Способ цифрового управления тиристорным преобразователем

 

Союз Советскмн

Соцналмстммаскмн

Расаублмк

ОП ИГРАНИ

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

) 666626 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 01.03.77 (21) 2457934/24-0 с присоединением заявки №(23) Приоритет

Опубликовано 05.06.79.Бюллетень №

) М. Кл.

Н 02 Р 13/16

Гасударственный наматет

СССР на делам нзабрвтеннй н аткрытнй

) УДК 621 316 .727 (088,8 ) Дата опубликования описания 08.06. (72) Авторы изобретения

Ф. Й. Кочубиевский и В. Ш. Кочубиевская (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ

ПРЕОБРАЗОВАТ ЕЛЕМ

Изобретение относится к области элек тротехники и может быть использовано для управленття тиристорными преобразователями электрической энергии.

Известен способ управления тиристорными преобразователями (1), позволяюший регулировать напряжение на включенной последовательно с ним нагрузке эа счет регулирования угла включения тиристора и эаключаюшийся в том, что управляюший входной сигнал сравнивается с пилообразным (или иным переменным во времени) опорным напряжением; разность управляюшего и опорного напряжений подается на нульорган, фиксируюший момент изменения знака этой разности, а нуль-орган

l5 . своим выходным сигналом воздействует. на управляюший электрод тиристора, переводя тиристор во включенное состояние; изменяя управляюшее напряжение, изме» няют и фазу включения тиристора.

Этот способ имеет тот недостаток,что входное управляюшее напряжение чдает лишь угол включения тнристора, иэ. а че го напряжение на нагрузке (его среднее значение) при данном управляюшем напря женин нестабильно и зависит как or фор мы кривой напряжения силовой цепи, пи таюшей тиристор, так и от параметров активно-индуктивной нагрузки в зоне пре» рывисгых токов нагрузки. Кроме того, характерисгика вход-выход (то есть зависимость среднего напряжения на нагрузке от управляюшего напряжения ) тиристорного преобразователя нри таком способе управления имеет сушественную нелинейность (особенно в зоне прерывистых токов), что создает дополнительные трудности нри реализации систем автоматического управления, включаюших в себя тиристорные преобразователи. .Поэтому возникает проблема создания таких способов, которые позволили бы по» лучать среднее значение напряжения на нагрузке тнристорного преобразователя, независимое от формы кривой напряжения питаюшей сети и параметров нагрузки как в зоне прерывистых токов, так и в зоне

66662

3 непрерывных токов без параметрической пристыковки этих двух зон.

Наиболее близким по технической суш» ности к данному изобретению является способ цифрового (дискретного) управления тиристорным преобразователем (2, заключаюшийся в том,что преобразуют управляющий сигнал,в число импульсов, запоминают это число импульсов, преобразуют эталонное постоянное напряжение в

1О импульсы тактовой высокой частоты, ве» дут счет импульсов тактовой высокой постоянной частоты, сравнивают число этих импульсов с числом импульсов, соответстI5 вуюших управляющему сигналу, и в момент равенства этих двух чисел вырабатывают управляющий сигнал, постоянный .по фазе, подают этот сигнал на тиристоры преобразователя и получают среднее значение

20 напряжения на нагрузке.

Недостатком данного способа является то, что среднее значение напряжения на нагрузке зависит от формы напряжения питающей сети и от параметров нагрузки, который вызван неизменностью фазы переднего фронта управляющего сигнала при постоянстве управляющего сигнала. Б результате этого изменение кривой напряжения питающей сети (при данном управляюЗО шем сигнале) приводит к изменению среднего значения напряжения на нагрузке.

Аналогичное влияние на среднее значение на нагрузке оказывают, как известно, па 35 раметры нагрузки в режиме прерывистых токов (влияние ЭДС самоиндукпии нагрузки)..

Цель изобретения получение средне го значения напряжения на нагрузке, не» зависимо ot формы напряжения питающей сети и or параметров нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе цифрового управления тиристорным преобразователем, заключающемся в том, что преобразуют постоянное эталонное напряжение в базовое число им, пульсов, запоминают это число, преобразу ют управляющее напряжение в текущее число, импульсов, сравнивают базовое чис ло с текущим числом импульсов, соответ ствуюших управляющему напряжению, фор мируют импульсы управления тиристоров в момент равенства этих чисел и получа ют среднее значение напряжения на нагрузке, также преобразуют отрицательное значение напряжения на тиристоре в базо вое число импульсов переменной высокой частоты, отделяющих под кривой напряже ния на тиристоре участки, равные между

4 собой по плошади, преобразуют сумму мгновенного значения положительного напряжения на тиристоре и управляющего на пряжения, поданного на заданный интервал времени, в текущее число импульсов пере» менной высокой тактовой частоты, отделяющих под кривой суммы мгновенного значения положительного напряжения на тиристоре и управляюшего напряжения, поданного на заданный интервал времени, участки равные между собой по площади.

Получение базового числа импульсов как результат преобразования мгновенно го значения отрицательного напряжения на тиристоре в импульсы переменной высокой тактовой частоты, отделяющие под кривой напряжения на тиристоре участки, равные между собой по плошади, позволя« ет измерить плошадь полуволны напряжения питающей за вычетом плошади полу . волны ЭйС самоиндукции нагрузки. Следовательно, информация об этой плошади со держитсч в пропорциональном ей базовом числе импульсов, полученном преобразова нием отрицательной полуволны на тиристоре в переменную высокую тактовую частоту и подсчетом числа этих импульсов.

Получение текущего числа импульсов в виде результата преобразования суммы мгновенного значения положительного на пряжения на тиристоре и управляющего на пряжения, поданного на заданный интервал времени, в импульсы переменной высокой тактовой частоты, отделяющие под кривой суммы мгновенного значения положительного напряжения на тиристоре и управляющего напряжения, поданного на заданный интервал времени, участки, равные между собой по площади, в сочетании с выработ» кой импульса, включающего тириетор, в момент равенства текущего числа импуль сов базовому числу импульсов позволяет обеспечить среднее значение напряжения на нагрузке, строго пропорциональное управляющему напряжению, независимо or формы кривой напряжения питающей сети, параметров нагрузки и пропорционально» го сигналу управления, поскольку сумма средних значений положительного напряже ния на тиристоре и на нагрузке строго равна среднему значению полуволны отри» цательного напряжения на тиристоре, Внесение в число текущих импульсов числа импульсов, пропорционального управляющему напряжению (пропорционален ность этой составляющей текущего числа импульсов управляющему напряжению обес печивается тем, что интервал времени, в

666626 течение которого подают управляющее на пряжение, стабилен и не зависит от вели чины управляющего напряжения, в сочетании с выработкой текущих импульсов, число которых пропорционально текущему 5 значению плошади кривой положительной . полуволны напряжения, приложенного к ти ристору, обеспечивает выработку управляющего импульса, включающего тиристор, в тот момент времени, когда площадь кри- 0 вой напряжени", приложенного к тиристору, станет равна полной плошади полуволны напряжения питающей сети за.вычетом по пувопны Э11С самоиндукции нагрузки (эта информация содержится в базовом числе импульсов) и за вычетом числа импульсов, пропорционального управляющему напряжению (эта информация в самом начале положительной полувопны напряжения на тиристоре вносится в число текущих импуль-20 сов). Определенный таким способом момент включения тиристора в статическом режиме обеспечивает строгую пропорциональность между средним напряжением на нагрузке и управляющим напряжением не25 зависимо от параметров нагрузки и or формы кривой напряжения питающей сети. данный .способ цифрового управления тиристорным преобразоватепем поясняется нижеследующими описанием и черте30 жами. На фиг. 1 изображена структурная схема управления тиристором;на фиг. 2диаграммы, поясняющие способ, Схема на фиг. 1 содержит. источник

-переменного напряжения 1, к которому подключена нагрузка 2 через тиристор (или иной управляемый вентиль) 3, mпряжение которого У через элемент суммирования 4 подается на входы первого

40 детектора знака 5, эпемента суммирова ния 6, второго детектора знака 7 и погического элемента HE 8; выход первого детектора знака 5 подсоединен к одному из входов элемента И 9 и ко входу дозатора времени 10, выходной сигнал которо45 го с момента получения входного сигна ла замыкает на заданное время а4 кон такты ключа 11., через который íà второй вход элемента суммирования 6 пода-. ется управляющий сигнал (напряжение Р>

50 ипи соответствующий ток) or источника управляющих сигналов 12; выход эпемента суммирования 6 подключен ко входу преобразователя аналогового сигнапа в высокую переменную спорную (тактовую)

55 частоту, например, преобразователя напря жения. в чистоту 1 33 выходной сигнаа преобравоватепя напряжения в частоту 13 в ви де высокочастотных сигналов опорной частоты подается на вторые входы элементов

И 9 и 14; на первый вход элемента И

14 подается выходной сигнал второго де тектора знака 7; выходной сигнал И 9 по дается на вход 15-1 (минус) реверсивного счетчика импульсов 15; на вход 152 (плюс) счетчика 15 подается выходной сигнал элемента И 14, а на вход 15-3 (сброс) счетчика 15 - выходной сигнал логического элеь энта НЕ 8; выходной си1 нап реверсивного счетчика 15 через элемент HE 16 подается на управляющий электрод 17 тиристора 3; кроме того, напряжение источника. питания 1 через интегратор 18 подается на второй вход эле» мента суммирования 4 (изображено пунктиром на фиг. 1). Интегратор 18 и эпе»» мент суммирования 4 вводятся топько в том случае, если переменное напряжение источника питания 1 имеет постоянную составляющую.

Способ можно пояснить, рассмотрев работу схемы фиг. 1. Если управляющий сигнал источника 12 Uy, равен нулю, а постоянная составляющая в напряжении источника питания 1 отсутствует,то есть равны интегралы его полуволн, то в попупериод, когда к тиристору 3 приложено напряжение Р с полярностью, обратной направпению проводимости тиристора З,это напряжение через элементы суммирования 4 и

6 подается на вход преобразователя напряжения в частоту 13 и преобразуется им в переменную высокую опорную частоту, текущее значение которой (если пренебречь длительностью максимального периода переменной высокой тактовой частоты в сравнении с периодом напряжения источника питания, то можно употребить в дальнейшем термин "мгновенное значение тактовой частоты") пропорционально мгновенноМу значению напряжения Ur npu любой его форме, благодаря чему (см. фиг. 2в) моменты перехода напряжения переменной тактовой частоты через нулевое значение под кривой напряжения источника 1 -отделяют друг or друга равновеликие плошади, равные интегралу попувопны напряжения U депенному на число полупериодов (ипи периодов - в зависимости от устройства преобразователя напряже ния в частоту 13) переменной высокой тактовой частоты, Так как преобразователь напряжения в частоту дает на выходе сигнал, частота которого пропорциональна входному напряжению, а период выходного напряжения, 666626

7 8 следовательно, обратно пропорционален следовательно, вмещают в себя равное входному напряжению, то произведение число периодов переменной высокой тактовходного напряжения такого преобразова- вой частоты). Поэтому при нулевом.управтеля на период его выходного напряжения- ляюшем сигнале напряжение на нагрузке величина постоянная, ro есть постоянны 5 также будет равно нулю a тиристор 3 не и плошади под кривой входного напряже- будет включаться. Если бы источник питания, отделяемые д ляемые моментами перехода че- ния 1 имел постоянную составляюшую в рез нуль выходного напряжения преобра- своем напряжении, то она была бы выдезователя напряжения в частоту. В соот- лена интегратором 18 и скомн ветствии со знаком полуволны напряжения его выходным воздействием по второму

10 на тиристоре 3 через детектор знака 7. входу элемента суммирования 4. выдается "логическая единица" на один из Если управляющий сигнал от источнивходов элемента И 14, на второй вход ко- ка 12 не равен нулю, то в начале второй торого поступают сигналы переменной вы-, полуволны напряжения источника 1 (см. сокой тактовой частоты, благодаря чемУ фиг. 2б) этот сигнал. на время а, в на выходе элемента И 14 появляются им- течение которого замкнуты контакты клюну и льсы, синхронизированные с импульса- ча 11, подается на вход элемента суммими тактовой частоты, число которых за рования 6, где суммируется с второй повремя полуволны напряжения источника пи- луволной напряжения на тиристоре 3, бла20 тания l фиксируется реверсивным счетчи- годаря чему обратный счет реверсивного ком 15 (базовое число импульсов), нева» счетчика 15 заканчивается еше до оконвисимо QT формы кривой этого напряжения чания этого нолупериода - в момент вреВыходы всех разрядов реверсивного счет- мени kg, что вызовет включение тирисчика 15 суммируются внутри этого счет- тора 3. Очевидно, что плошадь той части чика, благодаря чему при любом положе- полуволны напряжения на тиристоре, котонии счетчика 15, кроме нулевого, на его рая с момента его включения будет привыходе имеет место "логическая единица", ложена к нагрузке, в пересчете на число инвертируемая элементом HE 16 в "логи- импульсов переменной тактовой высокой ческий нуль", Во второй полупериод напри- частоты будет в точности равна тому чисжения источника l, соответствующий по лу импульсов которое при обратном счеполярности направлению проводимости ти- те поступило в реверсивный счетчик 15 истора 3 на выходе детектора знака 7 под воздействием напряжения V то будет нулевой сигнал, который определит есть обеспечивается:строгая линейная зану улевой выходной сигнал элемента И 14 висимость напряжения на нагрузке от уп35 и прекрашение заполнения реверсивного равляюшего сигнала, независимо от форсчетчика 15. В то же время начнет давать мы кривой напряжения источника питания выходной сигнал детектор знака 5, кото 1 (поэтому на фиг, 2 эта кривая взята рый дает "логические единицы" на вход треугольной). Если нагрузка не является

И 9 ° дозатора времени 10. С 40 чисто ак ной, à носит активно»индуктивэтого момента импульсы такторой частО» ный характер, то ток нагрузки будет про ты (текущее число импульсов) с выхода текать и в течение части отрицательного полупериода напряжения источника питания

15-2 реверсивного счетчика 15, вызывая 1 (см. кривую активного падения напряобратный счет - убывание числа импуль- жения Д на фиг. ). на иг. 2). Изза влияния сов, записанного в пРедыдУший полУЦеРи . ЭЙС самоиндукции нагрузки тиристор 3 оА напРЯжениЯ источника 1. Если источ- окажется отпертым до момента времени ник управляюшего сигнала 12 дает нуле- tq, когда ток нагрузки станет равным нувое напряжение, то замыкание контактов лю. Поэтому число импульсов, которым ключа ll на время л под действием будет заполнен реверсивный счетчик 15 выходного сигнала дозатора времени 1 воздействием по входу 15 1, будет равно никак н как не повлияет на работу схемы, бла- числу +Л, соответствующему заштрихо-

2 годаря чему реверсивный счетчик 15 за- ванной плошади ниже оси времени фиг б. кончит обратный счет, то есть выйдет на Этаплощадьбудетменьшеплощадицелойпо- нулевой выходной сигнал, только в момент луволны напряжения источника питания 1 на

55 окончания рассматриваемой положительной величину -3; (см. фиг. 2a)„ являющейся полуволны напряжения источника 1 (ианом- мерой индуктивного падения напряжения ним что интегралы полуволн этого напря- на нагрузке. Из-за этого в следующий ин1 женин равны по абсолютной величине и, тервал проводимости тиристора 3реверсив»

66662

Формула изобретения

Способ цифрового управления тиристорным преобразователем, состоящий в том, что преобразуют постоянное эталонное напряжение в базовое число импульсов, запоминают это число, преобразуют управляющее напряжение в текущее число импуль сов, сравнивают базовое число с текущим числом импульсов, соответствующих управляющему напряжению, формируют импуль сы управления тиристоров в момент равенства этих чисел и получают среднее значение напряжения на нагрузке, о т л ича юшийс я тем, что, сцельюполучения среднего значения напряжения на нагрузке независимо or формы напряжения питающей сети и от параметров нагрузки, преобразуют отрицательное значение напряжения на тиристоре в базовое число импульсов переменной высокой частоты, от« деляюших под кривой напряжения на тиристоре участки, равные между собой цо пло щади, преобразуют сумму мгновенного значения положительного напряжения на тиристоре и управляющего напряжения, llo» данного на заданный интервал времени, в текущее число импульсов переменной высокой тактовой частоты, отделяющих под кривой суммы мгновенного значения пол жительного напряжения на тиристоре и управляющего напряжения, поданного на заданный интервал времени, участки равные между собой по плошади.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Каталог-справочник 08.30.07-73

Тиристорные электроприводы на базе преобразователей серик КПТ", Инфорэлектро, М., 1973, с. 20-22.

2. Авторское свидетельство СССР

hh 465704, кл. Н 02 P 13t16, 10.11.71.

9 ный счетчик 15 закончит обратный счет и через элемент HE 16 включит тиристор

3 быстрее, чем в предыдущий интервал проводимости этого тиристора, а напряжение на нагрузке в положительный полупериод напряжения возрастет на такую величину, на которую в предыдущий интер вал проводимости был уменьшен интеграл напряжения на нагрузке из-эа влияния ее индуктивности, Таким образом; в статических режим х, во все интервалы проводимости тиристора 3 интеграл напряжения на его активно-индуктивной нагрузке 2 держится постоянным и строго пропорциональным управляющему сигналу при лю- 15 бых параметрах (постоянных времени) нагрузки и при любой форме напряжения источника питания 1.

Сброс счета реверсивного счетчика 15, осуществляемый подачей сигнала на вход 2О

15-3 этого счетчика с выхода элемента

HE 8, обеспечивает подачу импульса включения тиристора на его управляющий электрод 17 в течение всего времени, пока тиристор 3 включен, а также все это вре- 5 мя принудительно удерживает счетчик 15 в нулевом положении, что исключает ошибочный счет под влиянием помех и накоп1 ление ошибки управления при флуктуациях напряжения источника питания l.

Данный способ цифрового управления тиристорным преобразователем, в отличие

or известных способов цифрового управления, обеспечивает строгую пропорциональность между управляющим сигналом и средним значением напряжения на нагрузке независимо от ее параметров и от формы и величины напряжения питающей сети. Это обеспечивает линейность и строгую стабильность характеристик вход-вы40 ход тиристорного преобразователя как в режиме прерывистых токов, так и при непрерывных токах, что упрощает реализацию максимально возможного быстродействия тиристорных электроприводов.

Нетрудно показать, что соединение управляемых данным способом тиристоров в многофазный тиристорный преобразователь обеспечивает этому преобрвзователю однозначную и строго линейную статическую характеристику вход-выход как в зоне прерывистых токов, так и в зоне непрерывных токов.

Решение задачи высокостабильного управления тирнсторным преобразователем

10 данным способом, позволяющим применять цифровую технику, дает воэможность, например, в металлорежуших станках с программным управлением получать вт системы программного управления непосредственно управляющие импульсы тиристоров и тем самым почти полностью исключить устройства управления тиристорами, поскольку мики-ЭВМ, используемая в системе программного управления, может обеспечить и все от=рации, выполняемые для цифрового управления тиристором по предложенному способу.

666626 ие.2

Составитель О.:Парфенова .

Редактор Й. Мепуришвили Техред М.. Келемеш Корректор И. Муска

Заказ 3204/43 Тираж 856 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д -4/5

Филиал ППП Патент,r. Ужгород, ул. Проектнан, 4