Одноканальное устройство для управления многофазным тиристорным преобразователем

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (511 4 Н 02 М 1/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4225520/24-07 (22) 07.04.87 (46) 07.!1.88. Б ол. № 41 (71) Ульяновский политехнический институт (72) С.Н. Сидоров (53) 621,316,727(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1102008, кл. Н 02 М 7/12, 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1091298, кл. Н 02 М 5/257, 1984, „„Я0„„1436220 А 1 (54) ОДНОКАНАЛЪНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЬ?М THPHCTOPHbM

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ (5 7) Изобретение относится к устройствам для- управления многофазными тиристорными преобразователями, может быть использовано для управления сетевыми преобразователями в широком диапазоне изменения угла управления, Цель изобретения — упрощение устройства. Уст11ойство содержит формирова1436220

30 тель синхронизирующих импульсов 1, генератор опорного сигнала 2, три устройства сравнения опорного сигнала с соответствующим управляющим сигналом 9-11, равным U -(п-1)U «, где напряжение смещения, равное амСм 4, плитуде опорного сигнала, а также распределитель 3 импульсов управления.

Поставленная цель достигается благодаря использованию в работе распределителя 3 циклического закона чередования работающих вентилей в сетевых преобразователях. Использование этого закона и дает возможность выполнить распределитель 3 в виде коль-!

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления многофазными тиристорными преобразователями электрической энергии непосредственного типа (регуляторами переменного напряжения, выпрямителями, непосредственными преобразователями частоты и др.), управление которыми осуществляется в широком диапазоне изменения угла включения тиристоров.

Цель изобретения — упрощение устройства путем сокращения числа элементов в составе распределителя удравляющих импульсов.

На фиг. 1 представлена схема устройства, на фиг. 2 - временные диаграммл, поясняющие работу устройства при отработке линейно возрастающего и убывающего сигнапа управления.

Силовая часть выполнена на симметричных тиристорах (симисторах) гго схеме трехфазного регулятора переменного напряжения и подключена так же,. как устройство управления к общей трехфазной сети, где 11, Ug, U <— напряжения фаз сети; 1! - управляющее напряжение, прикладываемое к входам фазосдвигающего блока; У - напряжение смещения, равное амплитуде опорного напряжения; U u, - импульсы управления для 1, 2, 3-го тиристора;

U — напряжение, выделяющееся на выходе j-го элемента схемы. ценой схемы на основе триггеров 1517 и двувходовых схем совпадения !2"

14> количество которых равно числу управляемых тиристоров. Для синхронизации работы распределителя с сетевым напряжением используются блок запуска 4, содержащий формирователь запускающего импульса 21, подключенный входом к одному из выходов формирователя синхроимпульсов 1, а также цепь блокировки 22, 23, обеспечивающая подачу запускающего импульса в соответствующий канал распределителя

3 лишь при условии нулевого напряжения управления. 2 ил.

Устройство содержит формирователь

1 синхронизирующих импульсов, фазосдвигающий блок 2, распределитель 3 импульсов управления и формирователь

4 запускающего импульса. Формирователь 1 синхронизирующих импульсов имеет три выхода 5-7 по числу силовых тиристоров, Фазосдвигающий блок имеет в своем составе генератор 8 напряжения, а также три элемента.9»»11 сравнения. Распределитель управляющих импульсов содержит двувходовые элементы И 12-14 и RH-триггеры 15-17 с выходами, нагруженными на конденсаторы 18-20.

Формирователь 1 входами подключен к источнику трехфазного сетевого напряжения, а выходами 5-7 — к входу генератора 8. Выход последнего связан с параллельно соединенными первыми входами элементов 9-11 сравнения.

Второй вход элемента 9 подключен к источнику управляющего напряжения второй вход элемента 10 подключен к источнику напряжения U -U „ второй вход элемента 11 подключен к источнику напряжения U>-2!!... где U — посто.янное напряжение смещения, равное амплитуде опорного напряжения.

Блок запуска содержит формирователь 21 запускающего импульса, который входом соединен с выходом 6 формирователя 1, а также цепь блокировки, выполненную в виде элемента НК 22, 1436220 подключенного входом к источнику управляющего напряжения U> а выходом связанного с первым входом двувходового элемента И 23, при1ем второй

5 вход по сл едне г о под ключе н к выходу формирователя 21. В составе распре делителя 3 элементы И 12-14 и RSтриггеры 15-17 образуют кольцевую схему, в которой триггер 15 одним 10

I выходом, нагруженным на «онденсатор

18, связан с первым входом элемента

И 12, а также с R-входом триггера 17.

Выход элемента И 12, предназначенный для подключения к управляющему входу 15 тиристора фазы а, связан с $-входом триггера !б. Пос11едний своим выходом, нагруженным на конденсатор 19, связан с первым входом элемента И 13, а также с R-входом трие гера !5 . Выход эле- 20 мента И 13, пред11азначенныи для подключения к управляющему входу тиристора фазы с, связан с S-входом триг-. гера 17, Б cBQI0 очередь последний выходом посредством параллельного конденсатора 20 связан с первым входом элемента И 14 и R-входом триггера 16.

Выход элемента И 14 подключен к, Sвходу триггера 16. Этот выход служит также для подключения к управляющему 30 входу тиристора фазы Ь. S-вход триггера 15 подключен к выходу цепи блокировки, т.е. к выходу элемента И 23.

Синхроимпульсы, формируемые на выходе

6 формирователя 1, синхронизируются напряжением фазы b.

Устройство работает следующим образом.

Первоначальный запус« осуществляется при нулевом или достаточно ма- 40 лом напряжении управления на входах блока 2, не превышающем амплитуды .опорного напряжения U>сП . В противном случае выход схемы 4 запуска заблокирован с помощью элементов 22 и 45

23, в результате запускающий импульс с выхода формирователя 21 не поступит на вход кольцевой схемы распределителя. Так как триггеры 15-17 распределителя в исходном состоянии 50 имеют на своих выходах нулевое напряжение, элементы И 12-14 распределителя также заблокированы, управляющие импульсы на тиристоры не поступают. Таким образом, запуск состо- 55 ится лишь при условии достаточно малого напряжения управления.

При подаче напряжений сети на выходах блока 1 формируются кратковрем нные синхронизирующие импульсы совпадающие с моментами прохождения фазных напряжений через нуль в обоих напряжениях (фиг. 2). Импульсы на выходе 5 опережают импульсы на выходе

6 на IF/3 радиан, а последние также опережают импульсы на выходе 7 íà 11/3 радиан, С приходом каждого синхроимпульса происходит запуск генератора опорного напряжения, формирующего на своем выходе периодически изменяющеt еся напряжение пилообразной формы с частотой, превышающей частоту сети в 6 раз, Опорное напряжение имеет амплитудное значение U =U . Одновремен-.

PIl См

110 с этим первый синхроимпульс с ве1хода 6 фор енрователя i поступает на вход формирователя 21. Данный форме1рователь представляет собой одновибратор, срабатывае1еее которого про-исходит однократно после подачи напряжения питания (первоначального запуска) Б момент пост плен11я на его вход первого синхроимпульса, При срабать, ванин формирователя 2 «îðî i«»ii импульс с его выхода подается на один из выходов элемента И 23.

При условии, что напряжение управления при запуске достаточно мало или равно нулю, на второй вход элемента

И 23 с выхода элемента НЕ 22 будет подано напряжение, соответствующее логической "!", в результате чего первый синхроимпульс с выхода формирователя 21 поступит на Б-вход одного из триггеров распределителя, в данном случае триггера 15. Последующий за этим переход указанного триггера в состояние "1" приведет к появлению на первом входе элемента И 12 логической "1". В результате данный элемент будет подготовлен к-тому, что первый управляющий импульс с выхода блока 2 будет пропущен этим элементом на управляющий вход тиристора фазы а. При этом поступление сигнала-"Лог.

1" с выхода триrгера 15 íà R-вход триггера 17 не изменит исходного состояния последнего, После этого работа распределителя 3 продолжится по принципу замкнутой кольцевой схем», при этом управляющее напряжение на входах блока 2 может изменяться по произвольному закону, При возрастании управляющего напряжения устройство работает следующим образом.

1436220

ЗО

При подаче напряжения управления на входы фазосдвигающего блока 2 на выходах элементов 9-11 сравнения формируются кратковременные импульсы управления, формирование которых происходит в соответствии с известным вертикальным принципом в моменты равенства убывающих опорных напряжений с сигналами управления, подаваемыми 10 на вторые входы элементов 9-11 сравнения.

Если возрастающее напряжение управления находится в пределах 0 U CU у- оп управляющие импульсы будут формиро- 1б ваться лишь на выходе элемента 9 сравнения, так как в этом случае результирующий управляющий сигнал на вторых входах элементов 1О и 11 .будет иметь отрицательный знак и сравнение 20 этих сигналов с положительным опорным напряжением на входах элементов 10 и

11 будет невозможным. С выхода элемента 9 управляющие импульсы поступят на объединенные вторые входы элемен- 25 тов И 12-14 распределителя 3. К моменту поступления первого управляющего импульса лишь один из элементов И

l2-14, а именно 12, готов передать этот импульс на управляющий вход тиристора. Остальные элементы И 13 и

14 будут блокированы, так как триггеры 16 17 будут находиться в состоянии "0", С выхода элемента И 12 управляю35 щий импульс будет подан на Я-вход триггера 16. Переход триггера 16 в состояние "1" обеспечит появление напряжения на первом входе элемента И

13. Одновременно с этим сигнал с выхода триггера 16 поступит на H-вход триггера 15, возвращая последний и состояние "0". Благодаря подключению к выходу триггера 15 конденсатора воз-4 врат этого триггера в состояние "0" не приведет к мгновенному блокированию элемента И 12, поэтому с выхода этого элемента управляющий импульс будет иметь конечную длительность. К моменту поступления с выхода блока

2 второго управляющего импульса в под,готовленном состоянии окажется элемент И 13,а; остальные элементы И . распределителя будут блокиРованы.

Второй управляющий импульс будет подан с выхода элемента И 13, на управляющий вход тиристора фазы 1>, а также на S-вход. триггера 17.

Сигнал "Лог. 1" с выхода триггера

17 подается íà R-вход триггера 16, что приводит к возврату последнего в состояние "0" и последующей блокировке элемента И 13, Одновременно с этим сигнал "Лог. 1" будет подан на первый вход элемента И 14 и он окажется в подготовленном состоянии. Так как остальные элементы И распределителя будут к этому времени блокированы, третий управляющий импульс с выхода элемента 9 будет пропущен элементом И

14 на тиристор фазы с, а также на Бвход триггера 15. В дальнейшем работа устройства будет происходить аналогично. В связи с тем, что управляющее напряжение в рассмотренном случае .не превышает амплитуду опорного напряжения, управляющие импульсы будут подаваться на тиристоры с углами управления в диапазоне 2Г!3àî(<Т, Если управлявщее напряжение возрастет и окажется в пределах U „ U > с

6 211„, то управляющие импульсы будут формироваться уже на выходе элемента

И 10 сравнения, так как результирую,щий сигнал управления на втором входе этого элемента будет меньше амплитуды опорного напряжения и вместе с тем больше нуля. На выходах остальных элементов формирование импульсов прекратится. Ллгоритм циклической работы распределителя 3 сохранится преж- ним и потому в данном случае не рассматривается. Закон изменения фазы управляющих импульсов, подаваемых на тиристорш дри переходе управляющего напряжения из первой зоны

0 ЙБуЫ,„на вторую зону 1оп U сЫоа также останется без изменения. Этот вывод можно сделать, сравнивая работу предложенного устройства с работой многоканальных систем импульснофазового управления. В многоканальной системе управления формирование управляющих импульсов при величинах управляющего напряжения Uö,QJ у 211 „ будет происходить в моменты равенства этого напряжения с опорными сигналами, которые также должны изменяться в пределах U д kU -2U „. По сравне-. нию с многоканальной системой управления предложенное одноканальное устройство отличается тем, что переходу из первой эоны управления во вторую предшествует мгновенное уменьшение обоих сравниваемых напряжений (управляющего и очередного опорного) на

1436220 одну величину, равную амплитуде опорного напряжения одноканального устройства. В результате такого уменьшения величин сравниваемых сигналов фазы формируемых управляющих импульсов в обоих сравниваемых вариантах систем управления будут одинаковы, при этом тиристоры будут управляться в диапазоне углов управления Г/3 (( (2Т(/3 ..

Если управляющее напряжение, возрастая, окажется в пределах 2Uää(U>( (ЗБ„, то управляющие импульсы будут формироваться только на выходе элемента 11 сравнения, так как на втором входе только этого элемента будет присутствовать управляющий сигнал, не превышающий амплитуды опорного на,пряжения. На вторых входах остальных элементов 9 и 10 сравнения в составе фазосдвигающего блока будут приложены управляющие сигналы, превышающие указанный уровень, в результате формирование импульсов на выходах элементов

: 9 и 10 прекратится.

Алгоритм циклической работы распределителя 3 и в данном случае не изменится, поэтому непрерывное увеличение. управляющего напряжения при переходе из второй зоны управления

Uопа3у(2U0ï в третью зону 2Uоп -Uó(ÇUÎË будет сопровождаться таким же непрерывным уменьшением угла управления тиристорами. Поэтому управляющие импульсы будут формироваться. с углами управления в диапазоне 0(Ы(Г/3, При дальнейшем возрастании управля ющего напряжения сигналы на вторых входах элементов 9-11 сравнения будут превышать опорное напряжение и формирование управляющих импульсов станет невозможным. Поэтому суммарный диапазон фазового управления, который можно получить в данном,устройстве, составляет 0 (d,(7.

При необходимости дальнейшего увеличения диапазона управления необходимо увеличить число элементов сравнения в составе фазосдвигающего блока.

При уменьшении управляющего напряжения процессы в устройстве будут происходить аналогично.

Таким образом, предложенное устройство отличается конструктивной простотой. Упрощение достигнуто за счет выполнения распределителя управляющих импульсов в виде кольцевой схемы, содержащей три элемента памяти (триггера) и такое же количество двувходовых элементов И, а также оснащения устройства цепью первоначаль5 ного запуска, содержащей два логических элемента и одновибратор;

Упрощение достигнуто при сохранении всех функциональных воэможностей и достоинства известного устройства, т.е. сохранена высокая симметричность управляющих импульсов за счет использования одного генератора опорного напряжения, обеспечена повышенная динамическая точность в связи с тем, что выработке каждого управляющего импульса предшествует однократное срабатывание устройства сравнения.

20 Указашые достоинства, а также конструктивная простота расширяют области применения предложенного устройства, одной из которой может стать тиристорный электропривод.

Формула изобретения

Одноканальное устройство для управления многофазным тирнсторным преобразователем, содержащее формироваgp тель синхронизирующих импульсов с выходами по числу фаз, фазосдвигающий блок, выполненный на генераторе опорного напряжения, подключенном входом к выходам формирователя син- хронизирующих импульсов и элементах сравнения, первые входы которых соединены с выходом генератора опорного напряжения, а вторые входы — с соответствующим источником управляющего

40 напряжения paBHbM U -(n-1) U

Б „, — напряжение смещения, равное амплитуде опорного напряжения, n — порядковый номер источника управляющего напряжения, а также распределитель управляющих импульсов, содержащий двувходовые элементы И по числу фаз, выходы которых являются выходами одноканального устройства для управления многофазным тирнсторным преобразователем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, введен блок запуска, содержащий формирователь

,запускающего импульса, подключенный . входом к одному из выходов формирователя

55 синхронизирующих импульсов, и цепь блокировки, выполненную в виде элемента И, входом подключенного к источнику управляющего напряжения U и двувходового элемента И, первый

1436220

10

Va VI! Vc

Ц

Vg

У7!

1 !1

I I! 1 ! 1

: I ! Ъ

Vi1

Составитель А. Киселев

Редактор А.Мотыль Техред М. Ходанич

Корректор В.Романенко

Заказ 5655/53 Тираж ббб Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 вход которого подключен к выходу элемента НЕ, второй — к выходу формирователя запускающего импульса, а в распределитель управляющих импульсов введены RS-триггеры по числу фаз и конденсаторы, каждый из которых подключен между выходом соответствующего RS-триггера и общей шиной устройства, причем выход каждого RS-триггера соединен с первым входом двувходового элемента И соответствующего канала распределителя управляющих импульсов, а также с R-входом RS-триггера предыдущего канала, а выход двувходового элемента И распределителя управляющих импульсов соединен с

S-входом RS-триггера последующего канала, выходы всех элементов сравнения объединены и подключены к вторым входам двухвходовых элементов И рас" пределителя управляющих импульсов, а выход двувходового элемента И формирователя запускающего импульса подключен к S-входу RS-триггера соответствующего канала распределителя управляющих импульсов,