Способ управления -фазным тиристорным управляемым выпрямителем

(5 Ц 5 Н 02 М 7/00 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ НИЯ К ПАТЕНТ трукторское бюро водственного обьеди Абрамов, В.Г,Пуза кторское бюро Импульсные системы ры с тиристорными М.; Энергия, 1976, с,кин Л.П бразова 7, 106 - 1 НИЯ в- ВЛЯЕМ Управление телями. М.: 12.ФАЗНЪМ ТИЫМ ВЫПРЯся способа управлерным управляемымГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОспАтент сссР) 1(57) Изобретение касаения в-фазным тирист Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам управления многофазными тиристорными преобразователяминапряжения постоянного тока (управляемыми выпрямителями), питание которых происходит от нерегулируемого в-фазногогенератора переменного тока, с широким диапазоном изменения величины напряжения ичастоты, обладающими соизмеримой с нагрузкой мощностью, что обычно имеет местона борту летательных аппаратов,ИЗвестны способы управления многофазными тиристорными преобразователя. ми (управляемыми вылрямителями),заключающиеся в формировании однокаЖ 1790797 АЗ выпрямителем, питающимся от нерегулируемого генератора переменного тока, обладающим одноканальной асинхронной системой управления силовыми тиристорами, при котором повышение устойчивости работы тиристорного преобразователя напряжения и уменьшение массы генератора и выходного фильтра преобразователя достигается путем блокировки асинхронной последовательности импуль. сов, при определенной величине управляющего сигнала, и перевода преобразователя в режим работы неуправляемого выпрямителя, а также изменения коэффициента передачи. Это позволяет повысить устойчивость работы преобразователя, избежать возникновения высоких пульсаций выходного напряжения преобразователя, связанных с неполнофазными Режимчми асинхронного канала управления в моменты снижения напряжения генератора или при перегрузках по выходу. 1 ил. нальной асинхронной последовательности импульсов управления силовыми тиристорами, в которых угол управления а меняется в зависимости от управляющего сигнала, полученного путем сравнения сигнала задания и выходного напряжения преобразователя.Недостатком этих способов является то, что, при работе преобразователя с углами управления а силовыми тиристорами, близкими к нулю, что имеет место, например, при снижении напряжения генератора или роста нагрузки преобразователя, возможно невключение отдельных тиристоров Это может быть связано с выпадением углауправления из зоны гарантированного включения тиристоров при работе схемы управления в широком диапазоне изменения оборотов генератора и нагрузки, а также в переходных режимах, Кроме того, это может быть вызвано случайным дрейфом фазы управляющих,импульсов. Невключение отдельных тиристоров приводит к нарушению работы преобразователя, потере устойчивости и, как следствие, к большим пульсациям выходного напряжения, что недопустимо в большинстве случаев как для функционирования преобразователя, так и для потребителей электроэнергии. При этом в рассматриваемом режиме работы увеличивается ток через конденсаторы фильтра, что может привести к выходу их из строя. Последнее наиболее существенно для электролитических конденсаторов.Известны также способы управления многофазными тиристорными преобразователями напряжения (управляемыми выпрямителями), заключающиеся в формировании одноканальной асинхронной последовательности импульсов уп равления силовыми тиристорами, в которых угол управления а изменяетсяв зависймости от величины управляющего сигнала, полученного путем сравнения выходного и задающего напряжений. Изменение угла а ограничено при этом некоторой величиной ,которая выбирается такой, чтобы обеспечить гарантированное включение всех тиристоров преобразователя при й = ао,Управляющие импульсы асинхронной последовательности с фазой, попадающей в зону аа о, не проходят на управляющие электроды силовых тиристоров, а вызывают лишь взвод схемы разрешения, которая и формирует импульс на включение тиристоров в момент й = а оСущественным недостатком этого способа является то, что он позволяет обеспечивать устойчивую работу преобразователя только в полнофазных режимах работы, в которых эсинхройная последовательность импульсов еще регулируется сигналом управления и сохраняет в-кратную частоту, Очевидно, что при уменьшении выходного напряжения преобразователя, связанном с увеличением нагрузки или со снижением фазных напряжений генератора (например, уменьшение его оборотов), управляющий сигнал становится таким, что регулируемая им "эсинхронйай"пОследовательность импульсов теряет гп-кратную частоту, Происходит"йасыщение регулирующего органа, Это неизбежно приводит к потере устойчивости формирования выходного напряжения, Одновременно это приводит к необходимости повышения минимально допустимого напряжения генератора приминимальных оборотах, что связано, в ко 5 нечном счете, с увеличением массы генератора переменного тока и фильтра на выходепреобразователя,Целью изобретения является повышение устойчивости работы тиристорного уп 10 равляемого выпрямителя напряжения иуменьшение массы генератора и фильтра,т,е. системы генерирования в целом.Поставленная цель достигается тем, чтов способе управления щ-фазным тиристор 15 ным управляемым выпрямителем напряжения, питающимся от нерегулируемогогенератора переменного тока, заключающемся в том, что формируют сигнал, пропорциональный выходному напряжению20 тиристорного управляемого выпрямителянапряжения, вычитают его из управляющего сигнала, интегрируют рэзностный сигнал, сравнивают его с опорным сигналом ив момент их равенства формируют импуль 25 сы управления, которыми обнуляют проин-тегрированный разностный сигнал, усиливают импульсы управления и распределяют их по тиристорам управляемого выпрямителя, согласно изобретению З 0 формируют дополнительный опорный сигнал, соответствующий минимальному углууправления тиристорэми управляемого вы 35405055 прямителя напряжения, сравнивают его с разностным сигналом и формируют сигналрассогласования, в момент равенства нулю которого блокируют управляющие импульсы и формируют дополнительные управляющие импульсы, соответствующие диодному режиму, которые подают на тиристоры управляемого выпрямителя и, кроме того, дополнительно усиливают сигнал, пропорциональный выходному напряжению тиристорного управляемого выпрямителя, а если сигнал рассогласования меньшенуля, прекращают дополнительно усиливать сигнал, пропорциональный выходномунапряжению тиристорного управляемого выпрямителя, при этом разблокируют управляющие импульсы и блокируют дополнительные управляющие импульсы, причем величину дополнительного усиления выбирают из условия непревышения выходнымнапряжением допустимого уровня при выходе из диодного режима.На чертеже представлена Г, ок схема устройства, иллюстрирующая предлагаемый способ управления п-ф .зь;м тиристорным управляемым выг,1"иэлем напряжения, 1790 9750 55 Блок-схема устройства содержит приводной эвиэдвигатель 1, вращающий через переходной вал 2 ротор нерегулируемого генератора 3 с фэзными обмотками За - ЗЬ на статоре, которые подключены к соответствующим тиристорэм 4 э - 4 Ь силового коммутатора 4. К выходу коммутатора 4 подключена нагрузка 5 и злектролитические конденсаторы 6, обеспечивающие вместе с индуктивностью обмоток нерегулируемого генератора 3 фильтрацию выходного напряжения. С нагрузки 5 измеряемое напряжение подается через управляемый делитель 7 на первый узел сравнения 8, второй вход которого подключен к источнику сигнала задания 9, С выхода первого узлэ сравнения 8 разностный сигнал поступает нэ вход синхронного канала управления, состоящего из интегратора 10, работающего с обнулением выхода после каждого цикла интегрирования, а также узла формирования импульсов управления 11, импульсы с одного выходэ которые заведены на обнуление интегратора 10, а с другого подаются на вход первого узла блокировки 12 и далее, через блок усиления и распределения 13, на управляющие электроды тиристоров 4 э - 4 Ь, Вместе с тем рэзностный сигнал с выхода первого узла сравнения 8 поступает на первый вход второго узла сравнения 14, где сравнивается с дополнительным опорным сигналом, источник 15 которого подключен к второму входу второго узла сравнения 14, Выход второго узла сравнения 14 подключен к управляющему входу управляемого делителя 7, к управляющему входу первого узла блокировки 12 и к управляющему входу второго узла блокировки 16, на другой вход которого подаются дополнительные управляющие импульсы с углом управления а = О, формируемые на выходе второго узла формировэния дополнительных импульсов упрэвления 17 с помощью подключенного к. его входу блока синхронизации 18, входы которого связаны с фэзными обмотками Зэ - ЗЬ генератора 3, а также с выходом силового коммутатора 4.Устройство работает следующим образом, Авиадвигатель 1 приводит во вращение ротор генератора 3 через переходной вэл 2, На каждой из гп фэзных обмоток За - ЗЬ генератора 3 возникает переменное напряжение, величина и частота которого определяются величиной оборотов авиадвигателя 1, Напряжение с фазных обмоток Зэ - ЗЬ подается на силовой коммутатор 4, где с помощью силовых тиристоров 4 а - 4 Ь происходит его выпрямление нэ уровне, определяемом схемой управления, Выпрямленное напряжение с выхода силового коммутатора подеется.на нагрузку 5 и 5 10 15 20 25 30 35 фильтруется с помощью злектролитических конденсаторов 6.Конденсаторы 6 совместно с индуктивностями фэзных обмоток За - ЗЬ, а также линии питания образуют пассивный Г-обрэзный фильтр, Управление силовыми тиристорэми 4 э - 4 Ь в рабочем диапазоне оборотов двигателя 1 и при номинальной нагрузке происходит по асинхронному каналу, который включает в себя интегратор 10, узел формирования импульсов управления 11, а рэзностный сигнал поступает с выхода первого узла сравнения 8 и формируется путем сравнения напряжения на выходе управляемого делителя 7 и сигнала задания с источника сигнала задания 9, Рэзностный сигнал интегрируется интегратором 10. При этом последний обнуляется после каждого цикла интегрирования импульсом с одного из выходов узла формирования импульсов управления 11. Синхронно с сигналом обнуления интегратора 10 на другом выходе узла формирования импульсов управления 11 образуются импульсы асинхронной последовательностио управления силовыми тиристорэми 4 э - 4 Ь коммутэторэ 4. Частота импульсов управления в номинальном режиме соответствует а- кратной частоте фазы генератора, а фазовый сдвиг определяется углом управления й, который необходим для поддержания,стабильности выходного напряжения при определенной потребляемой мощности. Через первый узел блокировки 12 асинхронная последовательность импульсов с выхода узла формирования импульсов управления 11 поступает нэ первый вход блокэ усиления и распределения 13, где импульсы управления усиливаются до мощности, необходимой для включения силовых тиристоров 4 э - 4 Ь,и распределяются по ним в соответствии сзаконом коммутации фэз генератора.Первый узел блокировки 12 в этом случае пропускает импульсы асинхронной последовательности с выхода узла формирования импульсов управления 11 на управление силовыми тиристорами. Второй узел блокировки 16 блокирует прохождение на силовые тиристоры импульсов дополнительной последовательности с углом управления а = О, Это происходит потому, что отсутствует сигнал нэ выходе второго узла срэвнения 14, Последнее ознэчает, что рэзностный сигнал, поступающий на первый вход второго узла срэвнени. 14 с выхода первого узла сравнения 8, не достиг величины дополнительного опорноо сигнала с источникэ 15.,Преобразг. вэ гель, таким обрэ=ом,работает с асинхр нн ", системой10 15 20 25 35 40 55 фазового управления. Импульсы дополнительной последовательности с углом управления а ф 0 формируются параллельно, но блокируются вторым узлом блокировки. Оормирование дополнительной последовательности осуществляется с помощью блока 5 сигнал становится равным по величине досинхронизации 18, При этом на выходе 18 управляющий импульс появляется всякий раз, кода фазное напряжение генератора 3 превышает напряжение на выходе управляемого выпрямителя; иными словами, формирование дополнительных управляющих импульсов происходит в момент, когда напряжение анод - катод соответствующего силового тиристора 4 а - 4 Ь становится положительным, Второй узел формирования 17 дополнительных импульсов осуществляет формирование необходимой длительности импул ьсов.При работе устройства в момент снижения оборотов двигателя 1 происходит сниение частоты и величины напряжения на фазных обмотках За - ЗЬ генератора 3, Уровень разностного сигнала на выходе первого узла сравнения 8 также изменяется, При определенной величине выходного напряжения, снимаемого с выхода управляемого делителя 7 и поступающего на один из входов первого узла сравнения 8, разностный полнительному опорному сигналу источника 15. Величина опорного сигнала выбираетсяравной предельному значению разностного сигнала в режиме формирования асинхронной последовательности импульсов с в- кратной частотой генератора.При этом в момент равенства разностного сигнала и дополнительного опорного сигнала второй узел сравнения 14 формирует на выходе сигнал рассогласования, по которому: блокируется, с помощью первого узла блокировки 12, асинхронная последовательность импульсов; к второму входу блока усиления и распределения 13 подключается, с помощью второго узла блокировки 16, дополнительная последовательность импульсов; происходит изменение коэффициента передачи управляемого делителя 7 с тем расчетом, чтобы обеспечить необходимый гистерезис,Таким образом, тиристорный управляемь 1 й выпрямитель напряжения переходит в режим работы неуправляемого выпрямителя с угломуправления а =О. Пустьобороты двигателя 1 стали увеличиваться. Выпрямитель работает в режиме неуправляемого выпрямителя, и, следовательно, напряжение на его выходе будет расти пропорционально оборотам, При определенной величине выходного напряжения, которая, естественно, не должна превышать предельно допустимую, разностный сигнал на выходе первого узла сравнения 8 становится отличным от дополнительного опорного сигнала. Сигнал на выходе второго узла сравнения 14 снимается, Происходит обратный переход к работе выпрямителя с асинхронной системой управления, Коэффициент передачи управляемого делителя 7 принимает свое первоначальное. значение, Дополнительная последовательность импульсов отключается от управления силовыми тиристорами управляемого выпрямителя с помощью второго узла блокировки 1 б, Аналогичным образом устройство работает при увеличении нагрузки выше номинальной и при значительных перегрузках.При значительных перегрузках происходит снижение выходного напряжения вследствие предельного использования генератора по мощности. В этом случае разностный сигнал на выходе первого узла сравнения 8 изменяется и достигает величины дополнительного опорного сигнала источника 15, Управляемый выпрямитель, таким образом, в последовательности описанной выше, переходит в режим работы неуправляемого выпрямителя, что исключает возникновение неполнофазного режима, обеспечивает низкие уровни пульсаций выходного напряжения и позволяет использовать в системах генерирования, работающих с кратковременными перегрузками, генераторы с меньшей расчетной мощностью, т,е, с меньшей массой и габаритами, что крайне важно для летательных аппаратов ЛА.Таким образом, предлагаемый способ управления в-фазным тиристорным управляемым выпрямителем напряжения позволяет обеспечить устойчивую работу в режимах снижения величины напряжения генератора, т, е. при остановке приводного двигателя, например, на борту ЛА, а также при увеличении нагрузки, например, в режиме кратковременной перегрузки, Это позволяет избежать высоких пульсаций выходного напряжения, что увеличивает надежность работы всей системы генерирования и потребителей электроэнергии, а также дает возможность уменьшить массу генератора и выходного фильтра управляемого выпрямителя напряжения,1790797 10 ставитель И,Неждановхред М. Морге нтал Корректор М.Керецма едактор Г.Бельская Тираж Подписное .нного комитета по изобретениям и открыти3035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ака Государ НИ при ГКНТ СССР ательский комбинат "Патент", г. Ужгор,Гаарид 1 и 1 ственно Формула изобретенияСпособ управления а-фазным тиристорным управляемым выпрямителем напряжения, питающимся от нерегулируемого генератора переменного тока, заключающийся в том, что формируют сигнал, пропорциональный выходному напряжению тиристорного управляемого выпрямителя напряжения, вычитают его из управляющего сигнала, интегрируют разностный сигнал, сравнивают его с опорным синалом и в момент их равенства формируют импульсы управления, которыми обнуляют проинтегрированный разностный сигнал, усиливают импульсы управления и распределяют их по тиристорам управляемого выпрямителя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения массы генератора и фильтра и повышения устойчивости работы тиристорного управляемого выпрямителя напряжения, формируют дополнительный опорный сигнал, соответствующий минимальному углу управления тиристорами управляемого выпрямителя напряжения, сравнивают его с разностным сигналом и формируют сигнал рассогласования, в момент равенства нулю которого блокируют 5 управляющие импульсы и формируют дополнительные управляющие импульсы, соответствующие диодному режиму, которые подают на тиристоры управляемого выпрямителя и, кроме того, дополнительноусили ваютсигнал, пропорциональный выходномунапряжению тиристорного управляемого выпрямителя, а если сигнал рассогласования меньше нуля, прекращают дополнительно . усиливать сигнал, 15 пропорциональный выходному напряжению тиристорного управляемого выпрямителя, при этом разблокируют управляющие импульсы и блокируют дополнительные упоавляющие импульсы, причем величину до полнительного усиления выбирают изусловия непревышения выходным напряжением допустимого уровня при выходе из диодного режима,