Способ управления многофазным тиристорным преобразователем и устройство для его осуществления

 

Ф Ф

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (u! 688979

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.05.77 (21) 2481017/24-07 с присоединением заявки № (2i3) Приоритет (43) Опубликовано 30.09.79. Бюллетень № 36 (45) Дата опубликования описания 30.,09.79 (51) N, Кл.-

Н 02Р 13/16

Государственный комитет (53) УДК 621.316 727 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Г. А. Пименов, В. А. Скрыпник, В. Ф. Егоркин и И. П. Некрасов (7i1) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫМ

ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ И-УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в системах управления многофазными тиристорными преобразователями частоты с непосредственной связью.

Известен способ управления многофазным тиристорным преобразователем, использующий суммирование развертывающих синусоидальных напряжений фаз В и С с последующим их суммированием по вертикальному принципу с регулируемым по величине постоянным напряжением смещения (1). Этот способ позволяет получить прямоугольные ограничивающие импульсы регулируемой ширины, накладываемые на развертывающие синусоидальные напряжения.

Ширина ограничивающих импульсов регулируется изменением напряжения смещения, при этом диапазон управления ограничивается симметрично с двух сторон.

Недостатком данного способа является то, что при уровне напряжения смещения, равном нулю, ограничивающие импульсы не формируются.

Ограничивающие импульсы необходимо усиливать минимум до двухкратной величины развертывающего напряжения.

Основной недостаток — возможность формирования ложных импульсов на нерабочих участках развертывающих синусоидальных напряжений при большой скорости изменения сигнала управления как в выпрямительном, так и в интерторном ре5 жиме, что приводит к прорыву инвертора.

Наиболее близким техническим решением к изобретению являются способ управления многофазным тиристорным преобразователем (2) с суммированием по вертикаль10 ному принципу развертывающих синусоидальных напряжений и регулируемого постоянного напряжения смещения при формировании импульсов ограничения предельных углов регулирования преобразова15 теля и устройство для его осуществления, содержащее для каждой фазы фазосмещающий мост, сдвигающий развертывающее синусоидальное напряжение на 90 эл. град., выход моста соединен со входом формпро20 вателя прямоугольного напряжения, к которому подключен регулируемьш источник постоянного напряжения смещения, выход формирователя связан с дпфференцирующей RC-цепочкой, последняя, в свою оче25 редь, соединена через диод, включенный в обратном направлении, с инвертпрующим входом выходного усилителя, и через другой диод, включенный в прямом направлении, с эмиттерным повторителем, при этом

30 выход инвертпрующего усилителя связан со

688979 входами и„,;„вторых каскадов двухкаскадных усилителей, подключенных к выходам фазосмещающих устройств преобразователя, а выход эмиттерного повторителя соединен с входами а„первых каскадов двухкаскадных усилителей. Устройство, реализующее этот способ, формирует узкие импульсы, которые служат для ограничения предельных углов регулирования преобразователя.

Недостатком данного технического решения является то, что оно не обеспечивает надежной работы преобразователя при скорости изменения сигнала управления превышающей скорость изменения развертывающего напряжения, так как в системе управления не исключается формирование ложных импульсов на нерабочих участках развертывающих синусоидальных напряжений, которые являются причиной аварийных режимов (прорывов инвертора) преобразователя.

Целью изобретения является повышение надежности преобразователя за счет исключения формирования ложных импульсов на нерабочих участках развертывающих синусоидальных напряжений при большой скорости изменения сигналов управления.

Поставленная цель достигается тем, что фазные и противофазные развертывающие синусоидальные напряжения после суммирования с регулируемым постоянным напряжением смещения инвертируют и формируют с частотой упомянутых развертывающих напряжений переменные прямоугольные напряжения, из отрицательных значений которых формируют положительные прямоугольные импульсы длительностью от 2л/3 до л, с помощью последних запрещают формирование ложных управляющих импульсов на нерабочих участках развертывающих синусоидальных напряжений, задние фронты импульсов, сформированных из фазных развертывающих напряжений, используют для ограничения предельных углов регулирования по am и в выпрямительном режиме для четных каналов преобразователя, а передние — для ограничения по а„., в инверторном режиме для нечетных каналов преобразователя, при этом передние фронты импульсов, сформированных из противофазных развертывающихся напряжений, используют для ограничения предельных углов регулирования по а;„в выпрямительном режиме для нечетных каналов преобразователя, а задние — для четных каналов по amax в инверторном режиме, причем при изменении диапазона регулирования преобразователя от 2л/3 до л длительность ограничивающих импульсов соответственно изменяют от л до 2л/3, где а,, „— предельный угол регулирования по минимуму, а » — по максимуму.

Устройство для осуществления способа, 5

25 зо

3J о

4 содержащее формирователи фазных и противофазных развертывающих синусоидальных напряжений, регулируемый источник постоянного напряжения смещения, выход которого подключен ко входам формирователей прямоугольного напряжения, и выходные каскады, выходы которых связаны со входами amm u amex двухкаскадных усилителей четных и нечетных каналов преобразователя, снабжено инвертирующими усилителями, при этом входы трех нечетных формирователей прямоугольного напряжения непосредственно подключены к выходам формирователей фазных развертывающих напряжений, а входы трех четных формирователей прямоугольного напряжения связаны с выходами формирователей противофазных развертывающих напряжений, причем выходы нечетных формирователей прямоугольного напряжения соединены через инвертирующие усилители и выходные каскады со входами а,; двухкаскадных усилителей четных каналов и— со входами а » усилителей нечетных каналов преобразователя, выходы четных формирователей прямоугольного напряжения— со входами amm двухкаскадных усилителей нечетных каналов и входами а» усилителей четных каналов преобразователя.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 — схема одного канала устройства; на фиг. 3 — схема одного канала фазосмещающего устройства преобразователя; на фиг. 4 и 5 — временные потенциальные диаграммы, поясняющие способ.

Способ управления много фазным тиристорным преобразователем заключается в том, что из развертывающих синхронизирующих напряжений формируют прямоугольные положительные импульсы длительностью 2л/3 — л. Эти импульсы служат для введения запрета на формирование ложных импульсов на нерабочих участках развертывающих синусоидальных напряжений и для ограничения предельных углов регулирования преобразователя в выпря. мительном (по amm) и в инверторном (по а ») режимах. Задние фронты импульсов, сформированных из фазных развертывающих напряжений, используют для ограничения предельных углов регулирования по am, в выпрямительном режиме для четных каналов преобразователя, а передние для ограничения по а„» в инверторном режиме для нечетных каналов преобразователя. Передние фронты импульсов, сформированных из противофазных развертывающих напряжений, используют для ограничения предельных углов регулирования по

amm в выпрямительном режиме для нечетных каналов преобразователя, а задниедля четных каналов no am,x в инверторном ре>киме.

Для изменения диапазона регулирования

688979

5 преобразователя зону запрета, создаваему1о упомянутыми выше импульсами ограничения, расширяют или уменьшают.

При уровне постоянного напряжения смешения равном нулю длительность ограничивающих импульсов составляет л, а диапазон регулирования преобразователя составляет 2л/3. Если необходимый диапазон регулирования 271/3, длительность ограничивающих импульсов равна л (при этом постоянное напряжение смещения не равно нулю).

На чертежах приняты следующие обозначения: 1 — формирователи фазных развертывающих напряжений; 2 — формирователи противофазных развертывающих напряжений; 3 — регулируемый источник постоянного напряжения смещения; 4 — 9 — формирователи прямоугольного напряжения, выполненные на операционных усилителях К1УТ401Б; 10 — 15 — инвертирующие усилители; 16 — 21 — выходные каскады; 221 — 22„— фазосмещаюшие блоки устройства управления; 221 †„ — двухкаскадные усилители 241 †„ — одновибраторы, формирующие длительность управляющего импульса; 25 — предварительные усилители системы управления преобразователя; +11„— U — источники питания;

U„„„—; U„-23,— — U, 23, — входные сигналы а„„, поступающие на первые каскады двухкаскадных усилителей 231 — 23„четных и нечетных каI Р

HBJIoB пРеобРазователЯ; Увх23, — вх23„ входные сигналы а„;„, поступающие на вторые каскады двухкаскадных усилителей

231 — 23„четных и нечетных каналов преобразователя; 26, 27 — транзисторы соответственно первого и второго каскадов двухкаскадного усилителя; 28,29 — диффеРЕНЦИРУ Ющая ЦЕПОЧКа, Увых46 (Uamln2, UtXmax3) — сигналы ограничения для второго канала

ПО а„;„И тРЕтЬЕГО КаНаЛа ПО атах, /вых17 (Цйвв!в3 Unmв„4) — СИГНаЛЫ ОГраНИЧЕНИя третьего канала по а, „и четвертого — по атах, - вых18 (URmln4 U2max5) — СИГналы ограничения четвертого канала по

ПО Kmln И ШЕСТОГО ПО С4пах; - вых20 (С71х п1п6

U „1 ) — сигналы ограничения шестого

КаНаЛа ПО а,в1„И ПЕРВОГО ПО атах, 7вых21 (<"т1п1 х пах2 ) сиГналы ОГp анHч P Hи Я первого канала по ап1„и второго — по агпах Uy> UyI 4 И Uy III p UyIV — УПРаВЛЯ ющие напряжения; У22, — сигналы на выходе фазосмешаюшего устройства первого канала преобразователя; 024, — импульс на выходе одновибратора; U26 — сигнал на коллекторе транзистора 26; U27 — сигнал на коллекторе транзистора 27; U28, U29— импульсы дифференцирующей цепочки 28, 29.

Устройство для осуществления способа

6 содержит шесть формирователей прямоугольного напряжения 4 — 9 (фиг. 1). входы которых подключены к выходу регулируемого источника постоянного напряжения смещения 3, входы формирователей 4, 6, 8 подключены к выходам формирователей фазных развертывающих напряжений 1, а входы формирователей 5, 7, 9 связаны с выходами формирователей противофазных развертывающих напряжений 2, выходы формирователей 4, 6, 8 соединены с входами инвертирующих усилителей 10, 12, 14, выходы которых через эмиттерные повторители 16, 18, 20 (выходные каскады) связаны с входами первых каскадов двухкаскадных усилителей 231 — 23„четных каналов и входами вторых каскадов усилителей

231 — 23n нечетных каналов преобразовате. ля, выходы формирователей прямоугольного напряжения 5, 7, 9 подключены к выходам инвертирующих усилителей 11, 13, 15, выходы последних через эмиттерные повторители 17, 19, 21 связаны со входами вторых каскадов усилителей 23,— 23„нечетных каналов и входами первых каскадов усилителей 231 — 23„четных каналов преобразователя.

Выходы усилителей связаны со входами формирователей длительности 241 — 24„

ЗО сигналы с которых поступают к предварительным усилителям 25 преобразователя.

Устройство работает счедуюшим образом.

На входы формирователей прямоугольноЗ5 го напряжения4 — 9 поступаютразвертывающие синусопдальные напряжения (фиг. 4,а), на выходах которых формируются переменные прямоугольные напряжения (фиг. 4,6 — ж), отрицательные значения

4О этих напряжений инвертируются инверторами 10 — 15 (фиг. 1), сигналы с выходов последних включают эмиттерные повторители 16 — 21. Положительные импульсы с выходных каскадов (фиг. 4,з — н) вводятся

45 в соответствующие каналы системы управления через двухкаскадные усилители

231 — 23„, подключенные на выходах фазосмещающих устройств 221 — 22„преобразователя (фиг. 3). Устройство формирует им50 пульсы запрета и ограничения предельных углов регулирования преобразователя для всего преобразователя, имеющего 71 каналов управления.

Прн ЭТОМ ИМПУЛЬСЫ 1 7вых16 — Цвых21, 55 помимо запрета формирования ложных импульсов на нерабочих участках развертывающих синусоидальных напряжений, выполняют одновременно функции ограничения предельных углов регулирования соот60 ветствующих каналов преобразователя как по минимуму а 1, так и по максимуму

amax (фиг. 4,з — н).

Рассмотрим работу устройства в момент времени 4 — 13 и при напряжении смещеG5 НИЯ вЂ” UqaI=0 На ПРИМЕРЕ Чаети qXeVrbi, 688979

65

7 включающей в себя элементы 4, 10, 1б (фиг. 2, фиг. 4), На вход формирователя 4 подается положительное напряжение U,4 (фиг. 4,a). Так как напряжение U подается на инвертирующий вход формировате1!я 4, то на его выходе снимаем инверсный сигнал (фиг. 4,б), запирающий инвертирующий усилитель 10 и открывающий эмиттерный повторитель 16, с выхода которого вых1б СНИМаЕтСЯ ПОЛОжИтЕЛЬНЫй ИМПУЛЬС длительностью д, используемый для ограничения второго канала преобразователя

ПО ап!1в И трЕтЬЕГО КаНаЛа ПО а „х.

Для иллюстрации работы устройства рассмотрим, как вводятся импульсы ограничения и запрета в первый канал преобразователя (фиг. 3).

Импульс по минимуму авн для первого

КакаЛа СНИМаЕтСя С ВЫХОда U.„z1б уетрОйства (фиг. 1, фиг. 4,н), а по максимуму

Qmaz С ВЫХОда УвыхгО (фИГ. 4,М).

Рассмотрим работу системы управления в момент времени, когда преобразователь работает в выпрямительном режиме, например в момент времени 4 — t».

При этом импульс с выхода U„,zm устройства а„;,! (фиг. 4,н), подается на вход вх23, (Qmini) двухКаскадного у СИЛИТЕЛЯ

231 (фиг. 1, фиг. 3), установленного на выходе фазосмещающего устройства 221 преобразователя. Этот импульс откроет второй транзистор усилителя 231, Пока этот транзистор открыт импульсом а„;„! производится блокировка фазосмещающего устройства

221 (его включение не приводит к формированию управляющих импульсов). Например, при уровне напряжения уравления равном У,ц (фиг. 5,а) формируется на выходе фазосмещающего устройства 221 отрицательный импульс U22,, который попадаЕт В ЗОНУ ДЕйетВИЯ ИМПУЛЬСа Q,;ni И, СЛЕДОвательно, будет запрещен (пунктир на фиг. 5,б).

Действительно импульс подается на первый каскад усилителя 231 и он должен открыться, что, в свою очередь, должно обеспечить формирование управляющего импульса на выходе двухкаскадпого усилителя 231, однако транзистор второго каскада усилителя 23! уже открыт ранее импульсом

Qmini и поэтому импульс U22, никакого Влияния на работу системы управления не оказывает.

Но после закрытия транзистора в усилителе 231 (окончание действия импульса а„1„1) от его заднего фронта (фиг. 5,г) формиРУетсЯ импУльс Угя 29 (фиг. 5,ж), который формируется одновибратором 241 по длительности (пунктирная линия на фиг. 5,з) и поступает в систему управления преобразователем, осуществляя его работу на заданном уровне ограничения.

Как видно из временных диаграмм (фиг. 5) импульс, сформированный от зад16

3о

-1О

Л 1

:0 бо

8 него фронта Qmin будет иметь место и при отсутствии импульсов с блока 221 (фиг. 3).

При напряжении управления равном Ui,i на выходе фазосмещающего устройства 221 формируется отрицательный импульс U22, (сплошная линия на фиг. 5,б). Транзистор первого каскада усилителя 231 закрывается (сплошная линия на фиг. 5,д), а транзистор второго каскада открывается,,импульс его дифференцируется дифференцирующей цепочкой 28, 29 с которой снимается имПУЛЬС Угв,29 (СПЛОШНаЯ ЛИНИЯ На фИГ. 5,ж), запускающий одновибратор 241, на выходе формируется HMIIQJIbc U28,29 (сплошная линия на фиг. 5,з) и в систему управления преобразователем поступает управляющий импульс.

Рассмотрим работу устройства в момент времени t6 — t12, когда преобразователь работает в инверторном режиме.

При этом импульс с выхода устройства (фИГ. 1) УвыхгО (91mazi) фИГ. 4,М (ПОдаЕтСя

На 7вх23, (Qmazi ) двухкаскадНОГО УСИЛИТЕля 231 (фиг. 1, фиг. 3).

При напряжении управления равном U !ц (фиг. 5,к) на выходе блока 221 формируется отрицательный импульс U22, (фиг. 5,л), который запирает транзистор первого каскада, а транзистор второго открывает, импульс его U» (фиг. 5,п) дифференцируется дифференцирующей цепочкой 28, 29 и на одновибратор 241 поступает импульс 029 29 (фиг. 5,р), который формируется по длительности, и в систему управления поступает импульс U24, (сплошная линия на фиг. 5,с).

При напряжении управления равном У !1 па выходе фазосмещающего устройства 221 формируется импульс Угг, (пунктирная линия на фиг. 5,л). Отрицательная часть этого импульса никакого воздействия на схему пе производит, а переход этого импульса к положительному значению также ничего не изменяет, так как транзистор первого каскада усилителя 231 ранее был открыт импульсом Um,„» о (фиг. 3, 4).

Таким образом, импульс с устройства 221 ннк ii(010 воздействия на схему, неоказываст, так как находится в зоне действия импульса U.,ãç, (г.х. ) от переднего фронформ!!ру PTCII HMII) JibC 029,29 (нунктнрная линия на фиг. 5,р), ограничиваюиц!й диапазон РегУлиРованиЯ по Qmaz.

Из временных диаграмм (фиг. 5,к — с) видно, что этот импульс будет формироваться н нри отсутствии напряжения управления и будет выполнять роль управляющего импульса на заданном уровне ограничения предельного угла регулирования по

Qmaz. ПРи изменении УРовнЯ напРЯжениЯ смещения — U,, äëèòåëüíîñòü импульсов ограничения будет одновременно и идентично изменяться во всех каналах преобразователя и, следовательно, также будет изме688979

10 няться разрешаемый диапазон регулирования преобразователя.

Учитывая, что диапазон регулирования преобразователя практически изменяется в пределах от 120 эл..град (2л/3) до 180 эл. град (л), то длительность импульсов ограничения должна соответственно изменяться от 180 эл. град л до 120 эл. град (2л/3).

Реализация изобретения в системах управления многофазными тиристорными преобразователями, имеющих синусоидальные развертывающие напряжения и скорость управляющих сигналов, превышающую в некоторых режимах скорость упомянутых развертывающих напряжений, позволяет повысить надежность частотно-управляемых электроприводов, так как исключает возможность формирования ложных импульсов на нерабочих участках развертывающих синусоидальных напряжений.

Формула изобретения

1. Способ управления многофазным тиристорным преобразователем с суммированием по вертикальному принципу фазных и противофазных развертывающих синусоидальных напряжений и регулируемого постоянного напряжения смещения при формировании импульсов ограничения предельных углов регулирования преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы за счет исключения формирования ложных импульсов при большой скорости изменения сигналов управления, фазные и противофазные развертывающие синусоидальные напряжения после суммирования с регулируемым постоянным напряжением смещения инвертируют и формируют с частотой упомянутых развертывающих напряжений перемен- 4о ные прямоугольные напряжения, из отрицательных значений которых формируют положительные прямоугольные импульсы длительностью от 2л/3 до л, с помощью последних запрещают формирование ложных 4> управляющих импульсов на нерабочих участках развертывающих синусоидальных напряжений, задние фронты импульсов, сформированных из фазных развертывающих напряжений, используют для ограничения предельных углов регулирования по

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее формирователи фазных и противофазных развертывающих синусоидальных напряжений, регулируемый источник постоянного напряжения смещения, выход которого подключен ко входам формирователей прямоугольного напряжения, и выходные каскады, выходы последнихсвязаны с входами а ; и Omar двухкаскадных усилителей четных и нечетных каналов преобразователя, отличающееся тем, что оно снабжено инвертирующими усилителями, при этом входы трех нечетных формирователей прямоугольного напряжения непосредственно подключены к выходам формирователей фазных развертывающих напряжений, а входы трех четных формирователей прямоугольного напряжения связаны с выходами формирователей противофазных развертывающих напряжений, выходы нечетных формирователей прямоугольного напряжения соединены через инвертирующие усилители и выходные каскады со входами а;, двухкаскадных усилителей четных каналов и со входами Gmar усилителей нечетных каналов преобразователя, выходы четных формирователей прямоугольного напряжения — со входами а„,;„двухкаскадных усилителей нечетных каналов и входами (xmar усилителей четных каналов преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 261549, кл, Н 02Р 13/16, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР № 508891, кл. Н 02Р 13/16, 1976.

G88979 бых гг

В ьхбых 5 г 77бьгхб

28ñ х.7 гхбых 8

27бы» 9

В аах.78 бых 17 х 78ых78

Л 778Ь1 79

Вы,с 20

278ых 27 (Пггг. гг

77гг

"гг твх г ох гхгти г г гхг о гб

27 г гггв,z8 72 гхгг ! з

77

U97

77ув а

77в77В,ь:;, л ь78 27с

tl 78 ьхб 2 Л 27С г7В Л С > В < Л > б 2"В К