Фазосдвигающее устройство для управления вентильным преобразователем

 

Сущность изобретения: в качестве источников напряжения смещения согласующих узлов и в качестве источников напряжения питания фазосдвигающих узлов использованы источники нестабилизированного напряжения. За счет наличия в устройстве гальванической связи между выходами источников напряжения смещения сигнал с выхода формирователя управляющего сигнала может подаваться одновременно на входы двух согласующих узлов, что обеспечивает возможность управления устройством от одного формирователя управляющего сигнала при любой полярности выходного напряжения преобразователя, для управления которым предназначено устройство. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности оно относится к устройствам управления вентильным преобразователем, например, в системе реверсивного электропривода.

Известно фазосдвигающее устройство [1,2].

Это фазосдвигающее устройство содержит первый фазосдвигающий узел, выполненный в виде накопительного конденсатора, первый вывод которого соединен с общим проводом устройства, а второй через токоограничивающую цепь соединен с источником питающего переменного напряжения и связан с эмиттером первого транзистора первой проводимости и базой второго транзистора первой проводимости, коллектор которого использован в качестве первого выходного вывода первого фазосдвигающего узла, в качестве второго выходного вывода которого использован коллектор третьего транзистора второй проводимости, эмиттер которого соединен с эмиттером второго транзистора и первым выводом накопительного конденсатора, а база соединена с коллектором первого транзистора, база которого соединена с входом первого фазосдвигающего узла, соединены с выходом первого согласующего узла, выполненного в виде транзистора второй проводимости, эмиттер которого соединен с эмиттером второго транзистора и первым выводом накопительного конденсатора, а база соединена с коллектором первого транзистора, база которого соединена с входом первого фазосдвигающего узла, соединены с выходом первого согласующего узла, выполненного в виде транзистора второй проводимости, эмиттер которого соединен с общим проводом устройства, база через резистор обратной связи соединена с коллектором, через резистор соединенным с зажимом согласующего усилителя, соединенным с источником напряжения смещения, а база транзистора согласующего усилителя соединена через входной резистор с входом согласующего усилителя, предназначенного для подключения к формирователью управляющего сигнала.

Недостатком этого преобразователя является низкое качество стабилизации его выходного тока при колебаниях сетевого напряжения и при нулевом управляющем сигнале.

Целью изобретения является уменьшение указанного недостатка.

Сущность изобретения заключается в том, что в него введены второй согласующий усилитель, второй фазосдвигающий узел и второй источник напряжения смещения, причем второй согласующий усилитель и второй фазосдвигающий узел выполнены аналогично первому согласующему усилителю и первому фазосдвигающему узлу соответственно с противоположной проводимостью входящих в их состав транзисторов, в качестве источников питания и напряжения смещения использованы нестабилизированные источники напряжения, а вход первого согласующего усилителя соединен с входом второго согласующего усилителя, зажим которого соединен с вторым источником напряжения смещения, а выход - с входом второго фазосдвигающего узла, выходные выводы которого и выходные выводы первого фазосдвигающего узла использованы в качестве выходных выводов устройства.

На фиг.1 показана общая схема предлагаемого фазосдвигающего устройства; на фиг.2 и 3 - схемы фазосдвигающих узлов с включением между вторым выводом накопительного конденсатора и шиной переменного напряжения соответственно резистора и цепи из последовательно включенных резистора и зарядного конденсатора.

Фазосдвигающее устройство для управления вентильным преобразователем включает в себя фазосдвигающие узлы 1 и 2, выходы которых через соответственно устройства включения тиристоров 3 и 4 подключены к силовым тиристорным мостам, соответственно собранным на тиристорах 5-8, а также на тиристорах 9-12. Указанные силовые тиристорные мосты соответственно через индуктивные дроссели 13 и 14, а также через индуктивные дроссели 15, 16 подключены к клеммам якоря электродвигателя 17. Входы фазосдвигающих узлов 1 и 2 соответственно через усилители, собранные на транзисторах 18 и 19, проводимости которых противоположны друг другу, подключены к выходу формирователя 20 сигнала управления. Коллекторы транзисторов 18 и 19 соответственно через резисторы 21 и 22 подключены к соответствующим источникам напряжения питания. Транзисаторы 18 и 19 имеют по резистору 23 и 24 обратной связи, а также по входному транзистору 25 и 26, соединяющие базы транзисторов 18 и 19 с выходом формирователя 20 управляющего сигнала и по резистору 27 и 28, включенным между базами транзисторов 18 и 19 и соответствующими источниками напряжения смещения, в качестве которых используются соответственно "минусовой" и "плюсовой" источники питания. Фазосдвигающие узлы 1 и 2 содержат по накопительному конденсатору 29 и 30, первые выводы которых соединены с общим проводом схемы, вторые выводы накопительных конденсаторов 29 и 30 связаны с эмиттерами первых транзисторов 31 и 32 первой проводимости для данного фазосдвигающего узла и с базами вторых транзисторов 33 и 34 той же проводимости. Базы же первых транзисторов 31 и 32 соответственно через резисторы 35 и 36 подключены к коллекторам транзисторов 18 и 19.

Коллекторы первых транзисторов 31 и 32 подключены соответственно к базам третьих транзисторов 37 и 38, между базами и эмиттерами которых включены резисторы 39 и 40. Вторые выводы накопительных конденсаторов 29 и 30 в первом альтернативном варианте фазосдвигающего узла (см. фиг.2) соответственно через токоограничительные цепи, включающие резисторы 41 и 42, подключены к шине переменного питающего напряжения, а также через корректирующие резисторы 43 и 44 - соответственно к коллекторам транзисторов 18 и 19. Во втором альтернативном варианте фазосдвигающего узла (см. фиг.3) между вторыми выводами конденсаторов 29 и 30 включены токоограничительные цепи, состоящие из резисторов 45 и 46 и конденсаторов 47 и 48. Между эмиттерами первых транзисторов 31 и 32 и вторыми выводами накопительных конденсаторов 29 и 30 включены соответственно диоды 49 и 50. Между базами и эмиттерами первых транзисторов 31 и 32 соответственно включены резисторы 51 и 52. В базовые цепи вторых транзисторов 33 и 34 включены соответственно диоды 53 и 54. Между базами и эмиттерами вторых транзисторов 33 и 34 включены соответственно резисторы 55 и 56.

Фазосдвигающее устройство для управления вентильным преобразователем работает следующим образом. Соотношения резисторов 23, 27, а также резисторов 24 и 28 выбраны так, что при нулевом управляющем сигнале, снимаемом с выхода формирователя 20 управляющего сигнала, транзисторы 18 и 19 близки к полному запиранию, так, что напряжения на коллекторах транзисторов 18 и 19 близки к максимальному. Напряжение на коллекторах этих транзисторов составляет, например, 85% от максимальных соответствующих напряжений. При таких коллекторных напряжениях на транзисторах 18 и 19 фазосдвигающих узлов 1 и 2 соответственно через устройства включения тиристоров 3 и 4 выдаются соответствующие сигналы включения тиристоров 5-8 и 9-12, при которых выходные напряжения этих мостов минимальны. Это соответствует минимальным углам включения силовых тиристоров 5-12. В случае нарастания управляющего сигнала в "плюсовую" сторону транзистор 18 соответствующим образом приоткрывается, а транзистор 19 призакрывается. При этом углы включения тиристоров 5-8 увеличиваются, а тиристоры 9-12 прекращают включаться. Таким образом "плюсовым" управляющим сигналом через транзистор 18 управляются транзисторы 5-8, тиристоры же 9-12 при этом заперты. При "минусовом" же управляющем сигнале через транзистор 19 управляются тиристоры 9-12, а тиристоры 5-8 завкрыты. Величины резисторов 25 и 26 выбираются из условия обеспечения полного отпирания транзисторов 18 и 19 максимаьлным соответственно "плюсовым" или "минусовым" управляющими сигналами. Описанные усилители управляющего сигнала, собранные на транзисторах 18 и 19, необходимы в случае использования фазосдвигающих узлов, представленных на фиг.2 и 3, у которых минимальный угол включения силовых тиристоров, управляемых данным фазосдвигающим узлом, соответствует максимальному управляющему сигналу на входе этого фазосдвигающего узла. Рассмотрим работу фазосдвигающего узла 1, изображенного на фиг. 2. Управляющее напряжение, подаваемое на вход этого узла, снимается с n-p-n-транзистора 18. Это напряжение может изменяться от нуля до, например, 12 В. Вход резистора 41 подключен к сети переменного напряжения, например, 220 В. Током через резистор 41 происходит переменно заряд конденсатора 29. При заряде этого конденсатора до напряжения на коллекторе транзистора 18 отпирается транзистор 31, а одновременно с ним - и транзистор 37, которым через устройство включения тиристоров 3 включаются соответствующие два тиристора силового тиристорного моста 5-8. При зарядке накопительного конденсатора 29 до нулевого напряжения, точнее до напряжения отпирания базово-эмиттерного перехода транзистора 33, просуммированного с потенциалом отпирания диода 53, транзистор 33 отпирания подает через устройство 3 сигнал для включения двух тиристоров силового тиристорного моста 5-8. Фазосдвигающий узел 2 работает точно так же, как и узел 1. Конструктивная разница между ними заключается в том, что фазосдвигающие узлы по отношению друг к другу выполнены на транзисторах противоположной проводимости, что необходимо для минимизации количества элементов, включенных между входами фазосдвигающих узлов и выходом формирователя 20 управляющего сигнала. Фазосдвигающие узлы 1 и 2, изображенные на фиг.2, служат для однофазных тиристорных преобразователей. В этом случае питающие входы силовых тиристорных мостов 5-8 и 9-12 подключаются к "фазе" и к "нулю". Диоды 49, 50, 53, 54, а также резисторы 51, 52, 55 и 56 не обязательны. Они служат для снятия обратных напряжений с базово-эмиттерных переходов транзисторов 31-34.

В случае двухфазного и трехфазного тиристорного преобразователя фазосдвигающие узлы выполняются по фиг. 3. Они отличаются от вышеописанного только тем, что между выходами накопительных конденсаторов 29 и 30 и "фазой" питающего напряжения включены соответственно последовательно соединенные резистор 45 и конденсатор 47, а также резистор 46 и конденсатор 48. Благодаря этим цепочкам из последовательно соединенных резисторов и конденсаторов импульсы запуска тиристоров оказываются смещенными в сторону опережения на 30^о относительно фазы напряжения, подаваемой на вход резистивно-емкостных цепочек.

Отличительной особенностью данного фазосдвигающего устройства является то, что в него введены второй фазосдвигающий узел и второй согласующий усилитель.

Причем указанные узлы выполнены по тех же схемам, что и соответствующие первые узлы, но выполненные по отношению к первым узлам на транзисторах противоположной проводимости, что упрощает вентильный преобразователь.

Другой отличительной особенностью данного фазосдвигающего устройства является то, что в качестве напряжений коллекторного питания транзисторов 18 и 19, а также напряжения смещения этих усилителей выбраны нестабилизированные источники питания. Это обеспечивает оптимизацию начального тока через индуктивные дроссели 13-16 при колебаниях питающего сетевого напряжения и при нулевом задающем напряжении. Проблема заключается в том, что минимальный угол включения тиристоров получается при максимальной амплитуде напряжения на конденсаторах 29 и 30 фазосдвигающих узлов 1 и 2. Причем величина этой амплитуды напряжения зависит от напряжения сети, чем больше напряжение сети, тем больше амплитуда напряжения на конденсаторах 29 и 30. Поскольку амплитуда напряжения на конденсаторах 29 и 30 пропорциональна величине силового питающего напряжения, то и максимальные напряжения на коллекторах транзисторов 18 и 19 должны быть пропорциональны величине сетевого напряжения. Только в этом случае при колебаниях сетевого напряжения минимальный угол включения тиристоров 5-8 и 9-12 сохранится постоянным. Следовательно, если выполнить транзисторные усилители 18 и 19 такими, чтобы напряжение на их коллекторах стало пропорциональным амплитуде питающего напряжения, то при нулевом задающем напряжении формирователя 20 можно выполнить некоторый оптимальный угол включения тиристоров, который не зависел бы от величины этого сетевого напряжения. Это условие выполняется при использовании в качестве питающих напряжений для усилителей 18 и 19 нестабилизированных источников.

Рассмотрим величину коллекторного напряжения усилителя 18 при нулевом напряжении на выходе задатчика 20 при колебаниях сетевого напряжения. Напряжение на коллекторе транзистора 18 при нулевом напряжении задания формирователя 20 зависит главным образом от напряжения U_пит, являющегося для усилителя 18 напряжением смещения. Это напряжение будет равно U_вых.18 = , , где U_вых.18 - напряжение на коллекторе транзистора 18; U_см - напряжение смещения (отрицательный источник напряжения), т.е. напряжение на выходе усилителя 18 пропорционально нестабилизированному напряжению смещения - U_пит, а следовательно, сетевому напряжению питания. Аналогично коллекторное напряжение транзистора 19 оказывается также пропорциональным напряжению сети.

Таким образом, использование в качестве источников напряжения +U_пит и -U_пит нестабилизированных источников обеспечивает при нулевом напряжении задания и при колебаниях сетевого напряжения постоянство угла включения тиристоров силовых тиристорных мостов 5-8 и 9-12.

Формула изобретения

ФАЗОСДВИГАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ, содержащее первый фазосдвигающий узел, выполненный в виде накопительного конденсатора, первый вывод которого соединен с общим проводом устройства, а второй через токоограничивающую цепь соединен с источником питающего переменного напряжения и связан с эмиттером первого транзистора первой проводимости и базой второго транзистора первой проводимости, коллектор которого использован в качестве первого выходного вывода первого фазосдвигающего узла, в качестве второго выходного вывода которого использован коллектор третьего транзистора второй проводимости, эмиттер которого соединен с эмиттером второго транзистора и первым выводом накопительного конденсатора, а база соединена с коллектором первого транзистора, база которого соединена с входом первого фазосдвигающего узла, соединенным с выходом первого согласующего узла, выполненного в виде транзистора второй проводимости, эмиттер которого соединен с общим проводом устройства, база через резистор обратной связи соединена с коллектором , через резистор соединенным с зажимом согласующего усилителя, соединенным с источником напряжения смещения, а база транзистора согласующего усилителя соединена через входной резистор с входом согласующего усилителя, предназначенным для подключения к формирователю управляющего сигнала, отличающееся тем, что, с целью стабилизации тока преобразователя при колебаниях сетевого напряжения и при нулевом управляющем сигнале, введены второй согласующий усилитель, второй фазосдвигающий узел и второй источник напряжения смещения, причем второй согласующий усилитель и второй фазосдвигающий узел выполнены аналогично первому согласующему усилителю и первому фазосдвигающему узлу соответственно, с противоположной проводимостью входящих в их состав транзисторов, в качестве источников напряжения питания и напряжения смещения использованы нестабилизированные источники напряжения, а вход первого согласующего усилителя соединен с входом второго согласующего усилителя, зажим которого соединен с вторым источником напряжения смещения, а выход - с входом второго фазосдвигающего узла, выходные выводы которого и выходные выводы первого фазосдвигающего узла использованы в качестве выходных выводов устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3