Способ квазичастотного регулирования напряжения переменного тока

/24-07 2 4 Бюл эенко,ий ордена Трудового институт точной СССР убли 1980.(54)(57) СГУЛИРОВАНИТОКА с помдержащегора, соединно между сцепью нагр ПОСОБ КВАЗ Я НАПРЯЖЕН ощью преоб два регули енных встр обой и пос узки, и дв АСТОТНОГО РЕПЕРЕМЕННОГО зователя, соющих тиристо- но-параллельдовательно с шунтирующих ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1.Грико В.Н. и др. Гармонический анализ кривых напряжений и тока простейших тиристорных преобразователей частоты с непосредственной связью при активно-индуктивной нагрузке.-Известия вузов. Энергетика, 1972, Р 3, с.27-32.2. Фираго Б.И. и др. Тиристорные циклоконверторы, Минск, "Наука и техника", 1973, с,296.3, Авторское свидетельство М 780145, кл. Н 02 Р 13/16, оп к цепь нагрузки тиристора, соединенных встречно-параллельно между собой, при котором напряжение цепи нагрузки формируют путем включения регулирующих тиристоров в соответствии с модулирующим и сетевым напряжениями, а в моменты перехода напряжения сети через нуль включают соответствующие шунтирующие тиристоры, по которым замыкается цепь тока нагрузки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД процесса регулирования за счет исключения бестоковых пауз, воэникакцих при изменении полярности напряжения цепи нагрузки, после изменения полярности модулирующего напряжения продолжают формировать напряжение цепи нагрузки в соответствии с полярностью предыдущей полуволны модулирующего напряжения до момента изменения полярности напряжения сети в том же направлении, в каком произошло изменение полярнос- Я ти модулирующего напряжения, а затем в момент уменьшения тока цепи нагруз-, ки до нуля включают регулирующий тиристор в соответствии с полярностью новой полуволны модулирующего напря-, жения.Изобретение относится к электротехнике и, в частности, может использоваться в системах регулируемого асинхронного электропривода.Известны способы квазичастотного регулирования напряжения переменного тока, основанные на однополупериодном формировании выходного напряжения с помощью пары встречно-параллельно соединенных регулирующих тиристоров, включенных последовательно с нагруэ кой. Регулирование действующего значения напряжения и тока нагрузки осуществляется путем изменения углов включения тиристоров, причем эти углы в пределах полупериода модули рующего напряжения могут быть одинаковыми (прямоугольная модуляция) или изменяться по определенному закону (треугольная, трапецеидальная или синусоидальная модуляция) 1) и 2 .Недостатком известных способов регулирования является прерывистый характер тока нагрузки, снижающий КПД процесса преобразования энергии. Особенно отчетливо это проявляется в системах регулируемого электропривода, в которых прерывистые. фазные токи приводят к появлению энергетически неэффективных режимов одно- и/или двухфазного включения обмоток стато ра двигателя, а также к появлению интервалов времени, в течение которы статор отключен от источника питания.Наиболее близким к изобретению является способ кваэичастотного регу лирования напряжения переменного тока с помощью преобразователя, содержащего два регулирующих тиристора, соединенных встречно-параллельно между собой и последовательно с цепью на 40 грузки, и два шунтирующих цепь на- грузки тиристора, соединенных встречно-параллельно между собой. Напряжение цепи нагрузки формируют путем включения регулирующих тиристоров в соответствии с модулирующим и сетевым напряжениями, а в моменты перехода напряжения сети через нуль включают соответствующие шунтирующие тиристоры, по которым замыкается цепь тока нагрузки. 50 В результате такого способа управления бестоковая пауза возникает при изменении полярности напряжения нагрузки в том случае, если изменение полярностинапряжения модуляции происходит после спадания тока нагрузкидо нуля, а также в случае, если изменение полярности напряжения модуляции происходит до момента спадания тока 60 нагрузки до нуля, но угол включения регулирующего тиристора, формирую-, щего новую полуволну напряжения нагру зки, больше угла выключения регулиру,ющего, тиристора, включенного в преды дущий полупериод напряжения модуляции. Такая ситуация неизбежно возникает, например, в системах регулируемого электропривода при оптимальном управлении по закону ч- сопвС.ГЦель изобретения - повышение КПД кваэичастотного способа регулированияэа счет исключения бестоковых пауз, возникающих при изменении полярности напряжения нагрузк.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу кваэичастотного регулирования напряжения переменного тока с помощью преобразователя, содержащего два регулирующихтиристора, соединенных встречно-параллельно между собой и последовательно с цепью нагрузки и два шунтирующих цепь нагруэкч тиристора, соединенных встречно-параллельно между собой, при котором напряжечие цепи нагрузки формируют путем включения регулирующих тиристоров в соответствии с модулирующим и сетевым напряжениями, а в моменты перехода напряжения сети через нуль включают соответствующие шунтирующие тиристоры, по которым замыкается цепь тока нагрузки, после изменения полярности модулйрующего напряжения продолжают формировать напряжение цепи нагрузки в соответствии с полярностью предыдущей полуволны модулирующего напряжения до момента изменения полярностинапряжения сети в том же направлении,в каком произошло изМенение полярности модулирующего напряжения, а затем в момент уменьшения тока цепи нагрузки до нуля включают регулирующий тиристор в соответствии с полярностью новой полуволны модулирующегонапряжения.Таким образом, согласно предлагаемому способу кваэичастотного регулирования изменение полярности напряжения модуляции всегда происходит до момента спадания тока нагрузки до нуля, а первое включение регулирующего тиристора в каждой новой полу- волне напряжения нагрузки происходит непосредственно в момент спада" ния тока до нуля независимо от заданного напряжения модуляции угла включения. Тем самым исключаются условия возникновения бестоковой паузы.На фиг.1 изображена схема установки, на фиг.2 - временные диаграммынапряжений и токов р на фиг.З - схемаустройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг,4 - временные диаграммы напряжений и токов.Установка с кваэичастотным регулированием напряжения переменного тока(фиг.1) состоит из преобразователя, содержащего два регулирующих тиристора 1 и 2, соединенных встречно-параллельно между собой и последовательно с нагрузкой 3, и два шунтирующих нагрузку тиристора 4 и 5, также соединенных встречно-параллельно между собой. Кроме того, в установку входит устройство 6 управления тиристорами.5Способ квазичастотного регулирования напряжения переменного тока , осуществляется следующим образом.При совпадении полярностей напряжения сети 0 и модулирующего напря-10 жения ц производится включение регулирующих тиристоров, причем угол включения модулируется в соответствии с текущим значением Г .Так, например, при положительной полярности напряжения сети и модулирующего напряжения (фиг,2) угол включения с регулирующего тиристора 1 неизменный и определяется амплитудой У . В момент перехода напряжения сети У через нуль р = 12 производится включение шуйтирующего тиристора 4. При этом под действием отрицательной полуволны у, запирается регулирующими тиристор 1. Напряжение нагрузки У становится равным нулю, ток 1 плавно уменьшается до момента времени И 1 РМ 3, когда вновь включается тирйстор 1. При изменении полярности модулирующего напряжения, которое происходит при ы с =в 4 .Фиг.2, про- ЗО должают Формировать напряжение. нагрузки в соответствии с полярностью предыдущей полуволны модулирующего напряжения у , т.е. сохраняют проводящее состояние включенного ранее 35 шунтирующего тиристора 4, а в момент времени ыс , определяемый значением 0 щ в предыдущей полуволне напряжения нагрузки, опять производят включение регулирующего тиристора 1, 4 О в результате чего запирается шунтирующий тиристор 4.Формирование положительной полу- волны выходного напряжения продолжают до момента изменения полярности на пряжения сети в том же направлении, в в каком произошло изменение полярности модулирующего напряжения, Согласно фиг.2 этот момент времени наступает при и 1=1. Далее в момент времени.(д С =Ф 7, когда ток нагрузки спадает до нуля,.производят включение регулирующего тиристора 2. Таким об" разом, угол включения тиристора 2 определяется при первом включении в пределах новой полуволны не амплиту 55 дой модулирующего напряжения, а углом выключения тиристора 1, Формировавшего напряжения нагрузки в предыдущей волуволне. Это обеспечивает плавное изменение полярности тока нагрузки под действием напряжения сети, Изменение полярности напряжения и тока нагрузки всегда происходит после изменения полярности напряжения модуляции, что устраняет ограничения 65 на выбор угла включения тиристора, формирующего новую полуволну. Дальнейшее формирование отридательной полуволны напряжения нагрузки происходит за счет работы тиристоров 2 и 5 аналогично тому, как это было рассмотрено для тиристоров 1 и 4.Так как угол фазового сдвига модулирующего напряжения Б и напряжения сети у может изменяться в про.цессе регулирования, то изменение полярности У может происходить и при включенном состоянии регулирующего тиристора. В этом случае регулирующий тиристор продолжает проводить ток, а в момент его уменьшения до нуля производится включение другого, регулирующего тиристора. Та,ким образом, предлагаемый способ управления позволяет осуществить изменение направления тока в нагрузке беэ появления бестоковых пауз независимо от того, в какой момент относительно напряжения сети произшло изменение полярности напряжения модуляции 0 А.Предлагаемый способ квазичастот; ного регулирования напряжения переменного тока технически реализуется с помощью серийных полупроводниковых элементов и микросхем.1устройство, с помощью которого осуществляется предлагаемый способ (фи.3 содержит источник 7 сетевого напряже- ния переменного тока, выход которого подключен к входу Формирователя 8 сигнала полярности сетевого напряжения, а также к аноду одного тиристора и катоду другого тиристора силового блока 9. Прямой выход Формирователя 8 подключен к одному из входов элемента 10 И непосредственно, а к другому его входу через инвертирующий сигнал линию 11 задержки. Инверсный выход формирователя 8 подключен к одному из входов элемента 12 И непосредственно, а к другому его входу через инвертирующую линию 13 задержки. Прямой выход генератора 14 сигнала модуляции соединен с одним из входов элементов 15 и 16 И. Другой вход элемента 15 И соединен с одним из входов элементов 17 и 18 И и выходом элемента 10 И. Выход элемента 15 И И подключен к вхОду В ВБ-триггера 19, прямой выход которого соединен с другим входом элемента 17 И. Инверсный выход генератора 14 сигнала модуляции связан с одним из входов элемента 20 И и другим входом элемента 18 И. Другой вход элемента 20 И соединен с другим входом элемента 16 И, одним из входов элемента 21 И с выходом элемента 12 И. Выход элемента 20 И подключен к входу В ВБ-триггера 19, инверсный выход которого соединен с другим входом элемента 21 И. Выходы элементов 17,21,18 и 16 Ич ерез усилители 22-25 мощнбсти соединены с управляющими электродами соответственно тиристоров 26-29 блока 9 силового, Катоды тиристоров 26 и 29 и аноды тиристоров 27 и 28 блока 9 силового соединены между собой и с одним из полюсов нагрузки Е, другой полюс которой, а также катод 28 и анод 29 соединены с корпусом устройства,Устройство работает следующим об О разом.Напряжение питания сети (диаграмма на фиг,4) с помощью формирователя 8 преобразуется в логический сигнал Ъ, для которого справедливо 15 1 при ПО О при Б,О Инвертирующая линия 11 задержки, вносящая запаздывание Фронтов сигнала на время ь, и элемент 10 И Формил2 руют импульсы длительностьюпри изменении полярности сетевого напряжения от отрицательной к положительной полуволне (диаграмма с, Фиг,4), Аналогично инвертующая линия 13 задержки и элемент 12 И Формируют импульсы такой же длительности при изменении полярности сетевого напряжения от положительной к отрицательной полуволне (диаграмма , Фиг.4). Гене- З 0 ратэр 14 сигнала модуляции Формирует напряжение модуляции П (диаграмма в, Фиг,4) с заданной частотой и преобразует его в .логический сигнал(диаграмма е, фиг.4), для которо го справедливо при Б 0 при 0040Управление регулирующими 26 и 27 и шунтирующими 28 и 29 тиристорами блока 9 силового осуществляется всоответствии с полярностью сигнала модуляции. Управление шунтирующими 45 тиристорами производится с помощью сигнала 1 таким образом, что в течение положительной полуволны модулиру ющего напряжения включается шунтиру- ющий тиристор 29 в тот момент, когда 50 полярность сетевого напряжения изменяется от положительной к отрицательной полуволне (диаграмма 1,Кфиг,4). а в течение отрицательной полуволны модулирующего напряжения включается тиристор 28 в тот момент времени, когда полярность сетевого напряжения изменяется от отрицательной к положительной полуволне (диаграмма Фиг.4 ) .60Для исключения режима прерывистого тока в нагрузке управление регулирующими тиристорами производится с помощью сигнала, формируемого ВЯ-триггером 19 и элементами 15 и65 20 И. Изменение сигнала на выходе триггера 19 (диаграмма 1, фиг.4) происходит в моменты изменения полярности сетевого напряжения таким образом, что сигнал "1" устанавливается после изменения полярности модудирующего напряжения первым импульсом , соответствующим моменту изменения полярности сетевого напряжения в порядке от отрицательной к положительной полуволне, а сигнал "0" устанавливается после изменения полярности модулирующего напряжения первым импульсом 3, соответствующим моменту изменения полярности сетевого напряжения от положительной к отрицательной полуволне. Сигнал 1 отличается от сигнала 6 тем, что его фронты смещены в сторону запаздывания на время, соответствующее интервалу между моментом изменения полярности модулирующего напряжения и первым следующим после него моментом изме нения полярности сетевого напряжения в том же порядке, в котором произошло изменение полярности модулирующ; - го напряжения (12-с и-1 на фиг.4). Очевидно, что это смещение всегда меньше периода сетевого напря. жения и в пределах этого интервала может быть произведено не более одного включения регулирующего тиристора.Таким образом, после каждого изменения полярности модулирующего напряжения продолжается включение регулирующих тиристоров в соответствии с полярностью предыдущей полуволны модулирующего напряжения до момента первого изменения полярности сетевого напряжения в том же порядке, в котором произошло изменение полярности модулирующего напряжения, а затем производится включение регулирующего тиристора в соответствии с полярностью новой полуволны модулирующего напряжения. Включение тиристоров производится импульсами длительностью , формируемыми усилителями 22-25 мощности, причем величина 22 выбирается большей и (у-Ъ) где- угол выключения регулирующего тиристора, Это обеспечивает первое включение регулирующего тиристора, Формирующего новую полуволну напряжения нагрузки, непосредственно в момент снижения тока нагрузки до нуля. На Фиг.4 приведены диаграммы тока 1), и напряжения ПН нагрузки,Предлагаемый способ квазичастотного регулирования реализуется не только в однофаэных цепях переменного тока, но и в трехфазных цепях как с нулевым, так и без нулевого провода, Применение способа в трехфазном тиристорном асинхронном электроприводе позволяет получить непрерывныйток статора асинхронного двигателя(АД), что в значительной степениулучшает его энергетические н регулировочиые характеристики и снижает пульсации электромагнитного момента,а также технико-экономические показатели маловентильных систем по сравнению с прототипом.р Ю.Макарен лиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 аказ 981/50 Тираж 667 ВНИИПИ Государственного комите по делам изобретений и откры 113035, Москва, Ж, Раушская