Устройство для управления тиристорными ключами

р 35734 ОПИСАН И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республикявкиприсоединением Государственный комитет Совета Министров СССР(088.8) юллетень42 ло делам изобретении н открытийага опубликования писания 22.11.7 б 72) Автор изобретени) Заявитель нинградский ордена Ленина политехнический институт им, М. И. Калинина(54) УСТРОЙСТВО Изобретение овносится к области преобразовательной технички и может быть использовано для управления тиристорными ключами, регулирующими напряжение на активно-индуктивной нагрузке, например двигателе или реле.В известных устройствах для управления тиристорными ключами вырабатываются импульсы прямоугольной формы, относительная продолжительность у которых является функцией напряжения управления Уу.В качестве простейшего модулятора длительности импульсов может быть использован управляемый мультивибратор с источником управляющего напряжения в цепях перезаряда емкостей 1 Ц. Управляющее напряжение воздействует на скорость изменения напряжения перезаряда емкостей, Возможны два способа управления. При первом способе напряжение У, вводится непосредственно в цепь перезаряда конденсаторов, при втором способе напряжение управления воздействует на сопротивления, включенные в цепи перезаряда конденсаторов, Изменение времени перезаряда конденсаторов мультивибрагора приводит к изменению относительной продолжительности выходного импульса. Однако в таком мультивибраторе при больших управляющих сигналах возможен переход транзисторов в режим глубокого насыщения и срыв колебаний. К недостаткам мультивибратора относятся также ограниченный диапазон изменения у, который определяется минимальным временем, необходимым для подготовки 5 схемы к очередному периоду работы, и наличие зоны нечувствительности.В качестве модуляторов длительности импульсов могут быть использованы также управляемые блокинг-генераторы, представляю щие собой усилители с положительной обратной связью, осуществляемой при помощи насыщающегося трансформатора 2). Недостатками этих модуляторов являются ограниченный диапазон изменения у, уменьшение ча стоты колебаний блокинг-генератора с увеличением У, наличие гальванической связи между выходным каскадом и цепью управления, затрудняющей введение обратных связей, низкий коэффициент усиления по на пряжению, наличие зоны нечуствительности.Прототипом изобретения является модулятор длительности, состоящий из последовательно включенных интегратора, порогового 25 устройства и формирователя импульсов 31.Пилообразные импульсы на выходе интегратора получаются в результате периодического замыкания интегрирующей емкости контактами реле, управляемого пороговым уст ройством. Изменением напряжения на входеулучшает интегратора регулируют длительность выходных импульсов. Однако такой модулятор обеспечивает только частотно-импульсное управление тиристорами, при котором частота включений тиристоров увеличивается с увеличением сигнала управления. Такой закон регулирования неэкономнчен, так как с увеличением частоты увеличиваются потери на переключение. Обычайно в ключах используют обратную зависимость частоты переключения тиристоров от напряжения управления. Кроме того, данная схема создает высокий уровень пульсаций тока в нагрузке, так как в зоне малых сигналов управления и, следовательно, малых нагрузок частота переключений наименьшая. При постоянной частоте коммутации уровень пульсаций достигает максимума при у=0,5, поэтому для снижения уровня пульсаций необходимо повышать частоту коммутации в области у=0,5. Переключение напряжения на конденсаторе интегратора осуществляется при помощи реле, которое снижает надежность работы схемы и уменьшается срок ее службы.Предлагаемое устройство позволяет расширить диапазон изменения относительной продолжительности импульсов управления и увеличить их частоту в области средних значений управляющего сигнала. Это достигается тем, что оно содержит нелинейный дифференциальный сумматор, выход которого подключен ко входу интегратора, инвертирующий вход сумматора через два дополительных резистора, а неинвертирующий вход через третий дополнительный резистор и диоды подключены к источнику управляющего сигнала, причем средняя точка первых двух дополнительных резисторов зашунтирована цепочкой из дополнительных диодов. На чертеже дана принципиальная схема описываемого устройства.Выход интегратора 1 соединен со входом компаратора 2 и входом нуль-органа 3 формирователя импульсов. Выход компаратора 2 соединен через две параллельные цепочки, состоящие изрезистора 4, диода 5 и резистора 6, диода 7, со входом интегратора 1. Выход нелинейного дифференциального сумматора 8 подключен ко входу интегратора 1, инвертирующий вход сумматора через два дополнительных резистора 9 и 10 соединен с выходом источника 11 управляющего сигнала, а неинвертирующий вход через третий дополнительный резистор 12 и диоды 13 - 15 также соединен с выходом источника 11 управляющего сигнала, который подключен ко входу нуль-органа 3 формирователя импульсов. Второй вход компаратора 2 соединен с источником опорного напряжения У,. Средняя точка резистора 9 и 10 через диоды 16 и 17 подключена к нулевой шине. Конденсатор 18, соединяющий неинвертирующий вход и выход нуль-органа 3, осуществляет положительную обратную связь и способствует уско 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 реппю переходных процессов, чтофронты выходпьх импульсов.Устройство раоотает слецуюгцпм образом.Г 1 рн подаче напряжения питания и отсутствия управляющего сигнала компаратор 2 находится в исходном состоянии и его выходное напряжение через резистор 4 и диод 5 подается на вход интегратора 1. На выходе интегратора 1 появляется напряжение, изменяющееся по линейному закону с относительно небольшой скоростью, так как резистор 4 выбирают достаточно большим (например, с сопротивлением 50 кОм).По достижении уровня срабатывания компаратора 2, задаваемого источником напряжения У последний переключается, изменяет полярность выходного напряжения, и на вход интегратора 1 подается напряжение через резистор 6 и диод 7. Скорость уменьшения напряжения на выходе интегратора 1 велика, так как резистор 6 выбирают небольшим по величине. (например, с сопротивлением 1 кОм), и интегратор практически мгновенно возвращает компаратор 2 в исходное состояние.В дальнейшем процесс псроключения компаратора 2 повторяется и на выходе интегратора 1 формируется пилообразное напряжение, имеющее практически вертикальный задний фронт,Выходное напряжение интегратора 1 сравнивается с напряжением управляющего источника 11 в нуль-органе 3 формирователя импульсов. В момент равенства этих напряжений нуль-орган 3 срабатывает и остается в этом положении до тех пор, пока пилообразное напряжение интегратора 1 не уменьпится до уровня управляющего напрякения. Изменяя величину управляющего напряжения, можно регулировать длительность выходных импульсов нуль-органа 3.После открытия диодов 16 и 17 напряжение на выходе сумматора 8 остается постоянным и не зависит от величины управляющего сигнала.При дальнейшем увеличении входного сигнала открываются диоды 13 - 15. Напряжение на входе дифференциального сумматора 8 начинает уменьшаться и при некотором значении управляющего сигнала достигает нулевого значения. Таким образом, на выходе сумматора 8 формируется напряжение трапециевидной формы, имеющее постоянное значение в области средних значений входного сигнала. Изменяя количество и тип диодов во входных цепях сумматора 8, можно изменять форму выходного напряжения. Это напряжение также подается на вход интегратора 1 и суммируется с напряжением, поступаемым на интегратор с выхода компаратора 2. На участке плавного изменения выходного напряжения интегратора 1 добавочное напряжение увеличивает наклон пилы и тем самым повышает частоту работы интегратора, Частота достигает максимального значения в области средних значений напряжения управления, т, е. в области средних значений у. Г 1 ри малых и больших значениях у частота снижается и удерживается на зада)ином уровне, определяемом допустимыми величинами временных интервалов тиристорных ключей. Степень подъема частоты легко регулируется резистором 19. Изменением числа диодов, использованием стабилитронов или других нелинейных элементов можно получить требуемую зависимость изменения частоты в области средних значений у и оптимальную характеристику управления тиристорными ключами.Экономический эффект предлагаемого устройства заключается в улучшении регулировочных характеристик силовых тиристорных преобразователей и в повышении энергетических показателей регуляторов мощности. Формула изобретенияУстройство для управления тиристорными ключами, содержащее интегратор, компаратор, выход которого чврез встречно-,параллельноо включенные диоды и резисторы подключен ко входу интегратора, нуль-орган формирователя импульсов и источник управляющего сигнала, отл ич а ющееся тем, что, с целью расширения диапазона изменения относительной продолжительности импульсов управления и увеличения их частоты в области средних значений управляющего сигнала, оно снабжено дополнительными резисторами, диодами и нелинейным дифференциальным сум матором, выход которого подключен ко входуинтегратора, инвертирующий вход сумматора через два первых дополнительных резистора, а неинвертирующий вход через третий дополнительный резистор и диоды подключены к 10 источнику управляющего сигнала, причемсредняя точка первых двух дополнительных резисторов подключена через цепочку из дополнительных диодов к общей шине устройства.15 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. С. В. Куликов Управляемые мульти 20 вибраторы на транзисторах, изд. Энергия,19 бб,2. А. Н. Киселев Транзисторно-магнитные пм,пульсные усилители среднего значе.ния тока в сб. Полупроводниковые прибо.25 ры и их применение, изд. Соврадио, 1961,вып. 7.3. 10. Н. Гришанов Частотно-импульсныемодуляторы на основе УПТ с импульсной об.ратной вязью в сб. Электронная техника30 в автоматике, изд. Соврадио, 1973, вып.4, стр. 100 - 107 (прототип).Составитель В, КлимовА. Пейсоченко Техред М, Семенов Корректор М, Лейзерма каз 2359/14ЦНИИ Типография, пр. Сапунова,Изд, М 1751 И Государственного комитета по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, РаушсТираж 1029 Подписноеовета Министров СССРткрытийя наб д. 4/5