Устройство для управления тиристор-ным преобразователем

 

Социалистических

ЗОБРЕТЕН ИЯ

<Н817975

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 10.01.79 (21) 2709890/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (5l) М. Кл.з

Н 02 Р 3/16

Гасударстееииый камитет

СССР (53) У1(К 621.316.

727 (088 8) иа делам изааретеиий и аткрытий

Опубликовано 30.03.81. Бюллетень № 12

Дата опубликования описания 05.04.81

f

А. В: Каменев, iO. С. Котт н Л., Н. Ш вов, нн1 (72) As горы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления тиристорными преобразователями переменного тока с принудительной импульсной коммутацией.

Известно устройство для управления тиристорным преобразователем переменного тока, содержащее блок синхронизации, органы регулирования фазы управляющих импульсов, промежуточные и усилительные элементы и трансформаторные выходные каскады (1).

Режим работы нагрузки, обеспечиваемый при таком управлении, характеризуется низким значением коэффициента мощности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для управления тиристорным преобразователем переменного тока с принудительной импульсной коммутацией, содержащее трансформатор напряжения, блок синхронизации, формирователи опережения положительной и отрицательной полуволн питающего напряжения, логический блок, формирователь импульсов подготовки, регулятор фазы включения первого моста, регулятор фазы включения второго моста, регулятор фазы отключения одного из мостов, триггер начала пуска, органы управления, формирователи импульсов включения и отключения мостов и усилители импульсов управления, подключенные че5 рез выходные трансформаторы к управляющим входам тиристорного преобразователя переменного тока (2).

Недостатком устройства является невысокий коэффициент мощности нагрузки. ю

Цель изобретения — повышение коэффициента мощности нагрузки и уменьшение влияний на линии связи при переменных параметрах питающей сети.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для управления тирисд торным преобразователем переменного тока снабжено датчиком производной от тока во вторичной обмотке трансформатора, триггером замера интервала времени между включением первого и второго моста, конденсатором, усилителем заряда с развязыI вающим диодом, усилителем разряда с развязывающим диодом, формирователем диапазона изменения фазы включения первого моста для ттоложительной полуволны, фор817975

55 мирователем диапазона изменения фазы включения первого моста для отрицательной полуволны, формирователями начала зоны выключения первого моста для положительной и отрицательной полуволны, формирователями диапазона изменения фазы выключения первого моста для положительной и для отрицательной полуволны питающего напряжения, дополнительным регулятором фазы включения второго моста, формирователем импульсов подготовки регуляторов фазы включения второго моста и формирователем импульсов подготовки регулятора фазы отключения первого моста, причем формирователь импульсов подготовки регулятора фазы включения второго моста входом подключен к выходу регулятора фазы включения первого моста, а выходом соединен со входом усилителя заряда и со входами «Взвод» и «Пуск» обоих регуляторов включения второго моста, выход дополнительного регулятора фазы включения второго моста подключен ко входу формирователя импульсов включения второго моста, управляющий вход подключен к ьь;ходу датчика производной от тока «о вторичной обмотке трансформатора, триггер замера интервала времени между в:-..ночением первоt.o и второго моста входами подключен к выходам усилителей импульсов включения первого и второго мостов, а выходом через усилитель разряда и диод к отрицательной обкладке конденсатора, подключенной к управляющему входу регулятора фазы включения первого моста и через диод к выходу усилителя заряда, формирователь импульсов подготовки регулятора фазы выключения первого моста подключен выходом к входам «Взвод» и «Пуск» регулятора фазы выключения первого моста, а входами через формирователи диапазонов изменения фазы включения первого моста, подключенные выходами к входам логического блока, и через формирователи начала зон выключения первого моста подключена к выходам триггера синхронизации, формирователи диапазонов изменения фазы включения первого моста для положительной и отрицательной полуволн входами подключен к выходам формирователей опережения положительной и отрицательной полуволн напряжения, а выходамико входам логического блока.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2— схема известного тиристорного преобразователя, управляемого устройством; на фиг. 3временная диаграмма работы устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит трансформатор 1 напряжения, подключенный первичной обмоткой к питающему напряжению, а вторичной — к блоку 2 синхронизации, триггер 3 синхронизации, выходами подключенный к формирователю 4 опережения положительной полуволны и к формирователю 5 опережения отрицательной полуволны, формирователь 6 импульсов подготовки, регулятор 7 фазы включения первого моста, формирователь 8 диапазона изменения фазы включения первого моста для положительной полуволны, формирователь 9 диапазона изменения фазы включения первого моста для отрицательной полуволны, триггер 10 пуска, формирователь 11 импульсов подготовки регулятора 12 фазы включения второго моста и регулятора 13 фазы включения о второго моста, блок 14 управления пуском, формирователь 15 импульсов включения первого моста, формирователь 16 импульсов включения второго моста, выключатель 17, вывод 18 для подключения положительного полюса источника питания, формирователь

19 и формирователь 20 начала зоны выключения первого моста, соответственно для положительной и отрицательной полуволны напряжения; формирователь 21 и формирователь 22 диапазона изменения фазы выключения первого моста для положительной и отрицательной полуволны напряжения, формирователь 23 импульсов подготовки регулятора 24 фазы выключения первого моста, формирователь 25 импульсов выключения первого моста, логический блок 26, состоящий из шести элементов И 27 — 32, подключенных к десяти входам блока и к шести выходам, соединенным со входами усилителей

33- -38 импульсов включения силовых тиристоров преобразователя, усилитель 39 заряда, подключенный через раделительный диод 40 к конденсатору 41 и входу U регулятора 24 и через разделительный диод 42 к выходу усилителя 43 разряда, подключенного своим входом к выходу триггера 44 замера ин35 тервала времени между включением первого и второго мостов, а входы триггера 44 подключены к выходам формирователей 15 и 16.

Датчик 45 производной от тока во вторичной обмотке трансформатора 46 (см. фиг. 2) подключен выходом ко входу Б„регулятора

4о 13 фазы включения второго моста. Конденсатор 47 подключен к выводам вторичной обмотки трансформатора 46, к которым подключены также полууправляемые выпрямительные мосты 48, 49, состоящие из диодов

50 — 53, и тиристорных ключей 54 — 57, которые могут быть включены и принудительно выключены в любой момент соответствующей полуволны синусоиды питающего напряжения. К выходам мостов через реакторы 58, 59 подключены двигатели постоянного тока с обмотками якоря 60, 61 и возбуждения 62, 63.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжение питания на устройство подано, первичная обмотка трансформатора 1 подключена к переменному напряжению, питающему двигатели через тиристорный преобразователь, 817975 перты, на выходах усилителей 33 — 38 нет никаких импульсов, ключи 54 — 57 выключе- 5

55 выключатель 17 замкнут, потенциал с вывода 18 поступает на вход триггера 10 пуска и на соответствующий вход логического блока 26, при этом все элементы И 27 — 32 заны, ток в двигателях равен нулю.

При размыкании выключателя 17 снимается запрет со входа триггера 10, однако на его выходе сохраняется положительный потенциал и логический блок 26 заперт.

На каждом переходе синусоиды напряжения через нуль (см. фиг. 3) с блока 2 синхронизации поступают короткие импульсы на разные входы триггера 3 синхронизации, переключая его в различные положения

Потенциалы с выходов триггера 3 поступают на входы логического блока 26, синхронизирующие выключения второго моста. Понятие второй и первый мост может относится как к мосту 48, так и к мосту 49 и означает только очередность включения. Синхронно с положительными фронтами сигналов триггера 3 переключаются формирователи 4 и

5, формируя отрицательные импульсы шириной примерно 170 эл. град. На положительных фронтах сигналов 4 и 5, соответственно, срабатывают формирователи 8 и 9 диапазона изменения фазы включения первого моста, обеспечивая при этом отрицательные сигналы на входах элементов И 27, 30 логического блока 26, синхронизирующие включения первого моста. Получение этих отрицательных импульсов при помощи формирователей позволяет исключить ложные включения ключей преобразователя, которые возможны при синхронизации от триггера, так как триггер при отсутствии синхронизирующего напряжения постоянно выдает на логический блок 26 разрешение с одного из своих выходов, из-за чего возможен сбой синхронизации при восстановлении напряжения. Формирователи 8 и 9 при отсутствии напряжения синхронизации выдают на выходах положительные потенциалы одновременно и при восстановлении питания срабатывает только соответствующий полуволне преобразователь.

Формирователь 6. импульсов подготовки срабатывает тоже на положительных фронтах сигналов 4, 5 и формирует короткие импульсы, которые переключают триггер 10 пуска в положение, при котором на его выходе присутствует отрицательный потенциал, разрешающий работу блока 26 и, поступая на вход «Взвод» регулятора 7, переключают евтриггер в положение с отрицательным потенциалом на выходе, а через вход «Пуск» обеспечивают разряд конденсатора в генераторе пилообразного напряжения. С появлением положительного фронта в сигнале 6 начинается отсчет времени регулятора 7, длительность которого задается уровнем напряжения, поступающего на вход U с бло15

25 зо

40 ка 14 управления пуском. Темп изменения этого напряжения определяет темп пуска и может задаваться вручную или автоматически. В момент равенства пилообразного напряжения напряжению U срабатывает регулятор 7, меняя при этом сигнал на положительный, это обеспечивает срабатывание формирователей 15 и 11. Короткий отрицательный импульс 15 поступает на элементы И

27 и 30. Совпадение отрицательных потенциалов при положительной полуволне осуществляется в элементе И 27 (отрицательной

30), при этом срабатывает усилитель 33(36) и подает сигнал на основной тиристор ключа 56(57), мост 48 включается. Ток двигателей до момента включения первого моста замыкается через диоды 50, 51. После включения ключа 56 возникает переходный колебательный процесс с амплитудой, равной половине выпрямленного тока, и ток в обмотке трансформатора нарастает от незначительного емкостного по кривой i . В это время формирователь 11 импульсов подготовки выдает на выходе отрицательный потенциал, который уже взвел триггеры регуляторов 12 и 13, разрядил их конденсаторы, но пуск регуляторов специально задерживается, чтобы предотвратить слишком раннее включение второго моста от регулятора 13, срабатывающего при равенстве di/dt в обмотке трансформатора 46 нулю, так как до включения первого моста производная от тока, заверяемая блоком 45, близка к нулю.

Когда ток в обмотке трансформатора 46 достигнет амплитудного значения, что соответствует равенству выпрямленного тока, сигнал 45 приближается к нулю, срабатывает регулятор 13,и через формирователь 16, через элемент И 28 (31), через усилитель

34 (37), включает ключ 54 (55). В этот момент прекращается колебательный процесс в силовой цепи, так как мгновенное значе- ние тока колебания было равно выпрямленному току в. двух двигателях.

В реальных условиях на форму тока в обмотке трансформатора влияют не только процессы, происходящие со стороны его вторичной обмотки, но и внешние, через напряжение в питающей сети. Поэтому случайное значение производной, равное нулю, может появиться раньше момента появления амплитудного значения тока в колебательном контуре преобразователя, или этот момент может быть сдвинут в сторону отставания.

Кроме того, при малых токах нагрузки датчик 45 производной выдает на выходе слабый сигнал, в котором между максимумом и минимумом трудно уловить разницу и регулятор 13 может давать сбой во включении второго моста. Чтобы исключить это явление, регулятор 12 настраивают на .максимально возможное в данной сети значение выдержки времени, соответствующей минимально возможной частоте колебательно 7

817975 го процесса в силовой цепи. Если регулятор

13 не выдаст сигнал в течение максимального времени, это сделает регулятор 12. Таким образом вновь установленные блоки !1, 13, 45 и настроенный на максимальное значение выдержки блок 12 предотвращают грубое отклонение момента включения второго моста от нормы. Формирователь 11 обеспечивает минимальную выдержку, регулятор

13 выполняет автоматическое включение в момент, соответствующий оптимуму, а регу10 лятор 12 не допускает отклонение момента включения второго моста дальше максимально возможного.

При изменении частоты колебаний в силовом контуре необходимо изменять и фазу выключения первого моста. Наиболее целесообразно гасить ток в обмотке трансформатора к моменту перехода синусоиды напряжения через нуль, для этого импульс выключения !It.ðâoãî моста должен автоматически устанавливаться на время опережения нуля 2Q напряжения, равное времени между вкгиочением первого и второго моста. Для этого устройство снабжено элементами 3,;- — -44.

Импульсом отрицательного напряжения на выходе формировател.t . -к чк.:<естся усилитель 39 и через диод 40 конде::сатор

4! начинает заряжаться. Одноврем,.:-го импульсом с формирователя 15 триггер переключается в положение, когда на его выходе присутствует отрицательный потенциал, усилитель включает цепь разряда конденса- зО тора, но поскольку постоянная времени заряда значительно меньше постоянной времени разряда, конденсатор заряжается практически мгновенно до уровня напряжения питания. Одновременно с положительным фронтом импульса 1 отключается цепь заряда, а разряд продолжается до момента появления отрицательного импульса на выходе формирователя 16. Б зависимости от длительности интервала времени до включения второго моста устанавливается уровень напряжения на конденсаторе 41, определяющий длительность выдержки времени регулятора 24, а его срабатывание обеспечивает через формирователь 25, элемент И

29 (32) и усилитель 35 (38) включение вспомогательного тиристора ключа 56 (57), т. е. 45 выключение первого моста, причем момент начала выключения опережает переход синусоиды напряжения через нулевое значение на время, равное интервалу между включением первого и второго мостов, что соот50 ветствует гашению тока в нуле синусоиды напряжения.

Диапазон изменения фазы выключения первого моста задается для положительной полуволны формирователем 21, отрицательный потенциал с которого поступает на схему И 29 логического блока, а начало зоны изменения фазы выключения первого моста задается положительным фронтом импульса на выходе формирователя 19, на вход которого поступают импульсы с триггера 3 синхронизации.

Автоматическое слежение за изменением частоты колебательного процесса в силовой цепи позволяет поддерживать как высокий уровень величины соус(,так и коэффициента формы кривой, а следовательно, и коэффициента мощности.

Формула изобретения

Устройство для управления тиристорным преобразователем переменного тока, содержащее блок синхронизации, подключенный через триггер синхронизации ко входу формирователя опережения положительной полуволны питающего напряжения, ко входу формирователя опережения отрицательной полуволны питающего напряжения и ко входам логического блока, регулятор фазы включения первого моста, подключенный входами «Взвод» и «Пуск» через формирователь импульсов подготовки к выходам формирователей опережения положительной и отрицательной полуволн питающего напряжения, vl !завляющим входом — к выходу блока управления пуском, а выходом подключен через формирователь импульсов включения первого моста к соответствующему входу логического блока, регулятор фазы включения второго моста, выходом подключенный через формирователь импульсов включения второго моста к входу логического блока, регулятор фазы выключения первого моста, выходом подключенный через формировагель импульсов выключения первого моста ко входу логического блока, триггер пуска, одни из входов которого подключен к выходу формирователя импульсов подготовки, а выход соединен с другим своим входом и со входом логического блока и через выключатель связан с выводом для подключения положительного полюса источника питания, выходы логического блока через усилители импульсов соединены с выводами для подк.иочения цепей управления силовыми тиристорами преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения коэффициента мощности нагрузки и уменьшения влияний на линии связи, оно снабжено датчиком производной от тока во вторичной обмотке трансформатора, триггером замера интервала времени между включением первого и второго моста, конденсатором, усилителем заряда с развязывающим диодом, усилителем разряда с развязывающим диодом, формирователем диапазона изменения фазы включения первого моста для положительной полуволны, формирователем диапазона изменения фазы включения первого моста для отрицательной полуволны, формирователями начала зоны выключения первого моста для положительной и отрицательной полуволны, 817975

10 формиррвателями диапазона изменения фазы выключения первого моста для положительной и для отрицательной полуволн питающего напряжения, дополнительным регулятором фазы включения второго моста, формирователем импульсов подготовки регуляторов включения второго моста и,формирователем импульсов подготовки регулятора фазы отключения первого моста, причем формирователь импульсов подготовки регулятора фазы включения второго моста входом подключен к выходу регулятора фазы включения первого моста, а выходом соединен со входом усилителя заряда и со входами

«Взвод» и «Пуск» обоих регуляторов включения второго моста, выход дополнительного регулятора фазы включения второго моста подключен ко входу формирователя импульсов включения второго моста, а управляющий вход подключен к выходу датчика производной от тока во вторичной обмотке трансформатора, триггер замера интервала времени между включением первого и второго моста входами подключен к выходам усилителей импульсов включения первого и второго мостов, а выходом через усилитель разряда и диод к отрицательной обкладке конденсатора, подключенной к управляющему входу регулятора фазы включения первого моста и через диод к выходу усилителя заряда, формирователь импульсов подготовки регулятора фазы выключения первого моста подключен выходом к входам «Взвод» и «Пуск» регулятора фазы выключения первого моста, а входами через формирователи диапазонов изменения фазы включения первого моста, подключенные выходами к входам логического блока, и через формирователи начала зон выключения первого моста подключена к выходам триггера синхронизации, формирователи диапазонов изменения фазы включения первого моста для положительной и отрицательной полуволн входами подключен к выходам формирователей опережения положительной и отрицательной полуволн напряжения, а выходами — к входам логического блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Тиристоры. Технический справочник под ред. В. А. Лабунцова, М., «Энергия», 1971, с. 259, рис. 16 — 6.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2314486/07, кл. Н 02 р 13/16, 1976.

817975

4Я

14»» . 2

y, ",ñ)(-г с и б

1

Vx

5 и

О „.t г

49

v ай

1б

99

94

9б

57

t9

2l

22

Z3

99 тл

1- х

1 л л „tt

tater, Vx

24

Фиг. s

Составитель О. Парфенова

Редактор А. Власенко Техред А. Бойкас Корректор М. Демчик

Заказ 1014/78 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4