Устройство для управления @ -фазным тиристорным преобразователем
Устройство для импульсно-фазового управления. Устройство содержит блок компараторов 1, переключатель 2 фаз, перемножители 3 и 4, сумматор 5, нуль-орган 6, коммутатор 7 каналов, формирователь и распределитель 8 импульсов, элемент ИЛИ 9, кольцевой счетчик 19, функциональные преобразователи 11 и 12, задатчик 13 угла управления. Переключатель 2 фаз, перемножители 3 и 4, сумматор 5 образуют фазосдвигающий узел 14. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
1739453 А1 (19) (11) (51)5 Н 02 М 7/02
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и, (21) 4476296/07 (22) 19.08.88 (46) 07.06.92. Бюл, М 21 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики (72) Ю.М.Быков, А.И.Григораш и Г,А.Иванов (53) 621.314.727(088.8) (56) Бизиков В,A. и др. Системы управления тиристорными преобразователями частоты.
M.: Энергоатомиздат, 1981, с. 65, рис. 2 — 25 б. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ mФАЗНЫМ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ (57) Устройство для импульсно-фазового управления. Устройство содержит блок компараторов 1, переключатель 2 фаз, перемножители 3 и 4, сумматор 5, нуль-орган 6, коммутатор 7 каналов, формирователь и распределитель 8 импульсов, элемент ИЛИ
9, кольцевой счетчик 19, функциональные преобразователи 11 и 12, задатчик 13 угла управления. Переключатель 2 фаз, перемножители 3 и 4, сумматор 5 образуют фазосдвигающий узел 14. 3 ил.
1739453
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления тиристорными преобразователями.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности устройству является устройство для импульсно-фазового управления фаэным тиристорным преобразователем, содержащее задатчик угла управления, формирователь и распределитель импульсов и фазосдвигающий узел, содержащий сумматор и первый перемножитель, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход которого является выходом фазосдвигающего узла, группа выходов формирователя и распределителя импульсов является группой выходов устройства.
Кроме этого, в устройстве содержится еще (m — 1) фазосдвигающихузлов(т =3,6„,.) причем каждый j-й фазосдвигающий узел (j = 1,2„...m) содержит фазоповоротный элемент (в мостовом фазовращателе — емкость или индуктивность), вход которого соединен с первым входом перемножителя этого узла, а выход соединен с вторым входом сумматора. На вход каждого узла поступает синхронизирующее напряжение, Вторые входы перемножителей каждого из узлов объединены и соединены с выходом задатчика угла управления. Сигналом с выхода задатчика угла управления изменяются амплитуда синусоидал ьн ых сигналов, поступающих на первые входы перемножителей, Каждое из m синусоидальных напряжений сдвигается по фазе, проходя через фазоповоротный элемент, Эти напряжения суммируются на сумматоре. В результате, в зависимости от уровня сигнала управления, на выходе каждого фазосдвигающего узла формируются синусоидальные сигналы, сдвинутые по фазе относительно каждого синхронизирующего напряжения. Выход каждого j-го фазосдвигающего узла подключается к формирователю и распределителю импульсов, на выходе которого формируются импульсы управления тиристорами, Недостатками известного устройства являются критичность фазоповоротных элементов (в мостовом фазовращателе — емкость или индуктивность) к частоте синхронизирующих напряжений и, следовательно снижение точности установки фазового угла системы импульсно-фазового управления, Целью изобретения является повышение точности импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя, Указанная цель достигается тем, что в устройство для импульсно-фазового управ5
55 ления m-фазным тиристорным преобразователем, содержащее задатчик угла управления, формирователь и распределитель импульсов и фазосдвигающий узел, содержащий сумматор и первый перемножитель, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход которого является выходом фазосдвигающего узла, группа выходов формирователя и распределителя импульсов является группой выходов устройства, введены нуль-орган, блок компараторов, коммутатор каналов, элемент ИЛИ, кольцевой счетчик, первыйи второй функциональные преобразователи, а в фазосдвигающий узел введены второй перемножитель и переключатель фаз, одноименные входы переключателя фаз фазосдвигающего узла и блока компараторов объединены и являются группой входов синхронизирующих напряжений устройства, группа выходов блока компараторов подключена к группе адресных входов коммутатора каналов, группа выходов которого соединена с группой входов. элемента ИЛИ и с группой входов формирователя и распределителя импульсов, выход элемента ИЛИ через кольцевой счетчик подключен к адресному входу переключателя фаз фазосдвигающего узла, выход эадатчика угла управления подключен к адресным входам первого и второго функциональных преобразователей, выходы которых соответственно соединены с вторыми входами первого и второго перемножителей фазосдвигающего узла, первые входы которых соединены с одноименными выходами переключателя фаз фазосдвигающего узла, выход второго перемножителя фазосдвигающего узла подключен к второму входу сумматора, выход сумматора фазосдвигающего узла подключен к входу нуль-органа, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора каналов.
Приведенная совокупность признаков обеспечивает по сравнению с прототипом более высокий результат, а именно повышение точности работы за счет достижения независимости реализации фазового сдвига от частоты и амплитуды синхронизирующих напряжений. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов: второго перемножителя и переключателя фаз в фазосдвигающем узле, нуль-органа, блока компараторов, коммутатора каналов, элемента ИЛИ, кольцевого счетчика, первого и второго функциональных преобразователей и связями с остальными элементами устройства.
На фиг. 1 дана блок-схема устройства для импульсно-фазового управления фаз1739453 чателя фаз 2 фазосдвигающего узла 14. 40
55 ным тиристорным преобразователем; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие принцип работы устройства; на фиг, 3 — характеристики первого и второго функциональнх преобразователей.
Устройство для импульсно-фазового управления (фиг. 1) содержит блок 1 m компараторов, переключатель 2 m фаз, первый перемножитель 3, второй перемножитель 4, сумматор 5, нуль-орган 6, коммутатор 7 m каналов, формирователь и распределитель
8 импульсов, элемент ИЛИ 9, кольцевой счетчик 10, первый функциональный преобразователь 11, второй функциональный преобразователь12, задатчик13 угла управления. Переключатель 2 фаз, перемножитель 3 и 4 и сумматор 5 образуют фазосдвигающий узел 14.
Одноименные входы блока 1 коммутаторов и переключателя 2 фаз фазосдвигающего узла объединены и являются группой входов синхронизирующих m напряжений устройства. Группа выходов блока 1 компараторов подключена к группе адресных входов коммутатора 7 каналов, Группа выходов коммутатора 7 каналов объединена с одноименными входами формирователя и распределителя 8 импульсов и с одноименными входами элемента ИЛИ 9, Выход элемента ИЛИ 9 через кольцевой счетчик 10 подключен к адресному входу переключателя 2 фаз фазосдвигающего узла i4. Выход задатчика 13 угла управления подключен к объединенным адресным входам функциональных преобразователей 11 и 12. Выходы функциональных преобразователей 11 и 12 соединены с вторыми входами первого 3 и второго 4 перемножителей фазосдвигающего узла 14, соединены с выходами переклюВыход второго перемножителя 4 фазосдвигающего узла 14, подключен к второму входу сумматора 5 фазосдвигающего узла 14.
Выход сумматора 5 фазосдвигающего узла
14 подключен к входу нуль-органа 6, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 7 каналов, На фиг. 2 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие работу основных функциональных блоков устройства для импульсно-фазового управления тиристорами выпрямителя по трехфазной схеме со средней точкой. Синхронизирующие напряжения Ua UMsinNt; Ub UMsin(mt — 2Л/3); Ос =
=U>sin(cu t + 2 л/3), поступающие на вход переключателей 2 фаз фазосдвигающего узла.14 показаны на фиг. 2а, Здесь же выделены интервалы времени аЬ, bc, са,... и на этих интервалах - отрезки кривых Ua, Ub, Uñ
35 в результате умножения которых на сигналы управления Uyp и Uyz, снимаемые с выхода функциональных преобразователей 11 и 12, формируется на выходе сумматора 5 фазосдвигающего узла 14 кривая U+ . Величины
Uy1 и Uyzi связаны с заданным значением угла управления а функциональной зависимости (фиг. 3). Изменение угла фазового сдвига а (t) на выходе задатчика 13 угла управления показано на фиг. 2б. Импульсы на выходе блока 1 компараторов и нуль-органа
6 показаны соответственно на фиг. 2b и а.
Выходные сигналы блока 1 компараторов определяются выражением
О. при ж<ж t(2m;
1, при 0 Импульсы 1 (0 ) на выходе нуль-органа 6 формируются при U = 0 и переходе кривой 0 из области отрицательных значений в область положительных. Импульсы (фиг. 2д) формируются на выходе коммутатора 7 каналов и определяют момент подачи импульсов управления на тиристоры. Формируемые фронтами сигналов (фиг. 2д) импульсы собираются элементом ИЛИ 9 в один канал (фиг, 2е), Устройство (фиг. 1) работает следующим образом, В момент времени t = 0 (интервал ab) на первые входы перемножителей 3 и 4 фазосдвигающего узла 14 поступают синхронизирующие напряжения 14 и Ub, а на вторые входы этих перемножителей с выхода функциональных преобразователей 11 и 12 поступают значения Uy1 и Uy2, соответствующие а=30эл. град. В результате, сформированная на выходе сумматора 5 фазосдвигающего узла 14 кривая U в момент времени t> достигает нуля, что приводит к срабатыванию нуль-органа 6, Таким образом, на управляющем входе коммутатора 7 каналов имеем 1(U< ) = ="1", à íà его первом входе — sign(Ua) = "1", На одноименные входы формирователя и распределителя 8 импульсов и элемента ИЛИ 9 поступает импульс с первого выхода коммутатора 7 каналов (фиг. 2д). В результате. изменяется состояние на выходе формирователя и распределителя 8 импульсов и элемента ИЛИ 9. Последнее приводит к изменению состояния кольцевого счетчика 10 и переключению переключателя 2 фаз фазосдвигающего узла 14. Теперь с выходов переключателя 2 фаз фазосдвигающего узла 14 на входы перемножителей 3 и 4 фазосдвигающего узла 14 поступают отрезки кри1739453 55 вых 0ь и Uc (интервал Ьс) и формируется кривая U, которая достигает нуля в момент времени tz. Соответственно с выхода нульоргана 6 на управляющем входе коммутатора 7 каналов в момент времени tz появляется импульс 1 (U ) В этот момент времени на втором входе коммутатора 7 каналов имеем sign(Ub) = 1. В результате на одноименном-выходе коммутатора 7 каналов изменяется состояние, Это приводит к изменениям на выходах формирователя и распределителя 8 импульсов, элемента ИЛИ 9 и кольцевого счетчика 10. Последнее приводит к срабатыванию. переключателя 2 фаз фазосдвигающего узла 14, В результате на входы перемножителей 3 и 4 поступают отрезки кривых Ua и Ub, формируются U и в момент времени тз устройство срабатывает аналогично описанному. На интервале аЬ с момента времени тз на входы перемножителей 3 и 4 фазосдвигающего узла 14 подключаются отрезки кривых Ua u Ub u начинает формироваться кривая U<, достигающая нуля в момент времиени ts. Однако в момент времени t4 происходит скачкообразное изменение задания угла а сдвига от 30 до 170 эл, град. В результате с выходов функциональных преобразователей 11 и 12 на вторые входы перемножителей 3 и 4, фазосдвигающего узла 14 поступают значения Uyi и Uy2, Умножение кривых Ua u Ub на новые значения Uyi и Uy2 приводит к формированию кривой, которая достигает нуля в момент времени to, Срабатывание нуль-органа 6 приводит к изменению на выходах функциональных блоков аналогично описанному. Нуль-орган 6 вновь срабатывает в момент времени tz (интервал са). Начинает формироваться кривая ф достигающая нуля в момент времени tio. Однако в момент времени ts происходит скачкообразное направление значения до а = 30 эл,град. что приводит к мгновенному срабатыванию нуль-органа 6 и срабатыванию переключателя 2 фаз фазосдвигающего узла 14 и формированию кривой U (на интервале ab). B момент времени tg и t» схема срабатывает аналогично. С момента времени ti> к первым входам перемножителей 3 и 4 фазосдвигающего узла 14 подключены синхронизирующие напряжения U< и Ua (интервал са), Начинает формироваться кривая +,предполагающая срабатывание нуль-органа 6 в момент времени tis, Однако в момент времени 112 происходит скачкообразное изменение, в результате чего начинает формироваться кривая Ug,проходящая через нулевой уровень в моменты времени 712 и ti4. B момент времени т12 нуль-орган 6 45 срабатывает, но на выходе коммутатора 7 каналов состояние не изменяется, так как на третьем входе последнего sig n(Uc) = О. Состояние на выходах коммутатора 7 каналов и. соответственно на формирователе и распределителе 8 импульсов, элементе ИЛИ 9, кольцевом счетчике 10 и переключателе фаз 2 фазосмещающего узла 14 изменяется только при срабатывании нульоргана в момент времени ti4. Далее работа устройства протекает аналогично, Устройство может быть реализовано с помощью аналоговых и цифровых интегральных микросхем, Переключатель 2 фаз можно реализовать, например, на микросхемах типа К 155 ИДЗ или К155, КП5, В качестве перемножителей 3 и 4 в этом случае можно использовать микросхемы типа К 140 МА1. В качестве сумматора 5 может быть использован операционный усилитель, например микросхема типа К 140 УД6, Коммутатор 7 каналов может быть выполнен по принципу кольцевого счетчика с помощью интегральных микросхем типа К 155 ТВ1. Формирователь и распределитель 8 импульсов может быть выполнен на элементах серии К 155, Функциональные преобразователи 11 и 12 могут быть выполнены на основе интегральных операционных усилителей с нелинейными элементами в цепи обратной связи, Блок 1 компараторов и нуль-орган 6 могут быть выполнены на основе интегральных микросхем типа К 554 СА2. Элемент ИЛИ 9 можно реализовать с помощью интегральных микросхем типа К 155 ЛЛ1, а кольцевой счетчик 10 — с помощью интегральных микросхем типа К.155 ИР1. В качестве задатчика угла управления может быть использован потенциометрический преобразователь, Целесообразной представляется цифроаналоговая реализация предлагаемого устройства с помощью схем микропроцессорных наборов, В этом случае в качестве перемножителей 3 и 4 фазосмещающего узла 15 могут быть использованы цифроаналоговые преобразователи типа К 572 ПА 2А. Функциональные преобразователи 11 и 12 реализуются с помощью микросхем памяти, например схемы типа К 573 РФ 2. Задатчик 13 угла управления может быть выполнен на базе стандартного устройства, реализующего АЦП. Переключатель 2 фаз, сумматор 5, коммутатор 7 каналов, формирователь и распределитель 8 импульсов, элемент ИЛИ 9, кольцевой счетчик 10 могут быть реализованы на микропроцессорном комплекте серии KP 580, 1739453 Экспериментальные исследования устройства для импульсно-фазового управления тиристорами выпрямителя, выполненного по трехфазной схеме со сред-. ней точкой, показали, что по сравнению с 5 прототипом, заявляемое устройство обеспечивает независимость реализации фазового сдвига от частоты и амплитуды синхронизирующих напряжений, а следовательно, повышается точность работы. 10 Формула изобретения Устройство для управления m-фазным тиристорным преобразователем, содержащее задатчик угла управления, синхрони- 15 затор, входы которого предназначены для подключения к синхронизирующему напряжению, а выходы соединены с соответствующими адресными входами распределителя импульсов, выходы которого 20 предназначены для подключения через усилители-формирователи к управляющим электродам тиристоров, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности, в него введены нуль-орган, элемент ИЛИ, 25 кольцевой счетчик, первый и второй функциональные преобразователи, первый и второй перемножители, переключатель фаз, сумматор, при этом группа входов синхронизатора соответственно соединена с груп- 30 пой входов переключателя фаз, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго перемножителей, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входом сумматора, выход нуль-органа соединен с модулирующим входом распределителя импульсов, а вход — с выходом сумматора, к выходам распределителя импульсов подключены входы элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом кольцевого счетчика, адресные входы переключателя фаз соединены соответственно с выходами кольцевого счетчика, выходы первого и второго функциональных преобразователей соединены соответственно с вторыми входами первого и второго перемножителей, выход задатчика угла управления соединен с входами первого и второго функциональных преобразователей, причем первый функциональный преобразоваsin — а тель реализует функцию Uy<— sin p sin а а второй Оу2 =, где Uyp и Uy) — сигналы sin p на выходах первого и второго функционального преобразователей; а — сигнал на их входах; р- угол сдвига по фазе синхронизирующих напряжений. 1739453
