Способ цифрового управления тиристорным преобразователем

Союз Советсимн Соцмалмстмцвскин Реслублми) М.Н 02 13/16 присоединением заявки рственный немнтетСССРнзабрвтеннйткрытнй(71) Заявител СТОРН ЫМ ИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ4) СПОС тря Изобретение относится к области элек .тротехники и может быть использовано для управлвнття тиристорными преобразователями электрической энергии.Известен способ управления тиристорными преобразователями Щ, позволяющий регулировать напряжение на включенной последовательно с ним нагрузке эа счет регулирования угла включения тиристора и заключающийся в том, что управляющий входной сигнал сравнивается с пилообразным (или иным переменным во времени) опорным напряжением; разность управляющего и опорного напряжений подается на нуль орган, фиксирующий момент изменения знака этой разности, а нуль-орган . своим выходным сигналом воздействует. на управляющий электрод тиристора, переводя тиристор во включенное состояние; изменяя управляющее напряжение, изме няют и фазу включения тиристора.Этот способ имеет тот недостаток,что входное управляющее напряжение чдает лишь угол включения тиристора, из а чв го напряжение на нагрузке (его среднеезначение) при данном управляющем натженин нестабильно и зависит как от формы кривой напряжения силовой цепи, питающей тиристор, так и от параметровактивно-индуктивной нагрузки в зоне прврывистых токов нагрузки. Кроме того, характеристика вход-выход (то есть зависимость среднего напряжении на нагрузкеот управляющего напряжения) тиристорного опреобразователя нри таком способе управления имеет существенную нелинейность(особенно в зоне прерывистых токов), чтосоздает дополнительные трудности нриреализации систем автоматического управ тзления, включающих в себя тнристорныепреобразователи..Поэтому возникает проблема созданиятаких способов, которые позволили бы получать среднее значение напряжения нанагрузке тнристорного преобразователя,независимое от формы кривой напряженияпитающей сети и параметров нагрузки какв зоне прерывистых токов, так и в эонв666623непрерывных токов без параметрическойпристыковки этих двух зон,Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению являетсяспособ цифрового (дискретного) управления тиристорным преобразователем 2,заключавшийся в том,что преобразуют управляющий сигнал,в число импульсов, запоминают это число импульсов, преобразуют эталонное постоянное напряжение в1 Оимпульсы тактовой высокой частоты, ведут счет импульсов тактовой высокой постоянной частоты, сравнивают число этихимпульсов с числом импульсов, соответст 35вуюших управляющему сигналу, и в моментравенства этих двух чисел вырабатываютуправляющий сигнал, постоянный по фазе,подают этот сигнал на тиристоры преобразователя и получают среднее значение2 Онапряжения на нагрузке,Недостатком данного способа являетсято, что среднее значение напряжения нанагрузке зависит от формы напряженияитаюшей сети и от параметров нагрузки,который вызван неизменностью фазы переднего фронта управляющего сигнала припостоянстве управляющего сигнала. Б результате этого изменение кривой напряжения питающей сети (при данном управляюЗОшем сигнале) приводит к изменению среднего значения напряжения на нагрузке.Аналогичное влияние на среднее значениена нагрузке оказывают, как известно, па 35раметры нагрузки в режиме прерывистыхтоков (влияние ЭДС самоиндукпии нагрузки)Цель изобретения - получение среднего значения напряжения на нагрузке, независимо от формы напряжения питающейсети и от параметров нагрузки,Поставленная цель достигается тем,что в способе цифрового управления тиристорным преобразователем, заключающемся в том, что преобразуют постоянноеэталонное напряжение в базовое число им ,пульсов, запоминают это число, преобразу.ют управляющее напряжение в текущеечисло ,импульсов, сравнивают базовое число с текущим числом импульсов, соответствующих управляющему напряжению, формируют импульсы управления тиристоровв момент равенства этих чисел и получают среднее значение напряжения на нагрузке, также преобразуют отрицательноезначение напряжения на тиристоре в базовое число импульсов переменной высокойчастоты, отделяющих под кривой напряжения на тиристоре участки, равные между 64собой по плошади, преобразуют сумму мгновенного значения положительного напряжения на тиристоре и управляющего на пряжения, поданного на заданный интервал времени, в текущее число импульсов переменной высокой тактовой частоты, отделяющих под кривой суммы мгновенного значения положительного напряжения на тиристоре и управляюшего напряжения, поданного на заданный интервал времени, участки равные между собой по площади.Получение базового числа импульсов как результат преобразования мгновенно го значения отрицательного напряжения на тиристоре в импульсы переменной высокой тактовой частоты, отделяющие под кривой напряжения на тиристоре участки, равные между собой по площади, позволя ет измерить плошадь полуволны напряжения питающей за вычетом плошади полу волны ЭйС самоиндукции нагрузки. Следовательно, информация об этой плошади со держитсч в пропорциональном ей базовом числе импульсов, полученном преобразова нием отрицательной полуволны на тиристоре в переменную высокую тактовую частоту и подсчетом числа этих импульсов.Получение текущего числа импульсов в виде результата преобразования суммы мгновенного значения положительного на пряжения на тиристоре и управляющего на пряжения, поданного на заданный интервал времени, в импульсы переменной высокой тактовой частоты, отделяющие под кривой суммы мгновенного значения положительного напряжения на тиристоре и управляющего напряжения, поданного на заданный интервал времени, участки, равные между собой по площади, в сочетании с выработ кой импульса, включающего тириетор, в момент равенства текущего числа импуль сов базовому числу импульсов позволяет обеспечить среднее значение напряжения на нагрузке, строго пропорциональное управляющему напряжению, независимо от формы кривой напряжения питающей сети, параметров нагрузки и пропорционально го сигналу управления, поскольку сумма средних значений положительного напряже ния на тиристоре и на нагрузке строго равна среднему значению полуволны отри цательного напряжения на тиристоре,Внесение в число текущих импульсов числа импульсов, пропорционального управляющему напряжению (пропорциональф ность этой составляющей текущего числа импульсов управляющему напряжению обес печивается тем, что интервал времени, втечение которого подают управляющее напряжение, стабилен и не зависит от величины управляющего напряжения, в сочетании с выработкой текущих импульсов,число которых пропорционально текущему 5значению плошади кривой положительной .полуводны напряжения, приложенного к тиристору, обеспечивает выработку управляющего импульса, включающего тиристор,в тот момент времени, когда плошадь кри вой напряжени", приложенного к тиристору,станет равна полной плошади полувопнынапряжения питающей сети за.вычетом попувопны ЭдС самоиндукции нагрузки (этаинформация содержится в базовом числеимпульсов) и за вычетом числа импупьсов,пропорционального управляющему напряжению (эта информация в самом начале попожитепьной полувопны напряжения на тиристоре вносится в число текущих импупь сов), Определенный таким способом момент включения тиристора в статическомрежиме обеспечивает строгую пропорционапьность между средним напряжением нанагрузке и управляющим напряжением не 25зависимо от параметров нагрузки и отформы кривой напряжения питающей сети,данный способ цифрового управлениятиристорным преобразоватепем поясняется нижеследующими описанием и черте 30жами. На фиг. 1 изображена структурнаясхема управления тиристором; на фиг. 2 диаграммы, поясняющие способ,Схема на фиг. 1 содержит: источникпеременного напряжения 1, к которомуподкпючена нагрузка 2 через тиристор(ипи иной управляемый вентиль) 3, ыпряжение которого У через элемент суммирования 4 подается на входы первого40детектора знака 5, эпемента суммирования 6, второго детектора знака 7 и погического элемента НЕ 8; выход первогодетектора знака 5 подсоединен к одномуиз входов элемента И 9 и ко входу дозатора времени 10, выходной сигнал которо 45го с момента нопучения входного сигнала замыкает на заданное время Ф 1 контакты ключа 3.3., через который на второй вход эпемента суммирования 6 пода-.ется управлявший сигнал (напряжение Ц50ипи соответствующий ток) от источникауправляющих сигналов 12; выход эпемента суммирования 6 подключен ко входупреобразователя аналогового сигнапа ввысокую переменную спорную (тактовую)55частоту, например, преобразователя напряжения. в чистоту 133 выходной сигнап преоблравоватепя напряжения в частоту 13 в ви де высокочастотных сигналов опорной частоты подается на вторые входы эпементовИ 9 и 14; на первый вход элемента И14 подается выходной сигнал второго детектора знака 73 выходной сигнал И 9 подается на вход 15-1 (минус) реверсивного счетчика импульсов 15; на вход 152 (ппюс) счетчика 15 подается выходнойсигнал эпемента И 14, а на вход 15-3(сброс) счетчика 15 - выходной сигналлогического эпеь.энта НЕ 8; выходной сит- нап реверсивного счетчика 15 через эпемент НЕ 16 подается на управляющийэлектрод 17 тиристора 3; кроме того, напряжение источника. питания 1 через интегратор 18 подается на второй вход эпемента суммирования 4 (изображено пунктиром на фиг. 1). Интегратор 18 и эпемент суммирования 4 вводятся топько втом спучае, если переменное напряжениеисточника питания 1 имеет постоянную составляющую,Способ можно пояснить, рассмотрев работу схемы фиг. 1. Если управляющийсигнал источника 12 У равен нулю, апостоянная составпяюшая в напряжении источника питания 1 отсутствует,то есть равныинтегралы его попувопн, то в попупериод,когда к тиристору 3 приложено напряжение У с попярностью, обратной направпению проводимости тиристора З,это напряжение через элементы суммирования 4 и6 подается на вход преобразователя напряжения в частоту 13 и преобразуется имв переменную высокую опорную частоту,текущее значение которой (еспи пренебречь длительностью максимального периода переменной высокой тактовой частоты в сравнении с периодом напряжения источника питания, то можно употребить вдальнейшем термин "мгновенное значениетактовой частоты") пропорционально мгновенноМу значению напряжения Ут прилюбой его форме, благодаря чему (см,фиг. 2 в) моменты перехода напряженияпеременной тактовой частоты через нулевое значение под кривой напряжения источника 1 .отделяют друг от друга равновеликие плошади, равные интегралу попувопнынапряжения У . депенному на число полупериодов (ипи периодов - в зависимостиот устройства преобразователя напряжения в частоту 13) переменной высокойтактовой частоты,Так как преобразователь напряженияв частоту дает на выходе сигнап, частота которого пропорциональна входному напряжению, а период выходного напряжения,6666267 8 следовательно, обратно пропорционален следовательно, вмещают в себя равное входному напряжению, то произведение число периодов переменной высокой тактовходного напряжения такого преобразова- вой частоты). Поэтому при нулевом.управтеля на период его выходного напряжения- ляющем сигнале напряжение на нагрузке величина постоянная, то есть постоянны 5 также будет равно нулю а тиристор 3 не и плошади под кривой входного напряже- будет включаться. Если бы источник питания, отделяемыед ляемые моментами перехода че- ния 1 имел постоянную составляющую в рез нуль выходного напряжения преобра- своем напряжении, то она была бы выдезователя напряжения в частоту. В соот- лена интегратором 18 и скомценсирована ветствии со знаком полуволны напряжения его выходным воздействием по второму1 Она тиристоре 3 через детектор знака 7 входу элемента суммирования 4. выдается "логическая единица" на один из Если управляющий сигнал от источнивходов элемента И 14, на второй вход ко- ка 12 не равен нулю, то в начале второй торого поступают сигналы переменной вы-, полуволны напряжения источника 1 (см. сокой тактовой частоты, благодаря чемУ фиг, 2 б) этот сигнал. на время а, в на выходе элемента И 14 появляются им- течение которого замкнуты контакты клюнуи льсы, синхронизированные с импульса- ча 11, подается на вход элемента суммими тактовой частоты, число которых за рования 6, где суммируется с второй по- время полуволны напряжения источника пи- луволной напряжения на тиристоре 3, бла 20тания 1 фиксируется реверсивным счетчи- годаря чему обратный счет реверсивного ком 15 (базовое число импульсов), нева счетчика 15 заканчивается еще до оконвисимо от формы кривой этого напряжения. чания этого нолупериода- в момент вреВыходы всех разрядов реверсивного счет- мени 1, что вызовет включение тирисчика 15 суммируются внутри этого счет- тора 3. Очевидно, что плошадь той частичика, благодаря чему при любом положе- полуволны напряжения на тиристоре, котонии счетчика 15, кроме нулевого, на его рая с момента его включения будет привыходе имеет место "логическая единица", ложена к нагрузке, в пересчете на числоинвертируемая элементом НЕ 16 в "логи- импульсов переменной тактовой высокойческий нуль", Во второй полупериод напри- частоты будет в точности равна тому чисжения источника 1, соответствующий по лу импульсов, которое при обратном счеполярности направлению проводимости ти- те поступило в реверсивный счетчик 15истора 3 на выходе детектора знака 7 под воздействием напряжения У, то будет нулевой сигнал, который определит есть обеспечивается:строгая линейная зануулевой выходной сигнал элемента И 14 висимость напряжения на нагрузке от уп 35и прекращение заполнения реверсивного равдяюшего сигнала, независимо от форсчетчика 15, В то же время начнет давать мы кривой напряжения источника питаниявыходной сигнал детектор знака 5, кото 1 (поэтому на фиг, 2 эта кривая взята рый дает "логические единицы" на вход треугольной). Если нагрузка не являетсяжвем И 9 дозатора времени 10. С 4 о чисто активной, а носит активно инду- этого момента импульсы тактовой часто- ный характер, то ток нагрузки будет проты (текущее число импульсов) с выхода текать и в течение части отрицательногополупериода напряжения источника питания15-2 реверсивного счетчика 15, вызывая 1 (см. кривую активного падения напряобратный счет - убывание числа импуль- жения Д на фиг. ).на иг. 2). Из за влияниясов, записанного в предыдущий полуцери . ЭДС самоиндукции нагрузки тиристор 3од напряжения источника 1, Если источ- окажется отпертым до момента времениник управляющего сигнала 12 дает нуле- о, когда ток нагрузки станет равным нувое напряжение, то замыкание контактов люПоэтому число импульсов, которымключа 11 на время лпод действием будет заполнен реверсивный счетчик 15выходного сигнала дозатора времени 10 воздействием по входу 15 1, будет равно никак нкак не повлияет на работу схемы, бла- числу +Л, соответствующему заштрихо-2годаря чему реверсивный счетчик 15 за- ванной площади ниже оси времени фиг б.кончит обратный счет, то есть выйдет на Этаплощадьбудетменьшеплощадицелойпо-нулевой выходной сигнал, только в момент луволны напряжения источника питания 1 иа55окончания рассматриваемой положительной величину -3; (см. фиг, 2 а), явацошейсяполуволны напряжения источника 1 (напом- мерой индуктивного падения цапряженияним что интегралы полуволн этого напря- на нагрузке. Из-за этого в следующий ин 1жения равны по абсолютной величине и, тервал проводимости тиристораЗреверсив66662 Формула изобретенияСпособ цифрового управления тиристорным преобразователем, состоящий в том,что преобразуют постоянное эталонное напряжение в базовое число импульсов, запоминают это число, преобразуют управляющее напряжение в текущее число импульсов, сравнивают базовое число с текущимчислом импульсов, соответствующих управляющему напряжению, формируют импульсы управления тиристоров в момент равенства этих чисел и получают среднее значение напряжения на нагрузке, о т л ича юшийс я тем, что, сцельюполучения среднего значения напряжения нанагрузке независимо от формы напряженияпитающей сети и от параметров нагрузки,преобразуют отрицательное значение напряжения на тиристоре в базовое число импульсов переменной высокой частоты, отделяющих под кривой напряжения на тиристоре участки, равные между собой цо площади, преобразуют сумму мгновенногозначения положительного напряжения натиристоре и управляющего напряжения поданного на заданный интервал времени, втекущее число импульсов переменной высокой тактовой частоты, отделяющих подкривой суммы мгновенного значения полжительного напряжения на тиристоре и управляющего напряжения, поданного на заданный интервал времени, участки равныемежду собой по плошади.Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе1. Каталог-справочник 08,30.07-73"Тиристорные электроприводы на базе преобразователей серик КПТ", Инфорэлектро,М., 1973, с. 20-22,2, Авторское свидетельство СССРй 465704, кл. Н 02 Р 13/16,10.11,71. 9ный счетчик 15 закончит обратный счет и через элемент НЕ 16 включит тиристор 3 быстрее, чем в предыдущий интервал проводимости этого тиристора, а напряжение на нагрузке в положительный полупе риод напряжения возрастет на такую величину, на которую в предыдущий интервал проводимости был уменьшен интеграл напряжения на нагрузке из-за влияния ее индуктивности, Таким образом; в статических режим. х, во все интервалы проводимости тиристора 3 интеграл напряжения на его активно-индуктивной нагрузке 2 держится постоянным и строго пропорциональным управляющему сигналу при лю бых параметрах (постоянных времени) нагрузки и при любой форме напряжения источника питания 1.Сброс счета реверсивного счетчика 15, осуществляемый подачей сигнала на вход 20 15-3 этого счетчика с выхода элемента НЕ 8, обеспечивает подачу импульса включения тиристора на его управляющий электрод 17 в течение всего времени, пока тнристор .3 включен, а также все это вре мя принудительно удерживает счетчик 15 в нулевом положении, что исключает ошибочный счет под влиянием помех и накопление ошибки управления при флуктуациях напряжения источника питания 1.30Данный способ цифрового управления тиристорным преобразователем, в отличие от известных способов цифрового управления, обеспечивает строгую пропорциональность между управляющим сигналом и средним значением напряжения на нагрузке независимо от ее параметров и от формы и величины напряжения питающей сети. Это обеспечивает линейность и строгую стабильность характеристик вход-вы 40 ход тиристорного преобразователя как в режиме прерывистых токов, так и при непрерывных токах, что упрощает реализацию максимально возможного быстродействия тиристорных электроприводов.Нетрудно показать, что соединение управляемых данным способом тиристоров в многофазный тиристорный преобразователь обеспечивает этому преобрвзователю однозначную и строго линейную статическую характеристику вход-выход как в зоне прерывистых токов, так и в зоне непрерывных токов.Решение задачи высокостабильного управления тирнсторным преобразователем 10данным способом, позволяющим применять цифровую технику, дает воэможность, например, в металлорежущих станках с программным управлением получатьвт системы программного управления непосредственно управляющие импульсы тиристоров и тем самым почти полностью исключить устройства управления тиристорами, поскольку мини-ЭВМ, используемая в системе программного управления, может обеспечить и все от рации, выполняемые для цифрового управления тиристором по предложенному способу,666626 е.2 ка 204/43 Тираж 856 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4 ЛЗака лиал ППП Патент,г. Ужгород, ул. Проектнан, 4 Составитель О.:Парфенова .едактор Й. Мепуришвили Техред М,. Келемеш Корректор