Датчик напряжения однофазного тиристорного преобразователя

 

.»

l

И.Н. Анисимов, Н.И. Бузов и В.И. Лазарева

Ч4

Всесоюзный научыо"исследовательский и проект оконструкторский институт по автоматизирован му

4 электроприводу в промышленности, сельском хозяйств и на транспорте (72) Авторы изобретения (7l ) Заявитель (54) ДАТ4ИК НАПРЯИЕНИЯ ОДНОФАЗНОГО

ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Изобретение относится к измерению электрических величин и может быть применено в тиристорной преобразовательной технике в качестве источника сигнала для систем регулирования.

Известен датчик напряжения, содержащий два последовательно соединенных блока усиления, каждый из которых состоит из модулятора, усилителя переменного напряжения, демодулятора и цепи обратной связи, генератора прямоугольного напряжения, соединенного с управляющими входами модуляторов, удвоителя частоты, вход которого соединен с выходом генератора прямоугольного напряжения, а выход - с управляющими входами демодуляторов, и блок питания, соединенный с усилителями переменного напряжения, генератором прямоугольного напряжения и удвоителем частоты. Датчик напряжения может быть использован при измерении напряжения одноФазного тиристорного преобразователя (1 3.

Однако этот датчик характеризуется сложностью, обусловленной необходимостью гальванического разделе " ния потенциалов входной и выходной цепей, и как следствие этого недостаточной надежностью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик напряжения тиристорного преобразователя, содержащий последовательно включенные узел модуляции, узел гальванического разделений потенциалов и узел демодуляции, а также генератор высокой частоты, соединенный с управляющими входами узлов модуляции и демодуляции. Датчик работает по принципу преобразования постоянного по уровню сигнала в пропорциональный ему переменный сигнал

20 с последующим трансФормированием и демодуляцией его на выходе. Иодуляция и демодуляция сигнала выполняются ключевыми элементами, которые управляются коммутирующим напряжением

3 9742 от генератора высокой частоты. Разделительным элементом датчика является трансформатор (23.

Недостатками известного устройства являются его сложность и низкая надежность, обусловленная наличием генератора высокой частоты, связанного с высоким потенциалом силовой цепи.

Цель изобретения - упрощение 10 конструкции и повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике напряжения однофазного тиристорного преобразователя, содержащем последовательно включенные 1S узел гальванического разделения потенциалов и узел демодуляции, узел гальванического разделения потенциалов выполнен в виде последова тельно соединенных трансформатора, 2О последовательно с первичной обмоткой которого включен резистор, и интегратора, а узел демодуляции выполнвн на ключевом элементе, включенном в цепь обратной связи интегратора, и 2S сумматоре, первый вход которого соединен с выходом интегратора, а второй вход соединен с дополнительно введенной вторичной обмоткой сетевого трансформатора однофазного тиристорного щи! преобразователя, причем управляющий вход ключевого элемента соединен с дополнительно введенной вторичной обмоткой импульсного трансформатора системы импульсного управления однофазным тиристорным преобразователем.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы изменения во времени входных и выходных сигналов на элементах устройства при непрерывном токе однофазного тиристорного преобразователя; на фиг. 3 - изменение во времени входных и выходных сигналов на элементах устройства при прерывистом токе однофазного тиристорного преобразователя.

Датчик напряжения однофазного тиристорного преобразователя содержит узел 1 гальванического разделения, состоящий из трансформатора 2, peS0 зистора 3 и интегратора 4, и узел 5 демодуляции, состоящйй из ключЕвого элемента 6 и сумматора 7. Причем первичная обмотка трансформатора 2 узла 1 гальванического разделения потенциалов через резистор 3 подключена параллельно тиристору 8 однофазного тиристорного преобразовате83 ля 9 первый вход сумматора 7 соединен с выходом интегратора 4, его второй вход соеДинен со вторичной обмоткой сетевого трансформатора 1О, а управляющий вход ключевого элемента 6, включенного в обратную связь интегратора 4, соединен со вторичной обмоткой импульсного трансформатора 1 l.

Датчик содержит также тиристоры

12-14, систему 15 импульсного управления и двигатель 16.

Датчик напряжения однофазного тиристорного преобразователя работает следующим образом.

В режиме непрерывного тока тиристорного преобразователя выпрямленное напряжение U (фиг. 2) на выходе однофазного преобразователя без учета коммутации складывается из отрезков синусоид, сдвинутых по фазе íà 180 .

Причем переход с одной синусоиды на другую соответствует моменту включения пары тиристоров 8 и 12 или 13 и 14. Во время включения очередной пары тиристоров, например 13 и 14, на тиристорах другой Нары, находящихся в запертом состоянии, возникает напряжение Uт (фиг. 2). При смене пар тиристоров аналогичное напряжение возникает на ранее включенной паре. В период проводимости напряжение на тиристорах близко к нулевому значению и составляет доли вольта. Напряжение на тиристоре содержит информацию о напряжении преобразователя, но в измененном виде.

Напряжение преобразователя промодулировано вследствие переключения тиристора из проводящего в непроводящее состояние и обратно.

Трансформатор 2 узла гальванического разделения потенциалов (фиг. 1), включенный первичной обмоткой через резистор 3 на напряжение 0т (фиг.2), производит операцию дифференцирования и сигнал U (фиг. 2) на вторичной обмотке трансформатора 2 представляет собой производную сигнала 0т.

Далее сигнал U подается на интегратор 4 (фиг ° 1), и на выходе интегратора 4 формируется сигнал 0ч, представляющий собой восстановленный сигнал 0т, но уже разделенный гальваI нически трансформатором 2 узла 1 гальванического разделения потенциалов с силовой целью однофазного тиристорного преобразователя.

На сумматоре 7 производится сложение сигнала 0ч и сигнала, соответствующего половине напряжения сети со знаком, противоположным знаку

0т. В результате сложения восстанавливается форма и величина напряжения преобразователя в масштабе, соответствующем вышеприведеннои формуле (1). На участке, где проводит одна из пар тиристоров, сложение сигналов происходит, как было описано выше для режима непрерывного тока.

На участках, где не проводит ни один из тиристоров, складываются

5, 9742

Назначение ключевого элемента 6 (1риг. 1) состоит в том, чтобы устанавливать нулевые начальные условия на интеграторе перед каждым циклом запирания тиристора, что обеспечивает точное воспроизведение измеряемого напряжения. С этой целью ключевой элемент 6, закорачивающий емкость интегратора, управляется от импульса включения тиристора, параллельно которому подключен трансформатор 2 узла гальванического разделения потенциалов (фиг. 1).

Сигнал на управление ключевым элементом снимается с импульсного транс- 1 форматора 11 системы импульсного упра вления 15.

Полное восстановление формы и величины напряжения тиристорного преобразователя выполняется при помоци сумматора 7 (фиг. 1), которым складываются сигнал 0ч и сигнал, пропорциональный напряжению сети 0с (фиг. 2).

Сигнал U устанавливается с учетом масштабов в два раза меньшим по ампли туде сигнала Оч, а по знаку противоположным 0ч в периоды, когда 0ц отличается от нуля. Поэтому при сумми; ровании и те полупериоды, когда 0ц равно нулю, сумматор выдает значение, 30 соответствующее половине синусоиды сети одного знака, а во второй полупериод происходит вычитание сигнала

U из U, что в результате соответствует на выходе сумматора половине напряжения сети другого знака.

Таким образом, результирующий сигнал U на выходе сумматора 7 полностью воспроизводит напряжение однофазного тиристорного преобразовате- ip . ля в масштабе, связанном с постоянной интегрирования T интегратора 4, коэффициентом дифференцирования трансформатора 2 и масштабным коэффициентом сумматора К соотношением

U = U —.К

2 Ти (1)

В режиме прерывистого тока выпрямленное напряжение однофазного тиристорного преобразователя 0 (фиг.3) у складывается из участков синусоид, когда проводит одна из пар тиристоров 8 и 12 или 13 и 14 и из участков, когда ток через нагрузку прерывается и ни один из тиристоров не 55 открыт. При этом напряжение на выходных клеммах преобразователя равно ЭДС двигателя 16. Благодаря механической инерции электропривода скорость двигателя не успевает заметно измениться в течение времени прерывания тока и эти участки близки к прямым горизонтальным линиям.

Включение очередной пары тир@сто. ров вызывает появление тока, а затем, вследствие малой нагрузки, ток прерывается до включения следующеи пары тиристоров.

Напряжение на тиристоре 8 в режиме прерывистого тока 0т. (фиг. 3) повторяет синусоиду сети, когда включена и проводит пара тиристоров 13 и 14. Во время прерывания тока напряжение равно алгебраической сумме половины ЭДС двигателя и половины напряжения сети, поскольку резисторы, выравнивающие падение напряжения на тиристорах делят приложенные к тиристорам напряжения пополам.

На следующем по времени участке, когда включены тиристоры 12 и 8, напряжение на тиристоре 8 становится близким к нулю и остается таким до тех пор, пока тиристор проводит ток.

Далее снова появляется участок, где тиристоры заперты и напряжение на тиристоре 8 равно полусумме напряжения сети и ЭДС двигателя, и далее цикл повторяется. Напряжение U g (фиг. 3) на вторичной обмотке трансформатора 2 узла гальванического разделения потенциалов (фиг. 1) представляет собой производную от сигнала

0 (Фиг. 3). После интегрирования на интеграторе 4 появляется сигнал О,, представляющий собой повторение сигнала 0, но с гальваническим разделением от силовой цепи. Обнуление интегратора 4 происходит при помощи ключевого элемента 6 в момент включения тиристора 8 и соответствует горизонтальным участкам на нулевой линии (кривая 0ч фиг. 3).

974283 сигнал 9,„, представляющий собой полусумму напряжения, сети и ЭДС двига- теля и половинное напряжение сети обратного знака Ое . В результате остается сигнал, соответствующий половине ЭДС двигателя, что в масштабе измерения (1) эквивалентно напряжению на клеммах преобразователя при отсутствии тока в тиристорах.

Таким образом, принцип модулирова- Ю ния - демодулирования сохраняется в предлагаемом устройстве, При этом роль модулятора играет силовой тиристор 8 однофазного тиристорного преобразователя, демодулято- 15 ра - ключевой элемент 6 и сумматор 7.

Однако в предлагаемом датчике нет необходимости в .специальном генераторе высокой частоты, что позволяет существенно упростить конструкцию 20 датчика, как вследствие отказа от генератора высокой частоты и узла модуляции, так и за счет упрощения уз.ла демодуляции, и как результат повысить надежность датчика в целом. 25

Повышение надежности датчика напряжения способствует в свою очередь увеличению времени безотказной работы, уменьшению вероятности отказов и аварий в устройствах управления ти- 3в риоторным преобразователем.

Формула изобретения

3S

Датчик напряжения однофазного тиристорного преобразователя, содержащий последовательно включенные узел гальванического разделения потенциалов и узел демодуляции, о т л и " ч а ю.шийся тем, что, с целью упрощений и повышения надежности, узел гальванического разделения потенциалов выполнен в виде последовательно соединенных трансформатора, последовательно с первичной обмоткой которого включен резистор, и интегратора, а узел демодуляции выполнен на ключевом элементе,. включенном в цепь обратной связи интегратора, и сумматоре, первый вход которого соеди нен с выходом интегратора, а второй вход соединен с дополнительно введенной вторичной обмоткой сетевого трансформатора однофазного тиристорного преобразователя, причем управляющий вход ключевого элемента соединен с дополнительно введенной вторичной обмоткой импульсного трансформатора системы импульсного управле" ния однофазным тиристорным преобразователем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Кончаловский В.Ю., Кипершмидт Я.А., Сыропятова l0.Я. и Харченко P.P. Ýëåêòðè÷åñêèå измерительные преобразователи. М.-Л. "Энергия", 1967, с. 189 °

2. Лебедев Е.Д., Неймарк В.Е., Пистрак И.Я. и Слежановский О.В. Управление вентильными электроприводами постоянного тока. И., 1970, с.148 (прототип).

974283

Заказ 8689/63

Тирая 717. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Уйгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Костин

Редактор Н. Киштулинец Техред Ж Кастелевич Корректор В. ПРохненко