Способ и устройство импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя
Владельцы патента RU 2451383:
Общество с ограниченной ответственностью научно-инженерный центр "Гальванопреобразователь" (ООО НИЦ "Гальванопреобразователь") (RU)
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах импульсно-фазового управления тиристорами преобразователей. В способе импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя, заключающемся в формировании импульсов управления тиристорами в моменты сравнения синусоидальных напряжений развертки с постоянным напряжением управления, в противофазных каналах устройства импульсно-фазового управления тиристорами используют одно и то же синусоидальное напряжение развертки, при этом в одних каналах устройства импульсы управления формируют в моменты сравнения восходящих ветвей кривых синусоидальных напряжений с одним напряжением управления, а в противофазных каналах - в моменты сравнения нисходящих ветвей кривых тех же синусоидальных напряжений с другим напряжением управления, которое пропорционально первому напряжению управления и имеет по отношению к нему противоположную полярность. Устройство импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя, содержащее обмотки синхронизации трансформатора, фильтры, двухвходовые компараторы и блок согласования напряжения управления, дополнительно содержит аналоговый инвертор, который подключен к выходу блока согласования напряжения управления, при этом одни входы каждой пары компараторов противофазных каналов устройства подключены через общий фильтр к одной и той же обмотке синхронизации трансформатора, причем вторые входы одних из каждой пары компараторов противофазных каналов подключены к выходу блока согласования напряжения управления, а вторые входы других из каждой пары компараторов - к выходу аналогового инвертора. Использование предлагаемого способа импульсно-фазового управления в многоканальном устройстве управления тиристорами преобразователя позволяет получить технический результат - упростить его схемную реализацию. Так в шестиканальном варианте устройства вместо шести обмоток синхронизации трансформатора и шести фильтров используют лишь три обмотки синхронизации и три фильтра. При этом использование одного и того же синусоидального напряжения развертки в двух противофазных каналах устройства управления позволяет повысить симметрию импульсов управления тиристорами в этих каналах. Кроме того, использование дополнительного входа аналогового инвертора устройства управления позволяет обеспечить симметричную токовую загрузку противофазных тиристоров сильноточного преобразователя даже при несимметричном конструктивном исполнении его силовой схемы. Указанные преимущества наиболее весомо проявляются при использовании предлагаемого устройства для управления тиристорами шестифазной (дважды трехфазной) схемы выпрямления с уравнительным реактором, которая нашла широкое применение в сильноточных низковольтных преобразователях для питания гальванических ванн. Реализация предлагаемого способа импульсно-фазового управления позволяет упростить схемотехнику устройства управления тиристорами и повысить надежность работы всего преобразователя в целом. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах импульсно-фазового управления тиристорами преобразователей.
Известен способ импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя, основанный на вертикальном принципе фазового регулирования с использованием двух типов развертки: пилообразной и синусоидальной [1, стр.24].
Следует отметить, что при синусоидальном типе развертки этот способ имеет более простую схемную реализацию, т.к. в качестве напряжений развертки используют синхронизирующие напряжения питающей сети, а следовательно, отпадает необходимость применения в системе управления тиристорами генераторов пилообразных напряжений.
Известны два варианта реализации способа импульсно-фазового управления тиристорами с использованием синусоидального типа развертки. В первом варианте импульсы управления тиристорами формируют в моменты сравнения восходящих ветвей кривых синусоидальных напряжений развертки с постоянным напряжением управления [1, стр.54, рис.2-19], а во втором варианте - в моменты сравнения нисходящих ветвей кривых синусоидальных напряжений с напряжением управления [2, стр.55, рис.5-3]. При этом в обоих вариантах используют разнополярный относительно нулевой линии кривых синусоидальных напряжений диапазон изменения постоянного напряжения управления.
Известно устройство импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя [1, стр.23, рис.2-1], представляющее собой многоканальную синхронную систему управления тиристорами, которое реализует любой из вариантов данного способа управления. Это устройство содержит обмотки синхронизации трансформатора, фильтры, двухвходовые фазосдвигающие устройства, а также усилитель (блок согласования) напряжения управления. Причем одни входы фазосдвигающих устройств через сглаживающие фильтры подключены к обмоткам синхронизации трансформатора, а вторые их входы соединены с выходом усилителя (блока согласования) напряжения управления.
Для фиксации моментов сравнения синусоидальных напряжений развертки с постоянным напряжением управления фазосдвигающие устройства выполнены в виде двухвходовых нуль-органов (компараторов) [1, стр.25, рис.2-3, б].
Недостаток известного способа импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя заключается в том, что в противофазных каналах известного устройства управления используют разные синусоидальные напряжения развертки. Поэтому количество обмоток синхронизации трансформатора и фильтров в известной многоканальной системе управления тиристорами равно количеству ее каналов, что усложняет схемотехнику известного устройства управления. При этом в известном устройстве не обеспечивается требуемая симметрия импульсов управления тиристорами в противофазных каналах.
Основной задачей, на решение которой направлены предлагаемые изобретения, является создание способа импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя, позволяющего упростить устройства управления тиристорами, повысить надежность его работы, а также всего преобразователя в целом.
Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой группы изобретений, является реализация способа управления тиристорами преобразователя, позволяющего упростить устройства импульсно-фазового управления тиристорами и улучшить симметрии импульсов управления в его противофазных каналах, а следовательно, повысить надежность работы преобразователя.
Технический результат достигается тем, что в способе импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя, заключающемся в формировании импульсов управления тиристорами в моменты сравнения синусоидальных напряжений развертки с постоянным напряжением управления, в противофазных каналах устройства импульсно-фазового управления тиристорами используют одно и то же синусоидальное напряжение развертки, при этом в одних каналах устройства импульсы управления формируют в моменты сравнения восходящих ветвей кривых синусоидальных напряжений с одним напряжением управления, а в противофазных каналах - в моменты сравнения нисходящих ветвей кривых тех же синусоидальных напряжений с другим напряжением управления, которое пропорционально первому напряжению управления и имеет по отношении к нему противоположную полярность.
Для достижения технического результата устройство импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя, содержащее обмотки синхронизации трансформатора, фильтры, двухвходовые компараторы и блок согласования напряжения управления, дополнительно содержит аналоговый инвертор, который подключен к выходу блока согласования напряжения управления, при этом одни входы каждой пары компараторов противофазных каналов устройства подключены через общий фильтр к одной и той же обмотке синхронизации трансформатора, причем вторые входы одних из каждой пары компараторов противофазных каналов подключены к выходу блока согласования напряжения управления, а вторые входы других из каждой пары компараторов - к выходу аналогового инвертора.
Предложенные способ и устройство импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя иллюстрируются чертежами, где на фиг.1 представлена блок-схема шестиканального устройства импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя, в котором реализован предлагаемый способ управления, а на фиг.2 изображены временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства управления.
Шестиканальное устройство импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя (фиг.1) содержит три обмотки синхронизации трансформатора 1, три RC-фильтра 2, три пары двухвходовых компараторов 3 и 4 противофазных каналов устройства управления и один блок согласования напряжения управления 5. Устройство управления дополнительно снабжено аналоговым инвертором 6, подключенным к выходу блока согласования напряжения управления 5. При этом одни входы каждой пары компараторов 3 и 4 противофазных каналов устройства управления объединены и подключены через общий фильтр 2 к одной и той же обмотке синхронизации трансформатора 1. Причем вторые входы компараторов 3 подключены к выходу блока согласования 5, а вторые входы компараторов 4 - к выходу аналогового инвертора 6. Выходы всех компараторов 3 и 4 подключают к усилителям-формирователям импульсов (УФ) устройства управления.
С целью расширения функциональных возможностей предлагаемого устройства управления в аналоговом инверторе 6 предусмотрен второй (дополнительный) управляющий вход 7, использование которого позволяет компенсировать возможный разбаланс токов противофазных тиристоров преобразователя.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя.
С помощью компараторов 3 трех каналов устройства управления фиксируются моменты сравнения восходящих ветвей синусоидальных кривых трехфазной системы напряжений развертки с одним постоянным напряжением управления U1, поступающим с выхода блока согласования 5. С помощью компараторов 4 трех противофазных каналов устройства управления фиксируются моменты сравнения нисходящих ветвей синусоидальных кривых тех же напряжений развертки с другим напряжением управления U2, поступающим с выхода аналогового инвертора 5, который инвертирует полярность напряжения U1. С помощью усилителей-формирователей УФ в моменты переключения компараторов формируются импульсы управления тиристорами преобразователя.
В момент сравнения восходящей ветви синусоидальной кривой напряжения развертки фазы «а» с постоянным напряжением управления U1 (точка К на фиг.2) происходит переключение компаратора 3, в результате чего формируется импульс управления тиристорами в канале «а» устройства управления. В момент сравнения нисходящей ветви синусоидальной кривой напряжения той же фазы «а» с постоянным напряжением управления U2 (точка «N» на фиг.2) происходит переключение компаратора 4, в результате чего формируется импульс управления тиристорами в противофазном канале «х» устройства.
Как видно на фиг.2, при равенстве по модулю постоянных разнополярных напряжений управления U1 и U2 сдвиг по фазе между импульсами управления тиристорами в противофазных каналах «а» и «х» устройства управления составляет 180 электрических градусов.
Аналогичным образом происходит формирование импульсов управления тиристорами в других каналах устройства управления.
В результате на выходе устройства управления формируется симметричная система импульсов управления тиристорами шестифазного преобразователя.
Однако даже при симметричном управлении может возникнуть разбаланс токов противофазных тиристоров преобразователя из-за несимметричного конструктивного исполнения его силовой схемы.
Для компенсации возможного разбаланса токов тиристоров на дополнительный вход 7 аналогового инвертора 6 подают сигнал рассогласования, пропорциональный разности токов противофазных тиристоров преобразователя.
Для устранения возможной несимметрии импульсов управления при минимальных углах управления из-за малой крутизны синусоидальной кривой в области ее амплитудных значений осуществляют с помощью блока согласования 5 ограничение отрицательного значения напряжения управления U1, а следовательно, положительного значения напряжения управления U2, на уровне Uo, не превышающем значения 0,9×Um (точки Ко и No на фиг.2), где Um - максимальное значение напряжения синусоидальной кривой развертки
Использование предлагаемого способа импульсно-фазового управления в многоканальном устройстве управления тиристорами преобразователя позволяет упростить его схемную реализацию. Так в шестиканальном варианте устройства вместо шести обмоток синхронизации трансформатора и шести фильтров используют лишь три обмотки синхронизации и три фильтра. При этом использование одного и того же синусоидального напряжения развертки в двух противофазных каналах устройства управления позволяет повысить симметрию импульсов управления тиристорами в этих каналах. Кроме того, использование дополнительного входа аналогового инвертора устройства управления позволяет обеспечить симметричную токовую загрузку противофазных тиристоров сильноточного преобразователя даже при несимметричном конструктивном исполнении его силовой схемы.
Указанные преимущества наиболее весомо проявляются при использовании предлагаемого устройства для управления тиристорами шестифазной (дважды трехфазной) схемы выпрямления с уравнительным реактором, которая нашла широкое применение в сильноточных низковольтных преобразователях для питания гальванических ванн.
Эта схема наиболее критична к несимметричной токовой загрузке ее взаимообратных звезд, что может привести к насыщению магнитной системы уравнительного реактора, а следовательно, к нарушению работоспособности преобразователя.
Реализация предлагаемого способа импульсно-фазового управления позволяет упростить схемотехнику устройства управления тиристорами и повысить надежность работы всего преобразователя в целом.
Источники информации
1. А.Л.Писарев, Л.П.Деткин. Управление тиристорными преобразователями, М.: Энергия, 1975 г.
2. М.И.Закс. Сварочные выпрямители, Л.: Энергоатомиздат, 1983 г.
1. Способ импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя, заключающийся в формировании импульсов управления тиристорами в моменты сравнения синусоидальных напряжений развертки с постоянным напряжением управления, отличающийся тем, что в противофазных каналах устройства импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя используют одно и то же синусоидальное напряжение развертки, при этом в одних каналах устройства импульсы управления формируют в моменты сравнения восходящих ветвей кривых синусоидальных напряжений с одним напряжением управления, а в противофазных каналах - в моменты сравнения нисходящих ветвей кривых тех же синусоидальных напряжений с другим напряжением управления, которое пропорционально первому напряжению управления и имеет по отношении к нему противоположную полярность.
2. Устройство импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя, содержащее обмотки синхронизации трансформатора, фильтры, двухвходовые компараторы и блок согласования напряжения управления, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено аналоговым инвертором, подключенным к выходу блока согласования напряжения управления, при этом одни входы каждой пары компараторов противофазных каналов устройства объединены и подключены через общий фильтр к одной и той же обмотке синхронизации трансформатора, причем вторые входы одних из каждой пары компараторов подключены к выходу блока согласования напряжения управления, а вторые входы других из каждой пары компараторов - к выходу аналогового инвертора.
