Полупроводниковый преобразователь электроэнергии

ОП ИСАКИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ оц 873354 Свюз СвветекняСвциалистичаскнареспублик(В ) Копал интел ькае и а вт, сеид-ву -(53) Уд К 621.314,5 (088.8) ве делан изааретеннй и огкрмтийОпубликовакв 15.10,81. Бюллетень Фе 38 Дата опубликования описания 15 10,81(72) Автор изобретения(7) Заявитель Челябинский политехнический институт им, Ле нского комсомолаИзобретение относится к силовой преобразо;вательной технике и может быть использованов полупроводниковых преобразователях электроэнергии, предназначенных для управления технологическими процессами или для автоматизированного электропривода,Известны полупроводниковые преобразователи электроэнергии (1).Известные полупроводниковые преобразователи не имеют достаточные надежности, таккак неработоспособность любого из звеньев16системы импульсно. фазового управления вызывает выход из строя преобразователя в целом.Наиболее близким к предлагаемому является полупроводниковый преобразователь электро.15энергии, содержащий три системы импульсно,фазового управления, выходы которых подключены к управляющему входу преобразователяа синхронизируюшие входы - к источникунапряжения питающей сети, а также ключевыеэлементы с нормально открытыми контактами,включенные между управляющим входом преобразователя и выходом каждой системы импульсно.фазового управления Щ,2Недостатком его также является недостаточ.пая надежность несмотря на резервированиесистем импульсно-фазового управления. Целью изобретения является повышение надежности за счет схемы переключения резервныхсистем управления.Цель достигается за счет того, что в преоб. разователе между вторым ключевым Элементом и выходом второй системы импульсно-фазового управления включен нормально замкнутый контакт первого ключевого элемента, а между третьим ключевым элементом и выходом третьей системы импульсно-фазового управления включены нормально замкнутые контакты первого и второго ключевых элементов, а к выходу каждой системы импульсно-фазового управления подключены соединенные последовательно делители частоты, дифференцирующие звенья и демо. дуляторы, причем каждый демодулятор подклю чен к управляющему входу ключевого элемен. та своей цепи.На фиг, 1 приведена функциональная схема полупроводникового преобразователя электроэнергии; на фиг, 2 - временные диаграммы его сигналов.В состав полупроводникового преобразовате. ля входят первая 1, вторая" 2 и третья 3 системы импульсно-фазового управления, делители частоты 4, 5 и 6, дифференцирующие звенья 7, 8, и 9, демодуляторы 10, 11 и 12, первый 13, второй 14 и третий 15 ключевые элементы контакты 16 - 21 нормально открытые контакты 6, 19 и 21, нормально закрытые контакты 0 17, 18 и 20), управляющие входы 22, 23, 24, 25, 26 и 27 контактов ключевых элементов 13, 14, и 15, силовой блок 28, клемма 29 для соединения силового входа блока 28 с источником напряжения силовой цепи, входная 30 и выходная 31 клеммы полупроводникового преобразователя, синхронизируюшие входы 32, 33 и 34 систем импульсно фазового управления(СИФУ) 1, 2 и 3.Принцип работы устройства заключается в следующем.Силовой блок 28 представляет собой двухполупериодную управляемую схему выпрямления напряжения сети У(т) (фиг. 2,а). С помощью СИФУ 1, 2 и 3 осуществляется формирование импульсов управления у 1(т), у(т), Уз(т) (фиг. 2, б) вентилями блока 28, фазовый сдвиг импульсов управления относительно сигнала У "(т) (фиг, 2,а) определяется уровнем инфор-мативного воздействия Х(т), поступающего г на клемму 30 (фиг. ). В результате на выходе преобразователя (клемма 31) формируется сигнал Уь(т) (фиг. 3, в; предполагается, что нагрузка преобразователя является чисто активной)ЗБ постоянная составляющая которого пропорциональна амплитуде сигнала Х(т). Клеммы 32, 33 и 34 СИФУ 1, 2 и 3 служат для подключе. ния сигнала У (т) и синхронизации импульсов У, (т), У, (т), Уз (т) относительно напряжения40 питающей сети.Полупроводниковый преобразователь имеет три идентичных и параллельно работающих СИФУ, две из которых являются резервными (блоки 2 и 3). Подключение соответствующего СИФУ к управляющему входу блока 28 ( к управляющим электродам тиристоров) осуществляется с помощью ключевых элементов 13, 14 и 15. Контакты ключей 13, 14 и 15 управляются от трех идентичных по составу и принципу действия каскадовсостоящих из звеньев (4, 7, 10), (5, 8, 11) и (6, 9, 12).Делители частоты 4, 5 и 6 осуществляютпреобразование импульсов У 1(т)У (т) Уз(т)(фиг. 2,б) в сигналы У 4(т) (фиг. 2, г),У,(т) (фиг. 2, е), У 6(т) (фиг, 2, э) с периодом, в два раза превышающим период Т управляющих импульсов (фиг, 2, б) и со средним нулевым значением. Дифференцирующие звенья 7, 8 и 9 имеютпередаточную функцию вида (р 1-д 04, ( ) Постоянная времени Т выбирается такимобразом, чтобы передача переменной составляющей выходных сигналов делителей частоты 4,5 и 6 происходила бы без искажений.В блоках 10, 11 и 12 выходной сигналзвеньев 7, 8 и 9 демодулируется (фиг. 2, д, ж,и) и подается на управляющие входы ключевых элементов 13, 14 и 15, что приводит ких срабатыванию.Предположим, что все три СИФУ полупроводэникового преобразователя являются работоспособными,При воздействием сигнала У, о (т) (фиг. 2,д)контакт 16 ключа 13 замыкается и импульсыУ,(т) с выхода СИФУ 1 подаются на управляющий вход блока силовых вентилей 28, Кон.такты 17 и 18 ключа 13 размыкаются и от.ключают выход СИФУ 1 и 2 от входа блока28, Учитывая, что СИФУ 2 и 3 являются ра.ботоспособными, контакты 19 и 21 ключей4 и 15 находятся в замкнутом состоянии.В преобразователе используется принципподчиненного управления подключением СИФУ1, 2 и 3 к управляющему входу блока 28,Так СИФУ 2 является ведомой по отношениюк СИФУ 1. В свою очередь СИФУ 3 представляет собой ведомый каскад по отношениюк блокам 1 и 2.Предположим, что СИФУ 1 оказалась неработоспособной, в результате чего прекратилось формирование сигнала У, (т).Отсутствие импульсов У, (т) приводит к тому, что сигнал У 4 (т) на выходе делителя час.тоты 4 принимает фиксированное значение спеременной составляющей, равной нулю. Коэффициент передачи дифференцирующего звена 7для постоянной составляющей выходного сигнала блока 4 согласно формулы (1) бесконечномал, Это вызывает уменьшение уровня сигнала У, о (т) до нуля и возврат контактов 16,17 и 18 ключа 13 в исходное состояние, показанное на фиг. 1. Так как СИФУ 2 являетсяработоспособным и контакт 19 находится взамкнутом состоянии, то на вход блока 28 подаются импульсы У 2 (т) с выхода СИФУ 2 ипреобразователь продолжает нормально функционировать,Подключение СИФУ 3 ко входу блока 28в случае неработоспособности СИФУ 1 и 2осуществляется аналогичным образом,Предположим, что в процессе работы СИФУ 2оказывается неработоспособным. ТогдаУ (т) = О, контакт 19 размыкается, а контакт20 замыкается, подготавливая тем самым подключение СИФУ 3 к блоку 28 в случае неисправности СИФУ 1.Очевидно, что одновременный отказ СИФУ1, 2 и 3 практически невозможен, Поэтомуданный преобразователь имеет высокую падеж.ность в системах автоматического управлениятехнологическими процессами.Рассмотренный принцип может быть приме.иим также к построению многофазных тирис.торных преобразователей,Особенностью данного преобразователя явля.ется также то, что, каскады (4, 7, 10), 1,5, 8,11) и (6, 9, 12) не требуют специальных мердиагностики собственной неисправности, таккак неработоспособность любого из них вызывает отключение соответствующего СИФУ отвхода блока 28 и переход на работоспособныйканал преобразования информативного воздейст.вия Х(т). Следует отметить также, что при"залипании" контактов ключей 13, 14 и 15в схеме преобразователя допускается одновре.менное подключение ко входу блока 28 какисправного, так и неработоспособного СИФУ,Последнее возможно, если выходные каскадыСИФУ 1, 2 и 3 выполнены по одному из много.численных вариантов схем генератора тока.Формула изобретенияПолупроводниковый преобразователь электроэнергии, содержащий три системы импульснофазового управления, выходы которых подклю.чены к управляющему входу преобразователяа синхронизнрующие входы - к источникунапряжения питающей сети, а также ключевые% элементы с нормально открытыми контактами,включенные между управляющим входом преобразователя и выходом каждой системы импульсно.фазового управления, о т л и ч а ющ и й с я тем, что с целью повышения на 0 дежности за счет схемы переключения резервных систем управления, между вторым ключе.вым элементом. и выходом второй системыимпульсно-фазового управления включен нормально замкнутый контакт первого ключевого1 элемента, а между третьим ключевым элемен.том и выходом третьей системы. импульсно фазового управления включены нормально замкнутые контакты первого и второго ключевыхэлементов, а к выходу каждой системы им 26 пульсно-фазового управления подключены соединенные последовательно детали частоты, диф.ференцирующне звенья и демодуляторы, причемкаждый демодулятор подключен к управляю- щему входу ключевого элемента своей цепи.2 Источники информации,принятые во внимание прн экспертизе1. Ситник Н. Х. Силовая полупроводниковаятехника. М "Энергия", 1968, с. 199, рис. 4-28.2. Ривкин Г, А. Преобразовательные устройства, "Энергия", 1970, с. 423,873354 Составитель Е. ДорошиТехред И. Гайду рректор Ю, Макаренк дактор Е. Дорошенко каз 9067 сное ППП "Патент", г, Ужгород, ул. П ая Тираж 733 ПВНИИПИ Государственного комитета СССРпо деиам изобретений и открытий113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д 4/