Устройство для управления -фазным тиристорным преобразователем

(51)5 Н 02 М 7/02 ЗОБ РЕТЕ ОПИСАН Т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(71) Всесоюзный наинститут электром(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ в- ФАЗНЫМ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ(57) Устройство для импульсно-фазового управления, Устройство содержит блок компараторов 1, переключатель 2 фаз, перемножители 3 и 4, сумматор 5, нуль-орган 6, коммутатор 7 каналов, формирователь и распределитель 8 импульсов, элемент ИЛИ 9, кольцевой счетчик 19, функциональные преобразователи 11 и 12, задатчик 13 угла управления. Переключатель 2 фаз, перемножители 3 и 4, сумматор 5 образуют фазосдвигающий узел 14, 3 ил.Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано дляуправления тиристорными преобразователями.Наиболее близким к предложенному потехнической сущности устройству являетсяустройство для импульсно-фазового управления фазным тиристорным преобразователем, содержащее задатчик углауправления, формирователь и распределитель импульсов и фазосдвигающий узел,содержащий сумматор и первый перемножитель, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход которогоявляется выходом фазосдвигающего узла,группа выходов формирователя и распределителя импульсов является группой выходов устройства.Кроме этого, в устройстве содержитсяеще а - 1) фазосдвигающихузлов(в =3,6,.)причем каждый )-й фазосдвигающий узел) = 1,2,щ) содержит фазоповоротный элемент( в мостовом фазовращателе - емкостьили индуктивность), вход которого соединен с первым входом перемножителя этогоузла, а выход соединен с вторым входомсумматора. На вход каждого узла поступаетсинхронизирующее напряжение, Вторыевходы перемножителей каждого из узловобъединены и соединены с выходом задатчика угла управления. Сигналом с выходазадатчика угла управления изменяются амплитуда синусоидал ьн ых сигналов, поступающих на первые входы перемножителей,Каждое из щ синусоидальных напряженийсдвигается по фазе, проходя через фазоповоротный элемент, Эти напряжения суммируются на сумматоре. В результате, взависимости от уровня сигнала управления,на выходе каждого фазосдвигающего узлаформируются синусоидальные сигналы,сдвинутые по фазе относительно каждогосинхронизирующего напряжения. Выходкаждого)-го фазосдвигающего узла подключается к формирователю и распределителюимпульсов, на выходе которого формируются импульсы управления тиристорами,Недостатками известного устройстваявляются критичность фазоповоротных элементов (в мостовом фазовращателе - емкость или индуктивность) к частотесинхронизирующих напряжений и, следовательно снижение точности установки фазового угла системы импульсно-фазовогоуправления,Целью изобретения является повышение точности импульсно-фазового управления тиристорами преобразователя,Указанная цель достигается тем, что вустройство для импульсно-фазового управ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ления в-фазным тиристорным преобразователем, содержащее задатчик угла управления, формирователь и распределитель импульсов и фазосдвигающий узел, содержащий сумматор и первый перемножитель, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход которого является выходом фазосдвигающего узла, группа выходов формирователя и распределителя импульсов является группой выходов устройства, введены нуль-орган, блок компараторов, коммутатор каналов, элемент ИЛИ, кольцевой счетчик, первыйи второй функциональные преобразователи, а в фазосдвигающий узел введены второй перемножитель и переключатель фаз, одноименные входы переключателя фаз фазосдвигающего узла и блока компараторов объединены и являются группой входов синхронизирующих напряжений устройства, группа выходов блока компараторов подключена к группе адресных входов коммутатора каналов, группа выходов которого соединена с группой входов. элемента ИЛИ и с группой входов формирователя и распределителя импульсов, выход элемента ИЛИ через кольцевой счетчик подключен к адресному входу переключателя фаз фазосдвигающего узла, выход эадатчика угла управления подключен к адресным входам первого и второго функциональных преобразователей, выходы которых соответственно соединены с вторыми входами первого и второго пере- множителей фазосдвигающего узла, первые входы которых соединены с одноименными выходами переключателя фаз фазосдвигающего узла, выход второго перемножителя фазосдвигающего узлаподключен к второму входу сумматора, выход сумматора фазосдвигающего узла подключен к входу нуль-органа, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора каналов.Приведенная совокупность признаков обеспечивает по сравнению с прототипом более высокий результат, а именно повышение точности работы за счет достижения независимости реализации фазового сдвига от частоты и амплитуды синхронизирующих напряжений. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов: второго перемножителя и переключателя фаз в фазосдвигающем узле, нуль-органа, блока компараторов, коммутатора каналов, элемента ИЛИ, кольцевого счетчика, первого и второго функциональных преобразователей и связями с остальными элементами устройства,На фиг. 1 дана блок-схема устройства для импульсно-фазового управления фазным тиристорным преобразователем; нафиг. 2 - диаграммы, поясняющие принципработы устройства; на фиг, 3 - характеристики первого и второго функциональнхпреобразователей. 5Устройство для импульсно-фазового управления (фиг. 1) содержит блок 1 а компараторов, переключатель 2 а фаз, первыйперемножитель 3, второй перемножитель 4,сумматор 5, нуль-орган 6, коммутатор 7 в 10каналов, формирователь и распределитель8 импульсов, элемент ИЛИ 9, кольцевойсчетчик 10, первый функциональный преобразователь 11, второй функциональныйпреобразователь 12, задатчик 13 угла управления. Переключатель 2 фаз, перемножитель 3 и 4 и сумматор 5 образуютфазосдвигающий узел 14.Одноименные входы блока 1 коммутаторов и переключателя 2 фаз фазосдвигающего узла объединены и являются группойвходов синхронизирующих а напряженийустройства. Группа выходов блока 1 компараторов подключена к группе адресныхвходов коммутатора 7 каналов, Группа выходов коммутатора 7 каналов объединенас одноименными входами формирователя ираспределителя 8 импульсов и с одноименными входами элемента ИЛИ 9, Выход элемента ИЛИ 9 через кольцевой счетчик 10 30подключен к адресному входу переключателя 2 фаз фазосдвигающего узла 14. Выходзадатчика 13 угла управления подключен кобъединенным адресным входам функциональных преобразователей 11 и 12. Выходы 35функциональных преобразователей 11 и 12соединены с вторыми входами первого 3 ивторого 4 перемножителей фазосдвигающего узла 14, соединены с выходами переключателя фаз 2 фазосдвигающего узла 14. 40Выход второго перемножителя 4 фазосдвигающего узла 14, подключен к второму входу сумматора 5 фазосдвигающего узла 14.Выход сумматора 5 фазосдвигающего узла14 подключен к входу нуль-органа 6, выход 45которого подключен к управляющему входукоммутатора 7 каналов,На фиг. 2 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие работу основныхфункциональных блоков устройства для импульсно-фазового управления тиристорамивыпрямителя по трехфазной схеме со средней точкой. Синхронизирующие напряжения Оа = Омзпй)с; Оь= Омзп(й)1 - 2 й/3); Ос ==Омзп(в 1+ 2 й/3), поступающие на вход 55переключателей 2 фаз фазосдвигающегоузла.14 показаны на фиг. 2 а, Здесь же выделены интервалы времени аЬ, Ьс, са, и наэтих интервалах- отрезки кривых Оа, Оь, Ос,в результате умножения которых на сигналы управления Оу 1 и Оуг, снимаемые с выхода функциональных преобразователей 11 и 12, формируется на выходе сумматора 5 фазосдвигающего узла 14 кривая О . Величины Оу 1 и Од связаны с заданным значением угла управления а функциональной зависимости (фиг, 3). Изменение угла фазового сдвига а(с) на выходе задатчика 13 угла управления показано на фиг. 2 б. Импульсы на выходе блока 1 компараторов и нуль-органа 6 показаны соответственно на фиг. 2 Ь и а, Выходные сигналы блока 1 компараторов определяются выражениемри яа т(2 л з 19 пОаьс) =при 0 (в 1Импульсы 1 (О) на выходе нуль-органа 6 формируются при О = 0 и переходе кривой О из области отрицательных значений в область положительных. Импульсы (фиг. 2 д) формируются на выходе коммутатора 7 каналов и определяют момент подачи импульсов управления на тиристоры. Формируемые фронтами сигналов (фиг. 2 д) импульсы собираются элементом ИЛИ 9 в один канал (фиг, 2 е),Устройство (фиг. 1) работает следующим образом,В момент времени с = 0(интервал аЬ) на первые входы перемножителей 3 и 4 фазосдвигающего узла 14 поступают синхронизирующие напряжения Оа и Оь, а на вторые входы этих перемножителей с выхода функциональных преобразователей 11 и 12 поступают значения Оу 1 и Оу 2, соответствующие а=30 эл. град.В результате, сформированная на выходе сумматора 5 фазосдвигающего узла 14 кривая О в момент времени 11 достигает нуля, что приводит к срабатыванию нуль-органа 6, Таким образом, на управляющем входе коммутатора 7 каналов имеем 1(О ) = ="1", а на его первом входе - здпОа 1 = "1",На одноименные входы формирователяи распределителя 8 импульсов и элемента ИЛИ 9 поступает импульс с первого выхода коммутатора 7 каналов (фиг. 2 д). В результате. изменяется состояние на выходе формирователя и распределителя 8 импульсов и элемента ИЛИ 9. Последнее приводит к изменению состояния кольцевого счетчика 10 и переключению переключателя 2 фаз фазосдвигающего узла 14. Теперь с выходов переключателя 2 фаз фазосдвигающего узла 14 на входы перемножителей 3 и 4 фазосдвигающего узла 14 поступают отрезки кри 173945350 55 вых Оь и Ос (интервал Ьс) и формируется кривая О, которая достигает нуля в момент времени 1 г, Соответственно с выхода нуль- органа 6 на управляющем входе коммутатора 7 каналов в момент времени 12 появляется импульс 1 (О). В этот момент времени на втором входе коммутатора 7 каналов имеем зщп(Оь) = 1. В результате на одноименном выходе коммутатора 7 каналов изменяется состояние, Это приводит к изменениям на выходах формирователя и распределителя 8 импульсов, элемента ИЛИ 9 и кольцевого счетчика 10. Последнее приводит к срабатыванию переключателя 2 фаз фазосдвигающего узла 14, В результате на входы перемножителей 3 и 4 поступают отрезки кривых О и Оь, формируются О и в момент времени тз устройство срабатывает аналогично описанному. На интервале аЬ с момента времени сз на входы перемножителей 3 и 4 фазосдвигающего узла 14 подключаются отрезки кривых Оа и Оь и начинает формироваться кривая О, достигающая нуля в момент времиени В, Однако в момент времени т 4 происходит скачкообразное изменение задания угла а сдвига от 30 до 170 эл, град, В результате с выходов функциональных преобразователей 11 и 12 на вторые входы перемножителей 3 и 4, фазосдвигающего узла 14 поступают значения Оу 1 и Оу 2, Умножение кривых Оа и Оь на новые значения Оу 1 и Оу 2 приводит к формированию кривой О, которая достигает нуля в момент времени ЬСрабатывание нуль-органа 6 приводит к изменению на выходах функциональных блоков аналогично описанному. Нуль-орган 6 вновь срабатывает в момент времени к (интервал са). Начинает формироваться кривая О достигающая нуля в момент времени 11 о, Однако в момент времени 1 з происходит скачкообразное направление значения до а = 30 эл,град, что приводит к мгновенному срабатыванию нуль-органа 6 и срабатыванию переключателя 2 фаз фазосдвигающего узла 14 и формированию кривой О ( на интервале аЬ), В момент времени сц и 111 схема срабатывает аналогично, С момента времени тк первым входам перемножителей 3 и 4 фазосдвигающего узла 14 подключены синхронизирующие напряжения Ос и О (интервал са), Начинает формироваться кривая +,предполагающая срабатывание нуль-органа 6 в момент времени с 1 з, Однако в момент времени т 12 происходит скачкообразное изменение, в результате чего начинает формироваться кривая О,проходящая через нулевой уровень в моменты времени 112 и 1 и, В момент времени т 12 нуль-орган 6 5 10 15 20 25 30 35 40 45 срабатывает, но на выходе коммутатора 7 каналов состояние не изменяется, так как на третьем входе последнего з 9 пО = О. Состояние на выходах коммутатора 7 каналов и. соответственно на формирователе и распределителе 8 импульсов, элементе ИЛИ 9, кольцевом счетчике 10 и переключателе фаз 2 фазосмещающего узла 14 изменяется только при срабатывании нуль- органа в момент времени 114 Далее работа устройства протекает аналогично,Устройство может быть реализовано с помощью аналоговых и цифровых интегральных микросхем, Переключатель 2 фаз можно реализовать, например, на микросхемах типа К 155 ИДЗ или К 155, КП 5, В качестве перемножителей 3 и 4 в этом случае можно использовать микросхемы типа К 140 МА 1. В качестве сумматора 5 может быть использован операционный усилитель, например микросхема типа К 140 УД 6, Коммутатор 7 каналов может быть выполнен по принципу кольцевого счетчика с помощью интегральных микросхем типа К 155 ТВ 1. Формирователь и распределитель 8 импульсов может быть выполнен на элементах серии К 155, Функциональные преобразователи 11 и 12 могут быть выполнены на основе интегральных операционных усилителей с нелинейными элементами в цепи обратной связи, Блок 1 компараторов и нуль-орган 6 могут быть выполнены на основе интегральных микросхем типа К 554 СА 2. Элемент ИЛИ 9 можно реализовать с помощью интегральных микросхем типа К 155 ЛЛ 1, а кольцевой счетчик 10 - с помощью интегральных микросхем типа К 155 ИР 1. В качестве задатчика угла управления может быть использован потенциометрический преобразователь,Целесообразной представляется цифроаналоговая реализация предлагаемого устройства с помощью схем микропроцессорных наборов, В этом случае в качестве перемножителей 3 и 4 фазосмещающего узла 15 могут быть использованы цифроаналоговые преобразователи типа К 572 ПА 2 А. Функциональные преобразователи 11 и 12 реализуются с помощью микросхем памяти, например схемы типа К 573 РФ 2, Задатчик 13 угла управления может быть выполнен на базе стандартного устройства, реализующего АЦП. Переключатель 2 фаз, сумматор 5, коммутатор 7 каналов, формирователь и распределитель 8 импульсов, элемент ИЛИ 9, кольцевой счетчик 10 могут быть реализованы на микропроцессорном комплекте серии КР 580,Экспериментальные исследования устройства для импульсно-фазового управления тиристорами выпрямителя, выполненного по трехфазной схеме со сред-. ней точкой, показали, что по сравнению с 5 прототипом, заявляемое устройство обеспечивает независимость реализации фазового сдвига от частоты и амплитуды синхронизирующих напряжений, а следовательно, повышается точность работы. 10 Формула изобретенияУстройство для управления гп-фазным тиристорным преобразователем, содержащее задатчик угла управления, синхрони затор, входы которого предназначены для подключения к синхронизирующему напряжению, а выходы соединены с соответствующими адресными входами распределителя импульсов, выходы которого 20 предназначены для подключения через усилители-формирователи к управляющим электродам тиристоров, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности, в него введены нуль-орган, элемент ИЛИ, 25 кольцевой счетчик, первый и второй функциональные преобразователи, первый и второй перемножители, переключатель фаз, сумматор, при этом группа входов синхронизатора соответственно соединена с груп пой входов переключателя фаз, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго перемножителей, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входом сумматора, выход нуль-органа соединен с модулирующим входом распределителя импульсов, а вход - с выходом сумматора, к выходам распределителя импульсов подключены входы элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом кольцевого счетчика, адресные входы переключателя фаз соединены соответственно с выходами кольцевого счетчика, выходы первого и второго функциональных преобразователей соединены соответственно с вторыми входами первого и второго пере- множителей, выход задатчика угла управления соединен с входами первого и второго функциональных преобразователей, причем первый функциональный преобразовазп -а тель реализует функцию Оу 1 -з 1 п рз 1 п аа второй Оу 2 =, где Оу 2 и Оу 1 - сигналызп уна выходах первого и второго функционального преобразователей; а - сигнал на их входах; р- угол сдвига по фазе синхронизирующих напряжений.