Реверсивный тиристорный преобразователь

 

Союз Советскик .

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ 0()8

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 120380 (21) 2892813/24-07 (Я } М. Кл. З

Н 02 М 7/12 с присоединением заявки т(о (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (33}УДК 621. 314. .5 (088.8) Опубликовано 2301.82. Бюллетень М 3

Дата опубликования описания 2301.82 (72) Автор изобретения

A.E.Àëåõèí (7() заявитель (54) РЕВЕРСИВНЫЙ THPHCTOPHHA

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к силовой прЕобразовательной технике, в частности к реверсивным тиристорным преобразователям многофаэного переменного напряжения в регулируемое выпрямленное напряжение, и может быть использовано в электроприводах подач металлорежущих станков.

Известен тиристорный реверсивный преобразователь, содержащий последовательно соединенные интегральный усилитель, систему импульсно-фазового управления, тиристорный преобразователь, включающий нереверсивную группу тиристоров, контактный реверсор с системой логического переключения полярности напряжения и нагрузку (1).

Однако при контактном реверсировании тока в цепи нагрузки невозможно переключение полярности напряжения, прикладываемого к цепи нагрузки при больших значениях выпрямленного тока. Реверсирование тока производится при токе в нагрузке, равном нулю, что затрудняет получение высокого быстродействия реверсивного тиристорного преобразователя.

Известны также схемы реверсивных тиристорных преобразователей, содержащих две группы тиристоров с согласованным совместным управлением, работающих на общую нагрузку, и дроссели, ограничивающие уравнительные токи между мостами (2).

Использование такого преобразователя позволяет получить несколько более высокие динамические показатели, чем в преобразователе с контактным реверсором,, но такой преобразователь обладает эначительнымн потерями энергии из-эа наличия урав нительных токов, достаточно высокими массогабаритными показателями, кроме того,в нем невозможно полу чение полосы пропускания частот (при большой амплитуде) входного гармонического воздействия, превышающей частоту сети.

Известны реверсивные тиристорные преобраэователит содержащие две группы тиристоров, включенные через две обмотки дросселя встречно-параллельно и связанные с выходными выводами, 25 последовательно включенные интегральньтй усилитель, систему импульоиофазового управлЕния и блок переключения, два выхода которого соединены с управляющими .электродами соответ30 ствующих групп тиристоров, и блок

900384 логики, один вход которого подключен к выходу интегрального усилителя, второй вход — к датчику тока преобразователя, включенного в цепь, соединяющую группы тиристорав со входными выводами, а выход подключен ко. 5 второму входу блока переключения (3).

Однако известный преобразователь обладает низким быстродействирм эа неполной управляемости тиристоров.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь дополнительно снабжен последовательно соединенными блоком дифференцирования, блоком нелинейного коэффициента передачи, блоком формирования зоны нечувствительности, блоком формирования управляющих импульсов и блоком коммутации, причем вход блока дифференцирования подключен к выходу интегрального усилителя, а выход коммутации соединен с дополнительной обмоткой упомянутого дросселя, а также блоком модуля с зоной нечувствительности, включенного между выходом интегрального усилителя и вторьрл входом блока нелинейного коэффициента передачй.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема реверсивного тиристорного преобразователя, выполненного по 30 нулевой схеме выпрямления; на фиг. „

2 — то же, преобразователя, выполненного по мостовой схеме выпрямления; на фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие работу реверсивного 35 тиристорного преобразователя с раздельным управлением группами тиристоров, собранного по нулевой схеме выпрямления.

Реверсивный тиристорный преобра- 4О эователь (фиг.1) содержит блок 1 коммутации. И -нагрузку 2, подсоединенную одной клеммой к нулю преобразователя 3, а другой — к средней точке обмотки 4 дросселя 5, концы 45 которой связаны с анодной 6 и катодной 7 группами тиристоров преобразователя 3, подсоединенного к последо вательно включенным блоку 8 переключения групп тиристоров, системе

9 импульсно-джазового управления и интегральному усилителю 10. Выход последнего подключен к блоку 11 логики, причем другсй вход блока 11 логики и вход блока 1 коммутации соединены со входом преобразователя

3, дро=сель 5 снабжен дополнительной обмоткой 12, которая через блок 1 коммутации связана с последовательно соединенными блоком 13 формирования управляющих импульсов, блоком 14 бО формирования зоны нечувствительности, блоком 15 нелинейного коэффициента передачи, блоком 16 дифференцирования, вход которого и вход блока 17 модуля подключены к выходу интеграль- б5 ного усилителя 10, причем выход блока 17 модуля связан с управляющим входом блока 15 нелийнейного коэффициента передачи.

Реверсивный тиристорный преобразователь имеет четыре режима работы.

Первый режим характеризует работу силового реверсивного тиристорного преобразователя с раздельным управлением группами тиристоров при малых амплитудах входного сигнала, т.е. тогда, когда реверсивный тиристорный преобразователь имеет минимальную временную задержку на переключение групп тиристоров и когда преобразователь может пропускать частоту входного сигнала, вплоть до граничной частоты, определяемой по теореме Котельникова: m u4

2 где m — количество фаз преобразователя

4>- круговая частота сети.

Второй режим характеризует работу реверсивного тиристорного преобразователя при большой амплитуде входного сигнала управления, но со скоростью его изменения, не превышающей критическую, равную частоте сети.

Третий режим характеризует работу реверсивного тиристорного преобразователя при большой амплитуде входного сигнала управления, т.е. тогда, когда реверсивный тиристорный преобразователь пропускает частоту входного сигнала, превышающую частоту сети.

Четвертый режим характеризует работу реверсивного тиристорного преобразователя при средней амплитуде входного сигнала управления, т.е. тогда, когда преобразователь еще не может пропускать частоту входного сигнала, превышающую частоту сети.

Работа преобразователя в каждом режиме осуществляется следующим образом.

В первом режиме при подаче на вход интегрального усилителя 10 сигнала управления с малой амплитудой происходит его усиление интегральным усилителем 10. Сигнал, снимаемый с выхода интегрального усилителя

10, поступает на систему 9 импульсно-фазового управления и на блок 11 логики. С выхода системы 9 импульсно-фазового управления импульсы управления поступают на блок 8 переключения групп тиристоров, который в зависимости от сигнала, снимаемого с блока 11 логики, подключает анодную 6 или катодную 7 группу тиристорсв к нагрузке 2, При подключенной к нагрузке 2 анодной 6 группе тиристоров выпрямленный ток протекает по цепи: ноль преобразователя

3 — М-нагрузка 2 — средняя точка обмотки 4 дросселя 5 — анодная груп900384 па 6 тиристоров - вход преобразователя 3 ° При подключенной к нагрузке

2 катодной 7 группе тиристоров выпрямленный ток протекает по цепи: вход преобразователя 3 — катодная группа 7 тиристоров — начало обмот- 5 ки 4 дросселя 5 - И -нагрузка 2 ноль преобразователя 3.

Блок 11 логики при реверсе сигнала управления обеспечивает задержку на переключение групп тиристоров 10 преобразователя 3, необходимую для спадания тока в работающей группе тиристоров до нуля восстановления запирающих свойств тиристоров преобразователя 3 ° 15

Во втором режиме при подаче сигнала управления с большой амплитудой и со скоростью изменения, равной частоте сети, реверсивный тиристорный преобразователь работает по описанной схеме, а выпрямленное напряжение реверсируется по отрезку синусоиды напряжения. Осциллограмма реверса выпрямленного напряжения при этом режиме показана штрихпунктирной линией на фиг. За. Ток нагрузки 2 протекает по цепям, указанным в первом режиме работы преобразователя.

В третьем режиме работы при скорости изменения управляющего сигнала Ug с амплитудой; превышающей критическую скорость изменения управляющего сигнала (фиг.Зв), определяемого по приведенному выражению, дополнительно вступают в работу последовательно соединенные блок 16, 35 дифференцирования, блок 15 нелинейного коэффициента передачи, блок 14 формирования зоны нечувствительности, формирователь 13 управляющих импульсов, блок 1 коммутации, обмотка 12 40 дросселя 5. Блок 16 дифференцирования измеряет скорость изменения управляющего сигнала и подает свой выходной сигнал (фиг.Зг) на блок 15 нелинейного коэффициента передачи, коэффициент передачи которого при максимальных по амплитуде входных сигналах минимален.

Сигнал, снимаемый с выхода блока

15 нелинейного коэффициента пере-50 дачи, подается на блок 14 формирова-. ния эоны нечувствительности, не пропускающей на выход сигналы, скорость изменения которых меньше критической, определяемой по приведенному выражению. После прохождения сигнала через блок формирования зоны нечувствительности он поступает на вход блока 13 формирователя управляющих импульсов (фиг.Зд), где формируется сигнал подключения блока 1 коммутации (фиг. 3a) к обмотке 12 дросселя

5. В результате этого в обмотку 12 поступает мощный импульс тока, который, трансформируясь в обмотку 12 дросселя 5, кратновременно обесточивает цепь для протекания выпрямленного тока, чем и обеспечивается закрытие тиристоров в работающей группе тиристоров преобразователя 3.

Осциллограммы реверса выпрямленного напряжения и тока изображены на фиг.За и Зб соответственно.

Как видно из фиг.1, протекающий через обмотку 4 дросселя 5 ток создает одно и то же направление потока в дросселе 5, независимо от направления тока нагрузки 2. Это обстоятельство позволяет создать блок 1 коммутации с одной выходной обмоткой 12

Г. осселя 5, в которой импульсы отклюения групп тиристоров имеют только одну полярность.

B четвертом режиме работы при скорости изменения управляющего сигнала U со средней амплитудой, превышающей критическую скорость изменения управляющего сигнала, (в отличие от третьего режима) дополнительно вступает в работу блок 17 модуля. Как известно, производная сигнала управления зависит как от амплитуды, так и от частоты входного сигнала, а величина производной на выходе блока 16 дифференцирования при одной и той же частоте, но при разных амплитудах управляющего воздействия, будет отличаться в непропорциональной зависимости. Для исключения этого явления вводится блок 15 нелинейного коэффициента передачи, который как бы линеаризует данную особенность дифференцирования, т.е.при малом по амплитуде управляющем сигнале коэффициент передачи блока 15 нелинейной передачи будет несколько выше, чем при большом.

Блок 17 модуля выполнен с зоной нечувствительности для того, чтобы малый по амплитуде сигнал управления не усиливался блохом 15 нелинейного . коэффициента передачи и задерживался блоком 14 формирования зоны нечувствительности.Такое выполнение блока

17 модуля сделано в связи со спецификой работы преобразователя, заключающейся в том,что во-первых,при малых амплитудах управляющего сигнала пре- образователь может пропускать частоты (выше,чем частота сети),вплоть до частоты,определяемой по теореме Котельникова,Bo-âòoðûõ,èñïîëüçîðàíèå принудительного гашения тиристоров в области малых (прерывистых токов, когда интервал проводимости тиристора может быть меньше паузы) токов нагрузки, когда временная задержка на реверс преобразователя достаточно мала, неэффективно, так как не удается ощутимо повысить быстродействие преобразователя 3.

В остальном реверсивный тиристор» ный преобразователь работает аналогично тому, как описано г третьем

900384 режиме. Обмотки дросселя 5 включены так, что при возникновении аварийного режима, например короткого замыкания между фазами групп тиристоров, индук -zaraocz обмотки 4 дросселя 5 увеличивает время нарастания тока короткого замыкания и позволяет также эффективно отключать преобразователь по цепи управления через дроссель 5, независимо от направления тока в нагрузке. 10

Отличие силовой схемы реверсивного тиристорного преобразователя, выполненного по мостовой схеме выпрямления (фиг.2 ), состоит в том, что) россель 5 содержит три обмотки, т.е.)5 анее используемая обмотка 4 (в нулевой схеме преобразователя 3, фиг.1) разделена пополам (обмотки 4-1 и

4-2). Полуобмотки подключены между выходами анодной 6 и катодной 7 груп- -„

20 пы тиристоров,,а Ы -нагрузка 2 подключена между концами этих полуобмоток и другими выходами катодной

7 и анодной групп тиристоров.Такое включение (Фиг.2) нолуобмоток обмотки 4 обеспечивает нереверсивное выполнение блока коммутации. Разнесение полуобмоток выполнено для того, чтобы можно было отключить преобразователь в аварийных режимах (нагример, при коротком замыкании между фазами разных групп тиристоров) по цепи управления.

На фиг.3а приведены адеалиэированные диаграммы изменения ЭДС е (t) реверсивного тиристорного преобразователя 3 (фиг.1), изображенные сплошными линиями при максимальном значении управляющего сигнала и его скачкообразном реверсировании ° Области, заштрихованные 40 косыми линиями и ограниченные штрихпунктирными линиями, характеризуют появление зоны неуправляемости преобразователя (временная задержка в преобразователе), когда включенный последним тиристор пропускает ток ЭДС сети и ЭДС самоиндукции нагрузки в то время, как сигнал управления сменил скачком знак (Фиг Зв) . Эта Временная задержка не в 5() обходима для спадания тока в нагрузке, она не позволяет включить другой мост из-за возможности возникновения короткого замыкания между группами тиристоров. 55

Из осциллограмм (фиг. За, б) видно, что предлагаемое устройство реверсивного тиристорного преобразователя позволяет уменьшить до минимума задержку на реверс преобразователя с одной полярности на другую в момент мгновенного реверса сигнала управления, чем и обеспечивается увеличение быстродействия.

Формула изобретения

Реверсивный тиристорный преобразователь, содержащий две группы тиристоров, включенные через две обмотки дросселя встречно-параллельно и связанные с выходными выводами, последовательно включенные интегральный усилитель, систему импульсно-фазового управления и блок переключения, два выхода которого соединены с управляющими электродами соответствующих групп тиристоров, и блок логики, один вход которого подключен к выходу интегрального усилителя, второй вход — к датчику тока преобразователя, включенного в цепь, соединяющую группы тиристоров со входными выводами, а выход подключен ко второму входу блока переключения, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, он дополнительно снабжен последовательно соединенными блоком дифйеренцирования, блоком нелинейного коэффициента передачи, блоком формирования зоны нечувствительности, блоком формирования управляющих импульсов и блоком коммутации, причем вход блока дифференцирования подключен к выходу интегрального усилителя, а выход блока коммутации соединен с дополнительной обмоткой упомянутого дросселя, а также блоком модуля с зоной нечувствительности, включенного между выходом интегрального усилителя и вторым входом блока нелинейного коэффициента передачи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Солодухо Я.Ю. и др. Электроприводы с реверсорами. М., Энергия 1977 с.39

2. Данюшевская Е.Ю. Тиристорные реверсивные электроприводы постоянного тока. M. Энергия, 1970, с.б.

3. ТрудЫ У1 ВсесоЮэной конференции по автоматизированному электроприводу. M., Энергия, 1977, с. 290.

900384

Составитель .Ю.Мерзляков

Редактор Н.Егорова Техред E.Õàðèòîí÷èê Корректор И.Демчик

Заказ 12200/71 Тираж 718 Подпи сное

ВЧИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,Москва,Ж-35,Раушская наб.,д.4/5

Филиал ППЛ Патент, r.Óæãoðoä,óë.Ïðoåêòíàÿ, 4