Устройство для управления -фазным вентильным преобразователем

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р 11 53722 Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет Государственнык комит Совета Министров СС убликовано 05,04,77. Бюллетень Ме 13 та опубликования описания 25.04.77(72) Авторы изобретения И, Б. Набутовский и И. С. Скосыревучно-исследовательский институт постоянного тока 1 Заявител 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ т-ФАЗНЪМ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМчивается благодаря наличию цепи обратной связи, например, по току или углу зажигания вентилей 2. Асинхронные устройства вносят в контур регулирования запаздывания, так 5 как являются астатическими.Наиболее близким к изобретению являетсяустройство, периодически синхронизируемое с сетью, где используют синхронизацию с питающей сетью только одного импульса (из ше сти) за период и отсчет от него всех остальных 3), которое взято за прототип, В данных устройствах с питающей сетью жестко связана только одна заранее выбранная фаза, а импульсы остальных фаз отсчитываются от 5 импульсов первой фазы. При искажении напряжения сети синхронный импульс может возникнуть в момент времени, опережающий напряжение сети, все импульсы могут возникнуть при отрицательном анодном напряжении 0 на вентилях, что приводит к транзисторномуэффекту в тиристорах,периодически щают импульриводит к до- ыпрямленного дках напряжения емые системы см отставания, что у уменьшениюПри поса синхронизир 25 сы в сторон полнительно напряжения Цель изоб импульсов у 30 щего напряжс с еИзобретение относится к области управления статическими преобразователями, выполненными на газоразрядных или на полупроводниковых приборах с управляющим электродом.Изобретение предназначено для использования в системах автоматического регулирования вентильными преобразователями электропередач постоянного тока,Известны устройства для управления преобразователями электропередач постоянного тока путем воздействия на управляющие электроды вентилей, составляющих преобразователь. Эти устройства могут быть классифицированы как синхронные, асинхронные и периодически синхронизируемые с сетью переменного тока.Синхронные устройства регулирования основаны на формировании импульсов в моменты переходов через нуль переменных напряжений, питающих преобразователь, и отсчете от них углов регулирования для каждого вентиля 1. Применение синхронных устройств регулирования вентильными преобразователями при питании от сети соизмеримой мощности приводит к появлению гармонической неустойчивости преобразователя.Асинхронные устройства не имеют связи системой переменного тока, а синхронные сетью, управление преобразователем обесп етения - повышение симметри равления при перекосах питаю ения, предотвращение возникновения импульсов в зоне отрицательных углов и повышение быстродействия.Это достигается тем, что устройство снабжено расширителями импульсов каждой фазы, двухвходовыми элементами И, двухвходовыми элементами ИЛИ, элементом задержки времени, триггеров, двумя многовходовы ми элементами ИЛИ и счетчиком импульсов, причем каждый выход формирователя импульсов каждой фазы соединен с соответствующим расширителем импульсов, выход которого соединен с одним входом соответствующего двухвходового элемента И, подключаемого к блоку регулировки фазы, а выход блока временных интервалов через другой расширитель и двухвходовый элемент ИЛИ соединен со вторым входом элемента И, при этом второй вход элемента ИЛИ соединен через элемент задержки времени на исчезновение сигнала с выходом триггера, первый вход которого соединен с выходами всех блоков временных интервалов через многовходовый элемент ИЛИ и счетчик числа импульсов, второй вход триггера и вход счетчика импульсов через другой двухвходовый элемент И и многовходовой элемент ИЛИ соединен со всеми выходами первых двухвходовых элементов И и выходами формирователей импульсов каждой фазы, а входы блоков временных интервалов соединены с выходами первых двухвходовых элементов И через многовходовые элементы ИЛИ,В устройстве вход каждого блока временных интервалов соединен с выходом первого двухвходового элемента И одной фазы, а выход - с расширителем импульсов другой фазы. При этом в устройстве содержится не менее двух блоков временных интервалов, выполненных с подстройкой по частоте. Кроме того, устройство снабжено элементом НЕ, дифференцирующей цепочкой и дополнительным двухвходовым элементом ИЛИ, причем элемент НЕ подключен своим входом к выходу расширителя импульсов, с выходом через дифференцирующую цепочку к одному из входов дополнительного элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу первого двухвходового элемента И, а выход дополнительного элемента ИЛИ подсоединен к блоку регулировки фазы,На фиг. 1 и 2 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 3 - предлагаемое устройство, место включения его в общую систему регулирования преобразовательного моста; на фиг. 4 - 6 даны диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство для управления т фазным вентильным преобразователем содержит формирователь 1 импульсов, расширитель 2 импульсов, двухвходовый логический элемент И 3, двухвходовый логический элемент ИЛИ 4, триггер 5, элемент 6 задержки на снятие сигнала, многовходовой логический элемент ИЛИ 7, блок 8 формирования временных интервалов, расширитель 9 импульсов,многовходовой логический элемент ИЛИ 10, блок 11 формирования временных интервалов, многовходовой логический элемент ИЛИ 12, счетчик 13 числа импульсов, многовходовой5 логический элемент ИЛИ 14, двухвходовойлогический элемент И 15, многовходовой логический элемент ИЛИ 16, логический элемент НЕ 17, дифференцирующую цепь 18, двухвходовой логический элемент ИЛИ 19.10 На фиг. 3 приняты следующие обозначения:шипы переменного тока 20, силовой трансформатор 21, преобразовательный мост 22, блок 23 регулировки фазы управляющих импульсов, датчик тока преобразователя - трансфор 15 матор тока 24, датчик напряжения - трансформатор напряжения 25, устройства, изображенные на фиг. 1, 2, - 26, цепь задания уставки 27, ток передачи 28, ток датчика тока 29, пропорциональный току передачи, ток устав 20 ки 30.На фиг. 4 - 6 приняты следующие обозначения: У, - напряжение триггера 5; У.л - импульс напряжения фазы +А на выходе формирователя 1 импульсов; Ур, - напряжение25 на выходе расширителя 2 импульсов; живых.А -напряжение фазы +А на выходе устройства; Уввиз - напряжение на выходе блока 8 временных интервалов; Урр - напряжение на вызо ходе расширителя 9 импульсов; У с - импульс напряжения фазы - С на выходе формирователя 1 импульсов; Ус - нахряжение фазы - С на выходе устройства; У - напряжение на выходе элемента задержки 6;35 +А, - С, +В, - А, +С, - В - импульсы навыходе формирователя импульсов; 1 ь 6, 6, 6 1, 1, - моменты синхронизации устройства с питающей системой переменного тока.Устройство работает следующим образом.40 При включении источника питания в момент1 триггер 5 и счетчик 13 числа импульсов устанавливается в исходное состояние, при котором на его выходе появляется напряжение У(см. диаграмму фиг. 4). Напряжение, дей ствуя через элемент задержки на снятие сигнала (6) и логические элементы ИЛИ 4, подготавливает логические элементы И 3 во всех фазах устройства. При появлении очередного импульса с выхода формирователя 1, 50 например в фазе +А У,., сформированного вмомент перехода линейного коммутационного напряжения через нуль, последний вызывает срабатывание расширителя 2 импульсов (одновибратора) в фазе +А, на выходе которого 55 формируется напряжение Ур В результатена обоих входах двухвходового логического элемента И +А, а следовательно, и на его выходе появляется импульс напряжения живых.+А, совпадающий по фазе со Входным им пульсом У.А.Выходной импульс У+л через логическийэлемент ИЛИ 14 поступает на первый вход двухвходового логического элемента И 15.Одновременно на второй вход этого элемента 55 через элемент ИЛИ 16 поступает входной5импульс. В результате на выходе элементаИ 15 формируется импульс, который перебрасывает триггер 5, при этом напряжение Уна его выходе исчезает. Однако напряжениесо входов элементов И 3 благодаря наличиюэлемента 6 задержки существует еще некоторое время (30 - 50 мкс), что позволяет получить на выходе элемента И 3 импульсживых,+А требуемой длительности. После ис"чезновения напряжения с выхода элемента 6снимается сигнал подготовки со всех элемен.тов И 3.Импульс напряжения Увых,л.А, сформированный на выходе элемента И 3 фазы +А, подается через элемент ИЛИ 7 на запускающий вход блока 8, который начинает отсчетинтервала, равного 2 л/т,где т - фазность преобразователя,После отсчета указанного интервала на выходе блока 8 формируется импульс Уввивкоторый подается на расширитель 9 импуль-сов следующей фазы - С, а также расширители 9 фаз - А, - В.Такое соединение обусловлено тем, что блоки временных интервалов 8 и 11 работают поочередно и управляют работой элементов, расположенных в разных фазах. Например, блок8 связан через элемент ИЛИ 10 с элементами в фазах - С; - А; - В, а блок 11 черезэлемент ИЛИ 7 с элементами +А;+В;+С.Для обозначения работы устройства числоблоков временных материалов 8 и 11 можетбыть любым, но не менее двух.Расширитель 9 импульсов фазы - С послепоступления импульса с блока 8 формируетимпульс Ур 9, поступающий на один из входовдвухвходового логического элемента И 3.Если другой вход этого элемента был предварительно подготовлен расширителем 2 импульсов, т. е. если очередной импульс У с отформирователя 1 возник ранее, чем появилсяимпульс с выхода блока 8, то в случае совпадения импульсов на входах элемента И 3,на его выходе в момент времени появится выходной импульс.В случае, если вход элемента И 3 был подготовлен выходным напряжением расширителя 9, импульс напряжения на его выходе появится после срабатывания расширителя 2импульсов. Выходной сигнал напряженияных. с поступает через элемент ИЛИ 7 напуск блока 11, формирующего импульс, служащий для запуска расширителя 8 импульсовфазы +В, работа которой аналогична предыдущей.Одновременно выходной импульс У,ы с через элемент ИЛИ 14 поступает на входэлемента И 15. Поскольку импульсы У-с свыхода элемента ИЛИ 16 и Бны., не совпадают по фазе, то логический элемент И15 не срабывает, а триггер 5 не вырабатываетсигнала подготовки для элементов И 3. Приэтом счетчик 13 считает импульсы, поступающие через элемент ИЛИ 12 с блоков 8 и 11.После переполнения счетчика 13, например 5537226после отсчета пяти импульсов, триггер 5 устанавливается в положение, соответствующееподготовке (через элементы 5 и 4) по первому входу элементов И 3. В результате это 5 го на одном из выходов устройства вновь появляется импульс, выработанный блоком 1,т. е. синхронизирующий сетевой импульс, ицикл работы устройства повторяется.Следовательно на выходе устройства может10 быть сформировано определенное число импульсов, следующих друг за другом через равные интервалы времени, а после прохожденияравноинтервальных импульсов вновь появляется импульс, вырабатываемый блоком 1, имею 15 щим связь с питающей сетью. Кроме того,каждый цикл работы устройства начинается смомента появления на его выходе импульса,фаза которого совпадает с фазой импульса,выработанного блоком 1,20 Возникновение импульсов вне зоны регулирования предотвращается путем примененияэлементов И, запрещающих преждевременное прохождение импульсов на выход устройства, повышение быстродействия достигается25 путем присоединения устройства к датчикамперехода через ноль всех коммутирующих напряжений; улучшение слежения за фазой в переходных режимах достигается путем применения элемента НЕ и дифференцирующейцепочки, вырабатывающей импульс с небольшим (5 - 10 мсек) запаздыванием относительно перехода напряжения через ноль.В предлагаемом устройстве входные импульсы поступают чаще, чем в прототипе вт раз, где т - фазность преобразователя.Каждый из входных импульсов, будучи сдвинут в сторону запаздывания, немедленно влияет на момент возникновения выходного импульса предлагаемого устройства. Следовательно, изменение фазы напряжения на шинахпеременного тока в этом случае будет восприниматься в т раз быстрее.На фиг. 5 приведена диаграмма, иллюстрирующая работу устройства при наличии асим 45 метрии импульсов на выходе блока 1, вызванной модуляцией их фазы частотой третьей гармоники, а на фиг. 6 - частотой пятой гармоники. На осях а и г представлены импульсына выходах блока 1. На осях б и д импульсы50 на выходах блоков 8 и 11. На осях в и е импульсы на выходе устройства.Из диаграммы видно, что нарушение симметрии импульсов, имеющее место на входеустройства, не передается на его выход, вслед 55 ствие чего гармоническая неустойчивость вентильного преобразователя не проявляется.Кроме того, в предлагаемом устройстве, имеющем периодическую синхронизацию с питающей сетью, в отличие от прототипа, выход 60 пой импульс не может появиться ранеемомента перехода через ноль напряжения, питающего преобразователь, благодаря выбору соответствующей структуры схемы устройства,Для сохранения работоспособности устрой 65 ства при глубоких несимметричных посадках553722 40 45 50 55 60 65 напряжения в энергосистеме и снижения запаздывания по фазе выходных импульсов, отсчитываемых от моментов перехода через ноль напряжения питания, предусмотрены дополнительные элементы, схема соединения которых представлена на фиг. 2.В случае глубокой несимметричной посадки напряжения может иметь место несовпадение импульсов с выходов расширителей 2 и 9 импульсов, что приводит к исчезновению основного импульса в одной или нескольких фазах.Для устранения этого недостатка, а также снижения запаздывания импульсов на выход каждой фазы устройства, кроме основного импульса, подан запаздываюгций на несколько электРических гпадусов импульс, соответствующий заднему фронту импчльса расиипителя 2. Это выполнено в каждой фазе с помощью логического элемента НЕ 17, инвертипчющего фазу импульса, иасширителя 2, дифберенциочющей цепи 18 и логического элемента ИЛИ 19.При наличии на выходе основного импульса запаздывающий не оказывает влияния на блок 23, так как он уже запущен основным импульсом. В случае потери основного запаздывающий импульс выполняет его Функции и обеспечивает работу устройства. Следовательно, величина запаздывания не превышает нескольких электрических градусов, в отличие от прототипа, где она составляет несколько десятков электрических градусов.При изменении частоты в энеогосистеме для сохоанения постоянным отнопения длительности временного интервала (60 эл. град.) к длительности пеоиода, т. е. повышения стабильности устоойства, блоки 8 и 11 выполнены с подстройкой по частоте,Такая подстройка может быть осуществлена путем сравнения выходного сигнала блока 8 или 11 с некоторым стабильным сигналомуставкой и выдачи сигнала копрекции на управляющий вход блока 8 или 11.Использование предложенного устройства в системе автоматического регулирования вентильными преобразователями на передачах постоянного тока позволяет существенно повысить надежность работы вентилей за счет устранения возможности возникновения импульсов управления вне зоны регулирования, а также повысить качество иегулирования преобразователей благодаря значительному снижению запаздывания импульсов по фазе при переходных режимах в питающей энергосистеме, обеспечить следование импульсов через равные интервалы и благодаря этому устоанить гармоническую неустойчивость при работе вентильного преобразователя, работающего со слабой системой. формул а изобретения 1. Устиойство для управления т-фазным вентильнь,м преобразователем при периодиче.ской синхронизации с питающей сетью, содер 8жащее формирователь импульсов с т-выходами, блоки формирования временных интервалов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения симметрии импульсов управления ири перекосах питающего напряжения, предотвращения возникновения импульсов в зоне отрицательных углов и повышения быстродействия, оно снабжено расширителями импульсов каждой фазы, двухвходовыми элементами И 10 вд ухвходовыми элементами ИЛИ, элемен.)том задержки времени, триггером, двумя многовходовыми элементами ИЛИ и счетчиком импульсов, причем каждый выход формирователя импульсов соединен с соответствующим 15 расширителем импульсов, выход которого соединен с одним входом соответствующего двухвходового элемента И, подключаемого к блоку регулировки фазы, а выход блока временных интервалов через другой расширител ь и двухвходовой элемент ИЛИ соединен со вторым входом элемента И, при этом второй вход элемента ИЛИ соединен через элемент задержки времени на исчезновение сигнала с 25выходом триггера, первый вход которого соединен с выходами всех блоков временных интервалов через многовходовой элемент ИЛИ и счетчик числа импульсов, второй вход триггера и вход счетчика импульсов через другой двухвходовой элемент И и мно говходовои элемент ИЛИ соединен со всемиовыходами первых двухвходовых элементов И и выходами формирователя импульсов, а входы блоков временных интервалов соединены с выходами первых двухвходовых элементов 35 ИИ через многовходовые элементы ИЛИ. 2, Устройство по и. 1, отл ич а ю щ е е ся тем, что вход каждого блока временных интервалов соединен с выходом первого двухвходового элемента И одной фазы, а выход - с расширителем импульсов другой фазы.3. Устройство по и. 1, о тл ич а ю ще еся тем, что содержит не менее двух блоков временных интервалов.4, Устройство по и. 1, отличающееся тем, что каждый блок временных интервалов выполнен с подстройкой по частоте.5. Устройство по и. 1, отл и ч а ющееся тем, что, с целью уменьшения запаздывания импульсов по фазе при несимметричных посадках напряжения и обеспечения его работоспособности при исчезновении одного или части импульсов на выходе формирователя импульсов, оно снабжено элементом НЕ; дифференцирующей цепочкой и дополнительным двухвходовым элементом ИЛИ, причем элемент НЕ подключен своим входом к выходу расширителя импульсов, а выходом через дифференцирующую цепочку к одному из входов дополнительного элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу первого двухвходового элемента И, а выход дополнительного элемента ИЛИ подсоединяется к блоку регулировки фазы.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Патент СССР316272, М. Кл. Н 02 Р 13/16, 1968,553722102. Патент Швеции333409, М. Кл.Р Н 02 М1/08, 1970,3, Лвторское свидетельство СССР 237246,М, Кл. Н 02 1/04, 1965 (прототип).553722 Цтг аргРаза СЕьи г А -Г В А фГ ВА СВ А Г ВА " В -А+В Ас.В А -г В-А "-в А -г В.А+ г1 1д Составитель Е. Ждановедактор В. Фельдман Техред А. Камышникова Корректор Е. Хмелев 400/6ЦНИ ипография, пр. Сапунова, 2 Ор Раза А ад А Юн Ор 9 Изд.27И Государственного комитет по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Рауш Тираж 914 Подписи оСовета Министров СССРоткрытийкая наб., д. 4/5