для управления трехфазными тиристорными преобразователями. Целью изобретения является повышение точности и стабильности.

Изменение фазы импульсов при изменении сигнала управления обеспечивается смещением фазы моментов открытия транзисторов распределителя за счет изменения напряжения на резисторе 29 нагрузки распределителя с помощью усилителя 26 и транзистора 30 и .изменением напряжения усилителя 27, за.

1288859 дающего уровень напряжения, до которого должен зарядиться конденсатор

23 до момента выдачи импульса. Смещение фазы по каналу распределителя и по общему каналу фазосмещения обеспечивает в сумме диапазон изменения о угла регулирования от 0 до 180 . Точность регулирования фазы импульсов по общему каналу фазосмещеИзобретение относится к электротехнике и предназначается для управления трехфазными тиристорными преобразователями электроприводов, работающих в полевых условиях при относи- 5 тельно маломощных сетях и возможных колебаниях напряжения сети.

Цель изобретения — повышение точности и стабильности.

На фиг.1 приведена схема устрой10 ства; на фиг.2 — временные диаграммы напряжений„поясняющие работу устройства.

Устройство содержит ключевой элемент 1, пороговый элемент 2, регулируемый источник 3 тока, нуль-орган 4, генератор 5 пилообразного напряжения, задающий генератор 6, источник 7 напряжения, коммутатор-распределитель

8 и усилители 9-11 импульсов.

Элемент 1 подключен между общей точкой устройства и анодом стабилитрона 12, катод которого подключен к выводам усилителей 9-11. Параллельно 25 элементу 1 подключены два резистивных делителя, состоящих из последо— вательно включенных резисторов 13

15 один и резисторов 16 и )7 другой.

Пороговый элемент 2 состоит из тран- 30 зистора 18, между эмиттером и базой которого включен резистор 19, база через диод 20 подключена к точке соединения резисторов 14 и 15 делителя, а коллектор подключен к управляющему входу ключевого элемента. Регулируемый источник 3 состоит из транзистора 21, эмиттер которого через резистор 22 подключен к аноду стабилитрона 12, база подключена к точке сое- 40 динения резисторов 13 и 14 делителя, а коллектор — к эмиттеру транзистора ния обеспечивается введением резистора 22 обратной связи в цепь эмиттера транзистора 21, благодаря чему он работает в режиме источника тока, и формированием крутого фронта пилы в моменты выдачи импульсов благодаря включению конденсатора 23 в цепь эмиттера транзистора нуль-органа 4. 2 ил.

18 элемента 2. Нуль-орган 4 выполнен на транзисторе, коллектор которого подключен к коллектору транзистора

21 источника 3, а база — к второму выходу генератора 6.

Генератор 5 состоит из конденсатора 23, диода 24 и резистора 25, причем один вывод конденсатора 23 подключен к общей точке устройства, а другой — к эмиттеру транзистора нульоргана 4 и через диод 24 и резистор

25 — к аноду стабилитрона 12. Генератор 6 состоит из двух операционных усилителей 26 и 27, неинвертируюшие входы которых подключены к общей точке схемы, выход операционного усилителя 26 является первым выходом генератора 6 и подключен к входу коммутатора-распределителя 8, а выход операционного усилителя 27 является вторым выходом и подключен через диод

28 к базе транзистора нуль †орга 4.

Источник 7 своим отрицательным выводом подключен к резистивному сумматору на инверсных входах операционных усилителей 26 и 27, а положительным выводом — к общей точке устройства. Коммутатор-распределитель 8 собран на трех коммутаторах, содержащих транзисторы и выпрямители, нагрузкой которых является резистор 29 и шунтирующий его транзистор 30, коммутатор-распределитель 8 подключен к общей точке схемы и своими тремя выходами подключен к входам усилителей 9 — 11.

В усилителях 9-11 вторичные обмотки 31-33 синхронизирующего трансформатора через диоды 34-36 подключены соответственно к выводам накопительных конденсаторов 37-39, которые

1288859 зашунтированы последовательно включенными тиристорами 40-42 и обмотками 43-45 выходных трансформаторов.

Устройство работает следующим образом. 5

Ключевой элемент 1, пороговый элемент 2, источник 3, нуль-орган 4 и генератор 5 формируют последовательность импульсов, следующих через

120, синхронизированную с сетью мо- 10 ментами открытия транзисторов коммутатора †распределите 8. Изменение фазы импульсов при изменении напряжения управления Uö обеспечивается смещением фазы моментов открытия тран — 15 зисторов коммутатора-распределителя

8 за счет изменения напряжения на резисторе 29 с помощью усилителя 26 и транзистора 30, а также изменением напряжения усилителя 27, задающего 20 уровень напряжения, до которого дол— жен зарядиться конденсатор 23 до момента выдачи импульса. Смещение фазы по каналу распределителя и по общему каналу фазосмещения, реализующему вертикальный принцип управления, обе— спечивает в сумме диапазон изменения угла регулирования от 0 до 180

Работа общего канала фазосмещения, в котором формируется последователь- 30 о ность импульсов, сдвинутых на 120 поясняется. графиками (фиг.2). Здесь показана трехфазная система напряжений питания фаз преобразователя (фиг.2,а) и зависимость от времени 35 напряжения на тиристоре ключевого элемента 1 U„ =f(dt) (фиг.2,б) .

Перед очередным отсчетом времени задержки выдачи импульса происходит 40 заряд конденсатора 37, 38 или 39 до амплитуды напряжения обмотки 31, 32 или 33. В момент открытия транзистора коммутатора-распределителя 8 это напряжение через стабилитрон 12 по- 45 дается на тиристор элемента ключа 1 и во время заряда конденсатора 23 изменяется незначительно. Этим напря— жением через транзистор 21 и нуль-орган 4 производится заряд конденсатора 23 до напряжения на резисторе 17

U,,определяемого напряжением U, на

17 ключе 1 и напряжением на выходе усилителя 27. При возрастании напряжения на конденсаторе 23 Б до значения, близкого Ц, транзистор нульоргана 4 запирается и темп нарастания напряжения U „, где U — напряжение на коллекторе транзистора нулЬоргана 4 относительно общей точки, резко увеличивается (фиг.2,в). Когда напряжение U, в цепи эмиттер-база транзистора нуль-органа 4 сравнивается с напряжением U è при U U „ эч на вход элемента 1 через элемент 2 поступает импульс, открывающий тиристор элемента 1.

Ток разряда накопительного конденсатора 37, 38 или 39 увеличивается скачком, открывается тиристор 40, 41 или 42, на выходе соответствующего импульсного трансформатора 43, 44 или 45 выдается управляющий импульс, а тиристор элемента 1 после разряда конденсатора 23 вновь запирается. Чео рез 120 открыается следующий канал коммутатора-распределителя 8 и работа схемы повторяется.

Точность регулирования фазы импульсов по общему каналу фазосмещения обеспечивается введением резистора 22 в цепь эмиттера транзистора

21, ввиду чего этот транзистор работает в режиме источника тока, и фор— мированием крутого фронта пилы в моменты выдачи импульсов благодаря включению конденсатора 23 в цепь эмит<сгера транзистора нуль-органа 4. Как следствие, влияние разброса парамет— ров транзисторов сводится к минимуму.

Обеспечение стабильности максимального угла регулирования Ы „, =150 поясняется графиками (фиг.2б и в), где сплошные линии соответствуют U

= U„, а штриховые — U = 0,5 U„,„

В устройстве имеются два делителя напряжения, состоящих из резисторов

13-17, включенных параллельно тиристору элемента l. Когда тиристор элемента 1 закрыт, то эти делители питаются от конденсаторов 37, 38 или

39, которые заряжаются от обмоток 31, 32 или 33 синхронизирующего трансформатора до напряжения, пропорционального напряжению сети.

В точках соединения резисторов указанных делителей напряжение также пропорционально напряжению сети, исключая U„ в режиме, когда оно больше напряжения на выходе усилителя 27, так как при этом часть тока, протекающего через резистор 16, ответвляет ся через диод 28 на усилитель 27 и не создает падения напряжения на резисторе 17.

Поскольку база транзистора 21 подключена к точке соединения резисторов

5 !2888

13 и 14 делителя, а напряжение на базе транзистора задает величину тока коллектора, то источник 3 является регулируемым. Ток, протекающий через регулируемый источник 3 при закрытом тиристоре элемента 1, пропорционален напряжению сети.

Пороговый элемент 2, база транзистора 18 которого через диод 20, защищающий ее от обратных токов,подключена к точке соединения резисторов 14 .и 15 делителя, пропускает сигнал на управляющий вход ключевого элемента 1, когда напряжение на эмит- 15 тере транзистора 18 начинает превышать напряжение на его базе. Поскольку потенциал на базе транзистора 18 пропорционален напряжению сети, то и порог срабатывания элемента 2 пропор- 20 ционален напряжению сети, следовательно пороговый элемент регулируемый.

Делитель на резисторах 16 и 17 обеспечивает регулирование момента 25 запирания транзистора нуль-органа 4 в зависимости от величины напряжения сети, так как транзистор нуль †орга

4 запирается, когда напряжение на его эмиттере достигает величины на- З0 пряжения на его базе, которое, если пренебречь влиянием усилителя 27, пропорционально напряжению сети и обеспечивает стабильную выдачу импульса на силовые тиристоры преобразователя при d.- =< „ . Влияние усилителя 27 сводится к уменьшению U и, 11 следовательно, к регулированию в сторону его уменьшения.

Напряжение на резисторе 13, задаю- 10 щее ток заряда накопительного конденсатора 23, и напряжение на резисторе

17, задающее уровень, до которого заряжается конденсатор 23, определяются только напряжением на тиристоре 45 ключевого элемента 1, которое пропорционально амплитуде напряжения сети в момент, предшествующий отсчету вре-. мени задержки выдачи импульса. Поэтому при U = 0,5 11„ в два раза снижаются как ток заряда конденсатора, так и напряжение на резисторе 17, до которого заряжается конденсатор, и время задержки (фиг.2, штриховая линия) остается неизменным (< „ сопз ) Стабильность работы схемы при глубоких снижениях напряжения питания дополнительно увеличивается за счет того, что падение напряжения на

59 6 резисторе 15 U тоже пропорциональ15 но U, и при снижении напряжения до

0,5 UÄ, снижается вдвое до значения (фиг.2в) и, следовательно, вдвое уменьшается порог срабатывания регулируемого порогового элемента 2.

Для управления фазосмещением по двум каналам, требующим различных законов управления с целью получения линейной регулировочной характеристики во всем диапазоне регулирования о, задающий генератор 6 включает два операционных усилителя 26 и 27.

На входах усилителей 26 и 27 U сумМ мируется с напряжением смещения, поступающим от источника 7, который обеспечивает установку начального угла регулирования при U =О.

Усилитель 26 задает ток базы транзистора 30 коммутатора-распределителя 8 и может открывать его или держать закрытым, шунтируя с помощью этого транзистора резистор 29. В результате получается, что мостовая схема выпрямления с резисторами, вклю- ченными последовательно с диодами анодной группы и нагрузкой в виде резистора 29, зашунтированного транзистором 30, которая выполняет функции коммутатора-распределителя 8, имеет регулируемую нагрузку. Такая схема может смещать точки коммутации диодов в сторону опережения по отношению к точкам естественной коммутации в классической мостовой схеме в пределе на 60

Усилитель 27 через диод 28 управляет потенциалом базы транзистора нуль †орга 4 так, что может лишь уменьшить потенциал на базе этого транзистора по сравнению с тем потенциалом, который создается делителем на резисторах 16 и 17. Причем диод

28 препятствует протеканию тока с выхода усилителя 27 в базу транзистора нуль-органа 4, так как это приводит к искажению формы пилообразного напряжения на конденсаторе 23 и к появлению 1 „ . Через усилитель 27 обеспечивается регулирование угла управления по вертикальному принципу в пределах 120 эл.град.

Использование напряжения источника 7 в качестве сигнала смещения напряжения, включенного на входы сумматора операционных усилителей 26 и

27, постоянное напряжение которого пропорционально напряжению сети, поз1288859 воляет настраивать начальный угол регулирования, а в сочетании с тем, что темп нарастания пилообразного напряжения на генераторе 5 тоже пропорционален напряжению сети, обеспечивает постоянство настройки при колебаниях напряжения сети.

Отсутствие в усилителях 9-11 в цепи заряда накопительных конденсаторов 37-39, резисторов позволяет более точно фиксировать напряжение сети и следовательно увеличить точность фазосмещения.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности регулирования фазы импульсов при разбросе параметров транзисторов, повышение надежности и стабильности работы при изменениях напряжения се.ти в широких пределах и уменьшение габаритов устройства за счет отказа от стабилизированных источников питания.

Формула и з о брет ения

Устройство для импульсно-фазового управления трехфазным преобразовате— лем, содержащее ключевой элемент, первый вывод которого подключен к общей точке устройства, генератор пилообразного напряжения, задающий генератор, первый выход которого соединен с первым входом трехканального коммутатора-распределителя, вторые входы которого подключены к первым вторичным обмоткам синхронизирующего трансформатора, первичные обмотки которого подключены к питающей сети, выход каждого канала коммутатора-распределителя соединен с первым выводом соответствующего усилителя импульсов, выходы усилителей импульсов являются выходами устройства, каждый усилитель импульсов содержит накопительный конденсатор, первый вывод которого соединен с катодом диода, второй вывод — с первым вы-! водом соответствующей второй вторичной обмотки синхронизирующего трансформатора, вторые выводы усилителей импульсов соединены между собой,о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и стабильности, оно снабжено нуль-органом, выполненным на транзисторе, регулируемым источником тока, содержащим тран10 зистор и резистор, пороговым элементом, двумя резистивными делителями, стабилитроном и источником напряжения, задающий генератор снабжен сумматором, причем источник напряжения выполнен в виде выпрямителя, подключенного к питающей сети, выходы источника напряжения подключены к общей точке устройства и первому входу сумматора задающего генератора, второй

211 вход которого предназначен для подачи управляющего напряжения, второй выход задающего генератора соединен с выходом первого резистивного делителя и с базой транзистора нуль-орга25 на, эмиттер которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения, коллектор подключен к первому входу порогового элемента и к коллектору транзистора регулируемого источЗ0 чика тока, база которого подключена к первому выходу второго резистивного делителя, эмиттер через резистор соединен с первыми выходами обоих резистивных делителей, выходом гене35 ратора пилообразного напряжения и вторым выводом ключевого элемента, который через стабилитрон соединен с вторыми выводами усилителей импульсов, второй выход второго резистивного делителя подключен к второму входу порогового элемента, выход которого соединен с управляющим входом ключевого элемента, вторые входы обоих резистивных делителей соединены с общей точкой устройства, а в каждом усилителе импульсов второй вывод второй вторичной обмотки синхронизирующего трансформатора соединен с анодом диода.

1288859 C - айном

Составитель В .Миронов

Редактор M.Áëàíàð Техред И.Сердюкова Корректор Е.Рошко

Заказ 7820/55 Тирах 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4