Устройство для импульсно-фазового управления трехфазным преобразователем

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 91 01 02 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ й ин ени ельн Н,Остриников,з Управателя 27.СР80. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(56) Писарев А,Л Деткин Л.Пление тиристорными преобразовми. - М,:Энергия, 1975, с.22 Авторское свидетельство ССУ 915205, кл, Н 02 М 7/12, 19 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЪСНО-ФАЗОВО УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЬ 1 М ПРЕОБРАЗОВЕЛЕМ(57) Изобретение относится к электротехнике и,предназначено для управления трехфазными тиристорными преобразователями, Целью изобретения является повышение точности и стабильности.Изменение фазы импульсов при изменении сигнала управления обеспечивается смещением фазы моментов открытиятранзисторов распределителя за счетизменения напряжения на резисторе 29нагрузки распределителя с помощьюусилителя 26 и транзистора 30 и .изменением напряжения усилителя 27, за1288859 дающего уровень напряжения, до которого должен зарядиться конденсатор 23 до момента выдачи импульса. Смещение фазы по каналу распределителя и по общему каналу фазосмешения обеспечивает в сумме диапазон измененияо угла регулирования от 0 до 180 . Точность регулирования фазы импульсов по общему каналу фазосмешеИзобретение относится к электротехнике и предназначается для управления трехфазными тиристорными преобразователями электроприводов, работающих в полевых условиях при относи тельно маломощных сетях и возможных колебаниях напряжения сети.Цель изобретения - повышение точности и стабильности.На фиг.1 приведена схема устрой 10 ства; на фиг,2 - временные диаграммынапряжений поясняющие работу устройства.Устройство содержит ключевой элемент 1, пороговый элемент 2, регулируемый источник 3 тока, нуль-орган 4,генератор 5 пилообразного напряжения,задающий генератор 6, источник 7 напряжения, коммутатор-распределитель8 и усилители 9-11 импульсов,Элемент 1 подключен между общейточкой устройства и анодом стабилитрона 12, катод которого подключен квыводам усилителей 9-11. Параллельно 25элементу 1 подключены два резистивных делителя, состоящих из последовательно включенных резисторов 1315 один и резисторов 16 и 17 другой.Пороговый элемент 2 состоит из транзистора 18, между эмиттером и базойкоторого включен резистор 19, базачерез диод 20 подключена к точке соединения резисторов 14 и 15 делителя,а коллектор подключен к управляющему 35входу ключевого элемента. Регулируемый источник 3 состоит из транзистора 21, эмиттер которого через резистор 22 подключен к аноду стабилитрона 12, база подключена к точке соединения резисторов 13 и 14 делителя,а коллектор - к эмиттеру транзистора ния обеспечивается введением резистора 22 обратной связи в цепьэмиттера транзистора 21, благодарячему он работает в режиме источникатока, и формированием крутого фронтапилы в моменты выдачи импульсов благодаря включению конденсатора 23 вцепь эмиттера транзистора нуль-органа 4. 2 ил. 18 элемента 2. Нуль-орган 4 выполнен на транзисторе, коллектор которого подключен к коллектору транзистора 21 источника 3, а база - к второму выходу генератора 6.Генератор 5 состоит из конденсатора 23, диода 24 и резистора 25, причем один вывод конденсатора 23 подключен к обшей точке устройства, а другой - к эмиттеру транзистора нуль- органа 4 и через диод 24 и резистор 25 - к аноду стабилитрона 12, Генератор 6 состоит из двух операционных усилителей 26 и 27, неинвертируюшие входы которых подключены к общей точке схемы, выход операционного усилителя 26 является первым выходом генератора 6 и подключен к входу коммутатора-распределителя 8, а выход операционного усилителя 27 является вторым выходом и подключен через диод 28 к базе транзистора нуль-органа 4. Источник 7 своим отрицательным выводом подключен к резистивному сумматору на инверсных входах операционных усилителей 26 и 27, а положительным выводом - к общей точке устройства. Коммутатор-распределитель 8собран на трех коммутаторах, содержащих транзисторы и выпрямители, нагрузкой которых является резистор 29и шунтирующий его транзистор 30, коммутатор-распределитель 8 подключен кобщей точке схемы и своими тремя выходами подключен к входам усилителей 9 - 11.В усилителях 9-11 вторичные обмотки 31-33 синхронизирующего трансформатора через диоды 34-36 подключены соответственно к выводам накопительных конденсаторов 37-39, которыезашунтированы последовательно включенными тиристорами 40-42 и обмотками 43-45 выходных трансформаторов.Устройство работает следующим образом. 5Ключевой элемент 1, пороговый элемент 2, источник 3, нуль-орган 4 и генератор 5 формируют последовательность импульсов, следующих через 120 , синхронизированную с сетью мо- Ю ментами открытия транзисторов коммутатора-распределителя 8, Изменение фазы импульсов при изменении напряжения управления 11 обеспечивается смещением фазы моментов открытия тран зисторов коммутатора-распределителя 8 за счет изменения напряжения на резисторе 29 с помощью усилителя 26 и транзистора 30, а также изменением напряжения усилителя 27, задающего 20 уровень напряжения, до которого должен зарядиться конденсатор 23 до момента выдачи импульса. Смещение фазы по каналу распределителя и по общему каналу фазосмещения, реализующему вертикальный принцип управления, обеспечивает в сумме диапазон изменения угла регулирования от 0 до 180Работа общего канала Фазосмещения, в котором формируется последовательо ность импульсов, сдвинутых на 120 поясняется. графиками (фиг.2). Здесь показана трехфазная система напряжений питания Фаз преобразователя (фиг.2,а) и зависимость от времени 35 напряжения на тиристоре ключевого элемента 1 Б =1(о 1 С) (Фиг.2,б) . Перед очередным отсчетом времени задержки выдачи импульса происходит 40 заряд конденсатора 37, 38 или 39 до амплитуды напряжения обмотки 31, 32 или 33. В момент открытия транзистора коммутатора-распределителя 8 это напряжение через стабилитрон 12 по дается на тиристор элемента ключа 1 и во время заряда конденсатора 23 изменяется незначительно. Этим напряжением через транзистор 21 и нуль-орган 4 производится заряд конденсатора 23 до напряжения на резисторе 17 Б , определяемого напряжением П, на 17 фключе 1 и напряжением на выходе усилителя 27. При возрастании напряжения на конденсаторе 23 Б до значения, близкого Ц , транзистор нуль- органа 4 запирается и темп нарастания напряжения Б , где Б - напряжение на коллекторе транзистора нулЬоргана 4 относительно общей точки,резко увеличивается (фиг.2,в), Когданапряжение Б,ч в цепи эмиттер-базатранзистора нуль-органа 4 сравнивается с напряжением Б и при ПБэчна вход элемента 1 через элемент 2поступает импульс, открывающий тиристор элемента 1,Ток разряда накопительного конденсатора 37, 38 или 39 увеличиваетсяскачком, открывается тиристор 40, 41или 42, на выходе соответствующегоимпульсного трансформатора 43, 44или 45 выдается управляющий импульс,а тиристор элемента 1 после разрядаконденсатора 23 вновь запирается. Чеорез 120 открыается следующий каналкоммутатора-распределителя 8 и работа схемы повторяется. Точность регулирования фазы импульсов по общему каналу фазосмещения обеспечивается введением резистора 22 в цепь эмиттера транзистора 21, ввиду чего этот транзистор работает в режиме источника тока, и формированием крутого фронта пилы в моменты выдачи импульсов благодаря включению конденсатора 23 в цепь эмитбгера транзистора нуль-органа 4. Как следствие, влияние разброса параметров транзисторов сводится к миниму 71 у.Обеспечение стабильности максимального угла регулирования Ы , =150 поясняется графиками (фиг.2 б и в), где сплошные линии соответствуют Б,= = Ь а штриховые - П = 0,5 Б,В устройстве имеются два делителя напряжения, состоящих из резисторов 13-17, включенных параллельно тиристору элемента 1. Когда тиристор элемента 1 закрыт, то эти делители питаются от конденсаторов 37, 38 или 39, которые заряжаются от обмоток 31, 32 или 33 синхронизирующего трансформатора до напряжения, пропорционального напряжению сети.В точках соединения резисторов указанных делителей напряжение также пропорционально напряжению сети, исключая Б в режиме, когда оно больше напряжения на выходе усилителя 27, так как при этом часть тока, протекающего через резистор 16, ответвляет ся через диод 28 на усилитель 27 и не создает падения напряжения на резисторе 17.Поскольку база транзистора 21 подключена к точке соединения резисторов5 12888 13 и 14 делителя, а напряжение на базе транзистора задает величину тока коллектора, то источник 3 является регулируемым. Ток, протекающий через регулируемый источник 3 при закрытом тиристоре элемента 1, пропорционален напряжению сети. Пороговый элемент 2, база транзистора 18 которого через диод 20, защищающий ее от обратных токов,подключена к точке соединения резисторов 14 .и 15 делителя, пропускает сигнал на управляющий вход ключевого элемента 1, когда напряжение на эмит тере транзистора 18 начинает превышать напряжение на его базе. Поскольку потенциал на базе транзистора 18 пропорционален напряжению сети, то и порог срабатывания элемента 2 пропор ционален напряжению сети, следовательно пороговый элемент регулируемый.Делитель на резисторах 16 и 17 обеспечивает регулирование момента 25 запирания транзистора нуль-органа в зависимости от величины напряжения сети, так как транзистор нуль-органа 4 запирается, когда напряжение на его эмиттере достигает величины на- З 0 пряжения на его базе, которое, если пренебречь влиянием усилителя 27, пропорционально напряжению сети и обеспечивает стабильную выдачу импульса на силовые тиристоры преобразователя при К=о, . Влияние усилителя 27 сводится к уменьшению Б и,в следовательно, к регулированию н, в сторону его уменьшения.Напряжение на резисторе 13, задаю щее ток заряда накопительного конденсатора 23, и напряжение на резисторе 17, задающее уровень, до которого заряжается конденсатор 23, определяются только напряжением на тиристоре 45 ключевого элемента 1, которое пропорционально амплитуде напряжения сети в момент, предшествующий отсчету вре-. мени задержки выдачи импульса. Поэтому при Б, = 0,5 11 в два раза снижаются как ток заряда конденсатора, так и напряжение на резисторе 17, до которого заряжается конденсатор, и время задержки (фиг.2, штриховая линия) остается неизменным (с с,с = 55сопят) Стабильность работы схемы при глубоких снижениях напряжения питания дополнительно увеличивается за счет того, что падение напряжения на 59 6резисторе 15 Б тоже пропорциональ 15но П, и при снижении напряжения до 0,5 Б, снижается вдвое до значения(фиг.2 в) и, следовательно, вдвое уменьшается порог срабатывания регулируемого порогового элемента 2.Для управления фазосмещением по двум каналам, требующим различных законов управления с целью получения линейной регулировочной характеристики во всем диапазоне регулирования о, задающий генератор 6 включает два операционных усилителя 26 и 27. На входах усилителей 26 и 27 Б сумМ мируется с напряжением смещения, поступающим от источника 7, который обеспечивает установку начального угла регулирования при Б =О. Усилитель 26 задает ток базы транзистора 30 коммутатора-распределителя 8 и может открывать его или держать закрытым, шунтируя с помощью этого транзистора резистор 29. В результате получается, что мостовая схема выпрямления с резисторами, вклю- ченными последовательно с диодами анодной группы и нагрузкой в виде резистора 29, зашунтированного транзистором 30, которая выполняет функции коммутатора-распределителя 8, имеет регулируемую нагрузку, Такая схема может смещать точки коммутации диодов в сторону опережения по отношению к точкам естественной коммутации в классической мостовой схеме в пределе на 60 .Усилитель 27 через диод 28 управляет потенциалом базы транзистора нуль-органа 4 так, что может лишь уменьшить потенциал на базе этого транзистора по сравнению с тем потенциалом, который создается делителем на резисторах 16 и 17, Причем диод 28 препятствует протеканию тока с выхода усилителя 27 в базу транзистора нуль-органа 4, так как это приводит к искажению формы пилообразного напряжения на конденсаторе 23 и к появлению д, Через усилитель 27 обеспечивается регулирование угла управления по вертикальному принципу в пределах 120 эл,град.Использование напряжения источника 7 в качестве сигнала смещения напряжения, включенного на входы сумматора операционных усилителей 26 и 27, постоянное напряжение которого пропорционально напряжению сети, поз 1288859воляет настраивать начальный угол регулирования, а в сочетании с тем, что темп нарастания пилообразного напряжения на генераторе 5 тоже пропорционален напряжению сети, обеспечивает постоянство настройки при колебаниях напряжения сети.Отсутствие в усилителях 9-11 в цепи заряда накопительных конденсаторов 37-39, резисторов позволяет более точно фиксировать напряжение сети и следовательно увеличить точность фазосмещения.Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности регулирования фазы импульсов при разбросе параметров транзисторов, повышение надежности и стабильности работы при изменениях напряжения се.ти в широких пределах и уменьшение габаритов устройства за счет отказа от стабилизированных источников питания.Формула изобретенияУстройство для импульсно-фазового управления трехфазным преобразовате - лем, содержащее ключевой элемент, первый вывод которого подключен к общей точке устройства, генератор пилообразного напряжения, задающий генератор, первый выход которого соединен с первым входом трехканального коммутатора-распределителя, вторые входы которого подключены к первым вторичным обмоткам синхронизирующего трансформатора, первичные обмотки которого подключены к питающей сети, выход каждого канала коммутатора-распределителя соединен с первым выводом соответствующего усилителя импульсов, выходы усилителей импульсов являются выходами устройства, каждый усилитель импульсов содержит накопительный конденсатор, первый вывод которого соединен с катодом диода, второй вывод - с первым вы водом соответствующей второй вторичной обмотки синхронизирующего трансформатора, вторые выводы усилителейимпульсов соединены между собой,о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности и стабильности, оно снабжено нуль-органом, выполненным на транзисторе, регулируемым источником тока, содержащим тран- О зистор и резистор, пороговым элементом, двумя резистивными делителями,стабилитроном и источником напряжения, задающий генератор снабжен сумматором, причем источник напряжения 15 выполнен в виде выпрямителя, подключенного к питающей сети, выходы источника напряжения подключены к общейточке устройства и первому входу сумматора задающего генератора, второй 20 вход которого предназначен для подачи управляющего напряжения, второйвыход задающего генератора соединенс выходом первого резистивного делителя и с базой транзистора нуль-органа, эмиттер которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения, коллектор подключен к первомувходу порогового элемента и к коллектору транзистора регулируемого источЗ 0 ика тока, база которого подключенак первому выходу второго резистивного делителя, эмиттер через резисторсоединен с первыми выходами обоихрезистивных делителей, выходом гене ратора пилообразного напряжения ивторым выводом ключевого элемента,который через стабилитрон соединен свторыми выводами усилителей импульсов, второй выход второго резистивного делителя подключен к второму входу порогового элемента, выход которого соединен с управляющим входом ключевого элемента, вторые входы обоихрезистивных делителей соединены собщей точкой устройства, а в каждомусилителе импульсов второй вывод второй вторичной обмотки синхронизирующего трансформатора соединен с анодом диода.1288859 фи Составительланар Техред И.Сер онов а КорректорЕ.Рош дакто а сное Проиэводственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород,ул.Проектна 820/55 Тирах 6 ВНИИПИ Государстве по делам иэобр 113035, Москва, Ж 3 Подпи ного комитета СССР тений и открытий 5, Раушская наб., д