Патент ссср 416814

 

4I68i4

О - - - И Е

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 16.17.1969 (№ 1321391/24-7) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 25.11,1974. Бюллетень ¹ 7

Дата опубликования описания ЗЛ Н.1974

М. Кл. Н 02р 13/16

Государственныи комитет

Совета Министров СССР по делам изооретеннй н открытий

УДК 621.316.722:62-83 (088.8) Авторы изобретения

И. М. Штейн, А. П, Хечумян, Л. A. Горнштейн, А. С. Ратников, E. Д. Шапиро и В. М. Добровольский

Государственный проектный институт «Тяжпромэлектропроект»

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ БЕСКОНТАКТНЫМИ

ТИРИСТОРНЫМИ КЛЮЧАМИ В ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМОМ

ЭЛ ЕКТРО П P И ВОДЕ

B известных устройствах, содержащих транзисторные логические элементы, импульсы, открывающие тиристорные ключи, не синхронизируются с соответствующей фазой рабочего напряжения. В качестве генератора импу льсов управления используют блокинг-генератор, так как у автономных инве1поров со: пеном постоянного тока пределы изменения Iclc

IoI»I сравнительно малы, Прн больших пределах изменения скорости вращения применять блокинг-генератор невозможно, так как при малых частотах трудно получить длительность импульсов включения, необходимую для обеспечения нарастания тока в инду.ктивной нагрузке. Для обеспечения гальванической развязки управляющих электродов необходимо большое количество источников питания.

В известных устройствах управления в качестве формирователя управляющих импульсов включения тиристоров применены генераторы

Ройера повышенной частоты с выпрямителями на выходе и со срывом генерации.

1 ñëü изобретения — получить прямоугольные импульсы заданной длительности, cIII(хронизированные с напряжением питания тпристоров.

Предлагаемое устройство отличается тем, что узлы фиксации фазы подключены через фильтр несущей частоты, формирователь прямоугольного напряжения и инверсный элемент ко входу сумматора импульсов, выход которого через двоичные счетчики и элементы совпадения соединен со входамп формирователей управляющих импульсов.

5 Для этого на магнитопроводах магнитньы усилителей размещены дополнительные обмотки, образующие в каждой фазе совместно с дополнительными вентилями узел фиксации фазы.

10 Узлы фиксации всех фаз, в которые вклочены фильтры несущей частоты, формирователи и инверторы, подключены к сумматору импульсов, состоящему пз логических элементов ИЛИ вЂ” НЕ и инвертора, выход которого

15 подключен к двоичному счетчику.

На фиг. 1 изображена электрическая схема предлагаемого устройства применительно к двухфазному двигателю; на фнг. 2 — диаграмма импульсов в различных частях схемы уст20 ройства; »а фиг. 3 — схема формирователя управляющих импульсов включения тпристорных ключей (генератор Ройера со срывом гснерации) .

На четырех тороидальных или П-образных

25 магнитопроводах 1 — 4 расположены сетевые обмотки 5 — 8 включенные попарно-встречно.

Переменное напряжение на обмотках 7 и 8 должно быть сдвинуто на 90" относительно напряжения на обмотках 5 и б. Одпотактпый

30 магнитный усилитель выполнен с двумя вы:1 11) 814 и кодами па удвоенной час-.оте, ка)кдый из коf0pBlx 00рВооВВН че!ырьк(ч вторичнь(«1: мотками, включенными попарно-IIE;cле.(:,;!3((>ельно (а пары — последовBòåëhíî-вс> () iн0), и двумя вентилями, в лючецными !10 ске) е cii средней >очкой. Обк(откп 9--12 с Bi .н".илямпдемодуляторамп 13;! 11 оорязуют один вы.юд (точки 15 и 16) од:10:;>Hïfîci) к(я>-!111-ного уси лителя, а обмотки 17 — 20 с вен. нл,. и н 21 и

22 образуют в (Opo!i выход (точкн 23 и 24).

При питяпнп обмоток уilpHBJ!e13Hsf (ня фиг.

1 I!PÄ H o I((i 3 .!! i i l ) l I c p c i(I c I I i! Bl и и (1 п >7 Я х(е1(и е, 0 т источника задающей частоты па выходц 00мотках 9- -12 и 17 — 20 магнитного усилится>! появляется перемеш>ое напряжение, модулированное па (>к(Г(литуде.

После дв кполупсриодпого выпрямлеш>я посредством вентилей l3, 14 и 21, 22 осущес(вляется в>.!Г!р>131>я(ель модулироваппы., колебаний по >(Г>нкпо !у(!ери(>)(ног! схеме выпрямлсI3HH CO CpC ." IIC!I Ti7 I (01f, 1, :!!i! вык(J !X (1 5, 1 6

H 23, 24) IIOSIB Jf >i!O I CH уl! I!IIO Iff p(II IC BO;I) BO ff! fhl низкой частоты, состоящие из пакета уflfiiioJIf1pIIbIX Г!, !1ульCÎB, МОД) лированпык IIO (i.,I I! Jl!1 туде, частота которых в четыре ря:)(> ripe!» fшает частоту сети, питающей усплптел(,, Вентили 13, 14, 21 и 22 не только осу!!Ic ii!3ляют демодуляцию, HO также создают и!!утреннюю обратную связь, которая Гп)л ic,cя положительной в положительный полупpðèoä напряжения задающего генерязоря и 0(рпцательный в отрицательный полупернод.

Для превращения полуволн одной полfipii(>сти в переменное напряжение пеобкоди li) iii риодически изменять направленп(т()кя н ц(! и нагрузки.

Для этого два выхода (15, 16 и 23, 24) однотактного магнитного усилителя включены в два накрест лежащих плеча моста, в два других плеча моста (16, 24 и 15, 23) включены полуобмотки 25 и 26 одной фазы двигателя, я в диагонали моста включены тпристор ыс ключи 27 и 28, которые поочередно 1>к.7(оп;1ются посредством управля(ощего устройс )(1, выполненного па транзисторных логически . элементаx, и, следсгательно, ток, протек>пощий через Голуобмотки;Гвигателя, будет изменять свое пяпрявлеш:е кяждый полупери1HC IO схем с одно" BI: пым )Гяг!!ГГ>ш.(м усилителем

ДОЛ ж1!О бы :: pcBI!0 чис 7у (1) яз двигателя.

В данном случае рассматриваются две гякик мостовык схемы применительно i(двук фазному ясинкро»ному двигателю (с>1. фиг. 1).

Мостовые схемы различных фаз полностью идентичны, 1107.0ìó у второй схемы цифрами обознача>о с.i ;",олько те элементы, которые необходимы для уяснения принципа действия устройства для управления бесконтяктными тиристорны,IH кл(очями.

Устройство для управления беско(>тактными тиристорными кл!очам(3 основано пя применении двоичпык счетчиков и схем совпадения и управляет тиристорнь(3(и ключами 27, 28 и 29, 30 мосто>зык схем двух фаз. Схема.>

25 зо

4 управления должна обеспечить переключение

Гиристоров тогда, когда напряжение на выходах мостовой схемы одной из фаз ряв»fo нулю.

Так i(H! униполярпые полуволны напряжения па выходах 31, 32 и 33, 34 мостовой c(смы второй фазы сдвинуты цо фазе на угол 90" относи!ельно полуволн напряжения на выходах 15, 16 и 23, 24, включение и выключение

- иристорных ключей должно происходить в следующей последовательности; включение

7иристорного ключа 27 и выключение ключа

28, включение тиристорного ключа 27, включение тиристорного ключа 30 и выключение тиристорного ключа 29.

Вкл(очение и выключение ключей происходит в моменты пауз между полуволнами напряжения на выходах 15, 16; 23, 24 и 31, 32;

33, 34.

Управление включением осуществляется Ila транзисторных логических элементах. Для фиксации момента, когда напряжение па выходах мостовых схем равно нулю, на магнитопроводы наматывают дополнительные обмотки 35 — 38 и 39 — 42 с малым количеством витков, которые совместно с диодами 43, 44 и

45, 46 включаются по !ой же схеме, l!o ко! 0рой включены силовые выходы, и образуют узлы 47, 48 и 49, 50 фиксации фазы. После фильтрации напряжений измерительных выходов посредством П-образных фильтров 51 и 52 и формирования посредством формирователей 53 и 54 на выходе появля!отся пр»моугольные импульсы, паузы ме)кду которыми равны паузам между полувол((ами на измерительных выходах 47, 48 и 49, 50. Прямоугольные импульсы с выходов формирователей, пода(отся на инверторы 55 и 56. В результате инверсии в тех местах, где были паузы, появляются импульсы, а в местах, где были импульсы — паузы. Выходы инверторов 55 и 56 подводятся к сумматору, сос!оящему из логического элеме>(тя ИЛИ вЂ” НГ 5>7 н i(1(Bcpp 1 58.

На выходе инвертора 58 появляется сумма импульсов, поданных на вход элемента

ИЛИ вЂ” НЕ 57. Выход инвертора подается на вход счетного триггера 59 с выходами 60 и

61. Выход 61 триггера 59 включен ко входу счетного триггера 62 с выходами 63 и 64.

Выходная мощность триггеров 59 и 62 маля, поэтому выходы триггеров СО и 61, 63» 64 вкл(очепы ко входу инверторов 65 — 68, которые выполняют функции усилителей мощности. Таким образом, триггеры 59 и 62 совместно с инверторами 65 — 68 представляют собой двухразрядный двоичный счетчик, выходы которого попарно подаются на вход четырех схем совпадения 69 — 72, выполненных на элементах ИЛИ вЂ” HE; у каждого из них при

«нулях» на двух входах появляется «единица» на выходе. Выходные импульсы схем соВпадений (после инверсии) посредством ипверторов 73 — 76 включают формирователи 77, 78, 79 и 80 управляющих импульсов включения, 416814

5 которые выполнены как гснеряторы Р )йсрл со срывом генерации. Члстотя ге(епаторов

Роиерл состлвл;(ст вс ?I«««y <)«Оло бг?0010000 ги,.

113((р?1)к(ни(. выход(!ых Обма?ок 1(пс!);! (н.:

Ройсра (иослс вь! пря мления и фи, ьт()

Напряжения в элементах устройства построены в функции времени (см. фиг. 2). Кривыс 85 и 86 показывают измене(не напряжения на узлах 47, 48 и 49, 50 фиксации фазы после фильтпации несущей част<) ы поср дством фильтров 51 и 52; кривые 87 и 88изменение напряжения па выходе формирователей прямоугольных и. <ïóëüñîâ 53 и 54; кривые 89 и 90 — изменение напряжения 1!а выходе ипверторов 55 и 56. Прямоугольные и Iпульсы па кривых 89 и 90 по вчсх(ени совпадают с паузами в кривых 85 и 86. Крив",я 9 . напряжения показывает кривую напряжения на выходе инвертора 58. включенного после элемента ИЛИ вЂ” HF. 57. Импульсь. с выходя инвертора 58 пода!отся па двоичиь(й счетчик, состояп(и?1 из двух триггеоов 59 и 62 и инвег)торов 65 — 68. Кривые 92 и 93 по(азь(вя(от изменение папря)кения на выходах 60 и 61 триггера 59; кривые 94 и 95 — изменение напряжения пя выходах 63 и 64 триггера 62.

Коивые 92 — 95 Очновременно IB !?потся кгивыми напряжения ня вь(ходях т" иггсров и

I(pi(BI!)(Il напряжения Ila вы одах иивсрторов. включенных на противоположныс выходы триггеров. Нап:имер. кривая 92 изображ ст изменение напряжеии;! на выхо,(е 60 т()иггсра 59 И аднОВрЕМСНПО ИЗгяс»ЕПИС 1(янряжеи(!я па выходе ипвсртаря 66.

Крива(93 изображает изменение нлпряжсния на выходе 61 триггера 59 и напряжения па выходе инверторя 65. Точно также кривые

94 и 95 покажь!влют изменение напряжения 113 выходах 63 и 64 11)»lie!);? 62 и с ответс)13с((по, ?1:!.лсисние напряжения 113 выходя: »нв(рта()о(3 68 и 67.

Кривые 96 и 97, 98 и 99 изоора)кают из, енение напряжения ня выходах схе . совпадения 69 — 72. Импульсь(п3 Bh(Yo÷3Y схем с< впадений очновпсмснио изображают им»у.(! Оы включения, котцарь?с иолл(отся нл управ,.l»!o шис элсктрочы тиристорн(!х кл;о !сй OT t(!,срлторов импульсов вкл(оче?(ия.

Имп ..«bc(.(I(3 кривых 96- — 99 (о lilo совпл

JI3toT с началом иолуволн. изображенных !!л кривых 85 и 86 (cì. фиг. 2).

Таким образом, устройство для управления включением тиристорных ключей обеспечивает управление ключами точно после окончания паузы и в начале очередной полуволны

При изменении част<.:ы от нуля до максимальной частоты импульсы включения автоматичсски нод;?ются в нуждый момент, т. е.

13 ЫОМ< (Iт Оl(OI!(!31(IIЛ ПЛ\ ЗЫ !(П

О 1(. !) C (l О И ! () Л У В () Л Н Ы, 11!)11 1111,((» !3(! О гл (tllll1)11113 уирлвля!0(цег() и..!н) lь(<1 сглнавигся больше, 1(ри увели 1(!11!It I Я С 1<) ГЬ! !1! ИРИН Л VIIР

В случае исш)льзоьлиия двухфазного двигателя, применяпгь сумматор необязательно, 10 так клк импульсы после инверторов 55 и 56 могут быть поданы на раздельные входы триггера 59. Однако при наличии трехфазного двигатс,(я сумматор необходим — подводятся импульсь(от трсY каналов. Двоичный счетчик

15 в этом случлс должси состоять из трех триггеров и шссти ш!всрторов при шести схемах совплдсш(я,:;. каждой из которых должны подводиться импульсы от трех выходов двоичного счетчика. Число с.,ем совпадения, инвер2;1 торов c Ye.. i совпядсн, и генераторов Ройсра дол)кио быть довсдсно до шести.

Как уже y:(Bçü(B3ëooB, в качестве формиров3тслc Ã.t упраг.чя(ап!(пх импульсов применяют генератор Ройера с устройством срыва гене25 рации.

Генератор Ройерл собран на двух транзисторах 100 и 101 с р — и — () переходом. В коллекторные цепи транзисторов чключены обмотки 102 и 103, расположенные на феррита)0 вом замкнутом тороидальиом сердечнике 104.

На этом же ферритовом сердечнике с прямоугольной формои петли гистерезиса намотаны обмотки 105 и 106 цепи базы и выходные обмотки 107 и 108.

35 Для пачучени;. на блзàx транзисторов 100 и !01 отрицательных открывающих потенциалов предусмотрен потенциометр, состоящий из рсзис o!)0B 109 и 110. Гснератор Ройерл генерирует напряжение пря)(оугол(ной формы

40 с часто-(ой 6 — 10 кгц, которос через выходные обмотки 107 и 108 после выпрямления посредством диодов 111 и 112 и после фильтрации копдсисатором 113 через резистор 114 подлется на управ IB(ol!(I?li электрод тиристорного

45 ключа.

Генератоп Ройеря генерирует, если точка

115 имеет отрицатсльньш потенциал. Если через сопротивление 110 пропустить ток от 10 .— ки 1!5 и точке 116, то точка 115 получает по50 ложительный потепциа1. транзисторы 100 и

101 запираются и происходит срыв генерации.

Для пропусклния токл !epee резистор 10 служит устро)йство срыва ге»с,;(Il.ии, собр lllно(нл тр;!Il!!!((Орах I 7 и !8 с 1т- !) и нсрс55 хо,чо)1.

1.(<г!» !(риса(динит!. т<)чку 119 !(нулевой шинс (то,кл !16), транзистор 117 Открывается и база траизист<;рл 118»рисосдиияется к нулю, транзистор 118 закрывается и возникает

60 генерация у генера орл Ройера. Если точка

119 не имеет соединения с нълево(1 шиной транзистор 117 закрывается, транзистор 11, открывается и генерация срывается.

Точка 119 присоединена к выходу логичеI)5 ского элемента «инвертор» 73 — 76 (см. фиг.1), 4!6814

Таким образом, при появлении на выходе схем совпадения 69 — 72 «единицы» rerreparop импульсов управления выдает включающие импульсы на соответствующие тиристорные ключи 27, 28 и 29, 30.

Предмет изобретения

Устройство для управления бесконтакгны ми тиристорными ключами в частотно-управляемом электроприводе, содержащее двоичные счетчики, элементы совпадения, формироватсли управляющих импульсов и узлы фиксации фазы, отличающееся тем, что. с целью получения прямоугольных импульсов заданной длительности, синхронизированных с напряжением питания тиристоров, выход каждого из углов фиксации фазы подключен через фильтр несущей частоты, формироьатель прямоугольного напряжения и инверсный элемент ко входу сумматора импульсов, 1О выход которого через двоичные счетчики и элементы совпадения соединен со входами формирователей управляющих импульсов.