Устройство синхронизации
Владельцы патента RU 2400911:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться в системах управления тиристорными выпрямителями, выполненными по трехфазной нулевой схеме. Технический результат - повышение точности работы в условиях нестабильности фазных напряжений. Устройство синхронизации содержит первый (1), второй (2), третий (3), четвертый (4), пятый (5) и шестой (6) компараторы, три блока (7), (8), (9) логической функции «2И», шины фаз А, В, С. Для этого дополнительные три компаратора осуществляют попарно сравнение фазных напряжений А, В, С с последующим выделением на основе логической функции «2И» логического сигнала синхронизации «1» путем сопоставления выходных сигналов основных и дополнительных компараторов. 4 ил.
Устройство относится к области преобразовательной техники и может использоваться в системах управления тиристорными выпрямителями, выполненными по трехфазной нулевой схеме.
Известно устройство синхронизации (УС) (SU 1798869, опубл. 28.02.93, бюл. N 8), содержащее операционный усилитель с резисторами положительной обратной связи, синхронизирующий трехфазный трансформатор с выпрямительными диодами, включенными по трехфазной нулевой схеме, от которых операционный усилитель получает нестабилизированное питание, и согласующий транзистор.
Усилитель с резисторами положительной обратной связи образует компаратор. Пороги переключения компаратора изменяются по закону выпрямленного напряжения сети, так как питание усилителя является нестабильным. Переключение УС производится напряжением соответствующей фазы на вторичной стороне трансформатора. В результате длительность выходного импульса компаратора соответствует заданному диапазону изменения угла управления тиристорами даже для случая значительной нестабильности напряжения сети фаз А, В, С.
Недостатком известного УС является то, что высокая точность поддержания заданного диапазона регулирования тиристорами происходит только при синхронном и идентичном по уровню изменении амплитуд всех фаз напряжения сети одновременно.
Известно УС прямого действия (Комплектные тиристорные электроприводы: справочник./ И.Х.Евзеров, А.С.Горобец, Б.И.Мошкович и др. под ред. В.М.Перельмутера// - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 319 с., см. рис.2.8, с.66), которое является наиболее близким к предлагаемому техническому решению. Устройство выполнено для трехфазных преобразователей, поэтому содержит три идентичных канала (на каждую фазу питающего напряжения). Фазное напряжение подается через фильтр на компаратор, реализованный на операционном усилителе, пороги переключения которого формируются с помощью напряжения, подаваемого на неинвертирующий вход компаратора. Это напряжение формируется с помощью двух операционных усилителей и микросхемы ключей, управляемых выходным напряжением компаратора. Устройство в целом представляет собой компаратор с регулируемыми порогами переключения.
Недостатком известного технического решения является его низкая точность при работе в условиях нестабильности амплитуды напряжения сети.
Так для трехфазных схем выпрямления при изменении (например, уменьшении) амплитуды сети точка естественной коммутации перемещается вправо относительно первоначального положения, так как величина порога переключения компаратора сохраняется неизменной и не зависит от колебаний амплитуды напряжения сети. В результате ограничивается диапазон регулирования угла управления силовыми тиристорами.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении точности работы устройства синхронизации.
Предлагаемое устройство синхронизации содержит первый, второй и третий компараторы, первые входы которых подключены к шинам фаз А, В, С соответственно, а вторые входы компараторов соединены с шиной нулевого потенциала, и отличается от известного устройства тем, что в него введены четвертый, пятый и шестой компараторы и три блока логической функции «2И», причем первый и второй входы четвертого компаратора соединены с шинами фаз А и С соответственно, первый и второй входы пятого компаратора соединены с шинами фаз В и А соответственно, первый и второй входы шестого компаратора соединены с шинами фаз С и В соответственно, выходы первого и четвертого компараторов подключены к входам первого блока функции «2И», выходы второго и пятого компараторов подключены к входам второго блока функции «2И», выходы третьего и шестого компараторов подключены к входам третьего блока функции «2И», выходы первого, второго и третьего блоков «2И» являются «выходами» устройства синхронизации.
Поставленная техническая задача достигается за счет введения дополнительных трех компараторов, осуществляющих попарно сравнение фазных напряжений А, В, С с последующим выделением на основе функции «2И» логического сигнала синхронизации путем сопоставления выходных сигналов основных и дополнительных компараторов.
Таким образом, предлагаемое устройство синхронизации обладает повышенной точностью при работе с нестабильным напряжением сети. Изобретение поясняется следующими чертежами:
Фиг.1 - функциональная схема предлагаемого устройства;
Фиг.2 - таблица истинности блока «2И»;
Фиг.3, 4 - временные диаграммы предлагаемого УС.
В состав УС входят (фиг.1) первый 1, второй 2, третий 3, четвертый 4, пятый 5 и шестой 6 компараторы, первый 7, второй 8 и третий 9 блоки функции «2И», причем выходы первого 1 и четвертого 4 компараторов подключены к входам первого блока 7 функции «2И», выходы второго 2 и пятого 5 компараторов - к входам второго блока 8 функции «2И», выходы третьего 3 и шестого 6 компараторов - к входам третьего блока 9 функции «2И». Выходы блоков 7, 8, 9 функции «2И» являются «выходами» устройства синхронизации. Первые входы первого 1, второго 2 и третьего 3 компараторов соединены с шинами фаз А, В и С соответственно, а вторые входы этих же компараторов соединены с шиной нулевого потенциала. Первый и второй входы четвертого компаратора 4 соединены с шинами фаз А и С соответственно, первый и второй входы пятого компаратора 5 соединены с шинами фаз В и А соответственно, первый и второй входы шестого 6 компаратора соединены с шинами фаз С и В соответственно.
Звенья УС (фиг.1) имеют следующие характеристики. Компараторы 1, 2, 3 имеют нулевое значение порогов переключения и формируют сигнал логической «1», когда напряжение соответствующей фазы становится положительным.
Компараторы 4, 5, 6 переключаются в состояние логической «1», если потенциал их первого входа (верхний вход на фиг.1) превышает потенциал второго входа.
Алгоритм работы блоков 7-9 приведен в таблице истинности (фиг.2).
Устройство работает следующим образом.
Компараторы 1, 2, 3 (фиг.1) формируют сигнал логической «1» (фиг.3д, е, ж, участки «а», «b», «с») синхронно с моментами времени перехода соответствующим фазным напряжением А, В, С через нулевой уровень (фиг.3а). Компаратор 4 находится в состоянии логической «1» (фиг.3б, участок «а-с») в течение времени, пока напряжение фазы А превосходит по уровню напряжение фазы С (фиг.3а). Компаратор 5 находится в состоянии логической «1» (фиг.3 в, участок «b-а») в течении времени, пока напряжение фазы В превосходит по уровню напряжение фазы А (фиг.3а). Компаратор 6 находится в состоянии логической «1» (фиг.3 г, участок «с-b») в течение времени, пока напряжение фазы С превосходит по уровню напряжение фазы В (фиг.3а). Затем происходит попарно сравнение с помощью блоков 7, 8, 9 сигналов «а-с» и «а» (фиг.3б, д), «b-а» и «b» (фиг.3в, е), а также «с-b» и «с» (фиг.3г, ж). В результате выделяются сигналы «1-2» (фиг.3з), «3-4» (фиг.3и) и «5-6» (фиг.3к), которые соответствуют диапазону регулирования угла управления силовыми тиристорами трехфазной нулевой схемы выпрямителя (фиг.3а).
Рассмотрим работу устройства при асимметрии фазных напряжений (фиг.4).
На фиг.4б, в, г приведены сигналы для случая симметрии фазных напряжений А, С.
Предположим, что амплитуда фазы А уменьшилась на величину АА (фиг.4 а). Тогда для известной схемы синхронизации включение компаратора произойдет в точке 1-2 (фиг.4а), в результате чего диапазон регулирования для тиристора окажется меньше предельно возможного для трехфазной нулевой схемы выпрямителя в 150 эл. град.
В предлагаемом устройстве происходит режим слежения за точками естественной коммутации 1, 3, 5 (фиг.3а, фиг.4а). Так, компаратор 4 фазы А при наличии АА срабатывает не в точке 1, а в точке 1-3 (фиг.4а). В итоге результирующий сигнал «1-2» (фиг.4е) имеет продолжительность, которая соответствует предельному для данной ситуации диапазону регулирования угла управления силовым тиристором. Работа остальных каналов УС аналогична рассмотренному.
Таким образом, предлагаемое УС по сравнению с известным имеет повышенную точность работы в условиях асимметрии фазных напряжений.
Промышленная применимость.
Рассмотренное устройство синхронизации предполагается использовать в системе импульсно-фазового управления тиристорного преобразователя контура возбуждения системы «генератор-двигатель» сети 160 В/25 Гц рольгангов стана 1220 отделки труб большого диаметра на Челябинском трубопрокатном заводе.
Устройство синхронизации, содержащее первый, второй и третий компараторы, первые входы которых подключены к шинам фаз А, В, С соответственно, а вторые входы компараторов соединены с шиной нулевого потенциала, отличающееся тем, что в него введены четвертый, пятый и шестой компараторы и три блока логической функции «2И», причем первый и второй входы четвертого компаратора соединены с шинами фаз А и С соответственно, первый и второй входы пятого компаратора соединены с шинами фаз В и А соответственно, первый и второй входы шестого компаратора соединены с шинами фаз С и В соответственно, выходы первого и четвертого компараторов подключены к входам первого блока функции «2И», выходы второго и пятого компараторов подключены к входам второго блока функции «2И», выходы третьего и шестого компараторов подключены к входам третьего блока функции «2И», выходы первого, второго и третьего блоков «2И» являются «выходами» устройства синхронизации.
