Устройство для управления тиристорным однофазным инвертором

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВУОРШОИУ СВИДЕТЕИЬСТВУ Союз Соеетскик Соцналистическнк Республик(22) Заявлено 030778 (21) 2640024/24-07с присоединением заявки Но(5 Цм кл Н 02 Р 13/18 Государственный комитет СССР ло ледам изобретений и открытий(71) Заявитель Институт электродинамики АН Украинской ССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ОДНОФАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ Изобретение относится к областиэлектротехники и может быть использовано в регулируемых вторичных источниках питания с синусоидальнымвыходнью напряжением, в частности 5относится к автономным тиристорныминверторам, Формирующим кривую выходного напряжения путем амплитудноимпульсной модуляции (АИМ) за счеткоммутации вторичных обмоток трансформатора,Известно устройство для управления инвертором 1), содержащее задающий генератор, ждущие генераторыпостоянной скважности, дифференцирующие цепочки, схемы совпадения исчетный триггер. Это устройство формирует выходное напряжение путемступенчатой аппроксимации заданнойкривой с заданным числом ступеней. 20К недостаткам этого устройства следует отнести невозможность регулирования ширины импульсов формируемыхступеней напряжения.Наиболее близким по технической 25сущности к данному изобретению является устройство для управления однофазным тиристорным инвертором 2),содержащее задающий генератор, триггер,элементы задержки, регулятор длнтель 2ности импульсов,пересчетный блок,элементы совпадения и формирователи им" пульсов управления тиристорами. При этом четыре дополнительные элемента совпадения, управляемые от ячеек пересчетного блока, от регулятора дли" тельности импульсов и от датчиков тока в силовой цепи, в моменты времени, кбгда из-эа активно-индуктивного характера нагрузки задерживается включение какого-либо тиристора коммутатора, вырабатывают импульс на включение следующего тиристора коммутатора, который выключает предыдущий тиристор и создает путь току самоиндукции нагрузки. В моменты времени, когда на нагрузке формируется нулевое напряжение, система управления формирует управляющие импульсы на тиристоры предварительного инвертора, которые отключают первичную обмотку трнасформатора от источника питания и закорачивают ее в обоих направлениях. Тем самым энергия,запасенная в нагрузке, рассеивается в самой нагрузке. Недостатком такого устройства являются ограниченные функциональные возможности.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства и улучшение гармонического спектра выходного напряжения.Цель достигается тем, что предлагаемое устройство для управления однофазным инвертором снабжено блоксм коррекции, состоящим из элемента ИЛИ,четырех элементов И и триггера, блок управления предварительным инвертором дополнительно снабжен триггером и четырьмя элементами совпадения, пересчетный блок дополнительно снабжен двумя ячейками пересчета, причем одна из укаэанных ячеек пересчета включена между первой и десятой ячейками пересчета, вторая - между пятой и шестой ячейками пересчета, вход пересчетного блока подключен квыходу второго элемента задержки,прямой и инверсный выходы триггеров блока управления предварительныМ инвертором подключены соответственно к первым выходам элементов совпадения блока управления предварительным инвертором, вторые входы первого и второго элементов совпадения указанного блока подключены к выходу первого элемента задержки, вторые входы третьего и четвертого элементов совпадения указанного блока подключены к выходу второго элемента задержки, выход задающего генератора и выход регулятора длительности импульсовподключены к выводам для подключения коммутирующих тиристоров и соответственно ко входам первого и второго триггеров блока управления предварительным инвертором соответственночерез первый и второй, элементы И бло. ка коррекции, второй вход первого элемента И блока коррекции соединен с Выходом элемента ИЛИ, второй вход второго элемента И блока коррекции соединен с выходом триггера упомянутого блока коррекции, два входа которого подключены к выходам третьегои четвертого элементов И блока коррекции, первые входы которых соединены с выходом элемента ИЛИ блока коррекции, вторые их входы соединены с выходом первого элемента задержки, а входы элемента ИЛИ подключены квыходам дополнительных ячеек пересчета.Такое выполнение устройства позволяет расширить его функциональные возможности и существенно улучшитьгармонический состав выходного напряжения инвертора без усложнения его силовой схемы.На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, на фиг. 2 - диаграмма его работы; на фиг. 3 - силовая схе.ма инвертора,устройство для управления тиристорным однофазным инвертором содержит эадакщий генератор 1, к выходукоторого последовательно подсоединены первый элемент задержки 2, регу,лятор длительности импульсов 3, второй элемент задержки 4 и пересчетиыйблок 5, к выходам которого подсоединены вторые входы основных элементовсовпадения б, первые входы которыхсоединены с выходом регулятора 3, ивторые входы дополнительных элементов совпадения 7, первые входы которых соединены с выходами 8, 9, 10,11усилителей 12 и 13, связанных с дат чиками тока 14, 15 в силовой цепи(см, фиг. 3), а третьи - со вторымвыходом регулятора 3, выходы дополнительных ячеек 5 и 5 пересчетно 1 1го блока 5 подключены ко входам элемента ИЛИ 16 блока коррекции 17, всостав которого входят также четыреэлемента И 18, 19, 20, 21 и триггер 22.Блок управления предварительныминвертором 23 содержит триггеры 24,25 и четыре элемента И 26, 27, 28и 29, при этом входы триггеров 24 и25 подключены соответственно к выходам элементов И 18, 19 блока коррекции 17, а выходы соответственно кпервым входам элементов И 26, 27,28и 29, вторые входы которых соединенысоответственно с выходом элементов2, 4.Силовая схема инвертора приведенана фиг. 3 и состоит из предварительного мостового инвертора, собранногона тиристорах 30, 31, 32, 33 и диодах, к выходным зажимам которого подключена первичная обмотка промежуточного трансформатора, имеющего секционированную вторичную обмотку, Каждыйиз трех отводов секционированной вторичной обмотки соединен с выходнымзажимом через пары встречно-парал 4 О лельно включенных тиристоров 34-3536-37, 38-39 и датчики тока 14, 15,сигналы которых поступают на усилители 12, 13, каждый из которых имеет по два (прямой и инверсный) выхо 4 да 8, 9 и 10, 11. Коммутирующими тиристорами в силовой схеме являютсятиристоры 40, 41,Устройство работает следующим образом,р Задающий генератор 1 генерируетпоследовательность импульсов (фиг.2 а),которая поступает на прямой входэлемента И 18 блока коррекции и наэлемент задержки 2, Сигнал с выходаэлемента 2 (фиг. 2 б) поступает наинверсные входы элементов И 26, 27,28, 29 управления предварительным инвертором 23. При этом, если на инверсном входе элемента И 18 отсутствует сигнал запрета (фиг. 2 е), то с60 выходов элементов И блока управленияпредварительным инвертором 23, подключенных к триггеру 24, поступаютширокие импульсы в цепи управлениятиристорами 30 и 31, а с выхода эле 65 мента И 18 - короткие импульсы в це 77185035 пи управления коммутирующим тиристором 40 (фиг, 2 к,л,а). При этомпередний Фронт импульсов управлениятиристорами 30 и 31 Формируется позаднему фронту импульсов элемента 2,а задний Фронт по переднему фронтуимпульсов элемента 4. Импульсы накоммутирующий тиристор 40 Формируются по переднему фронту импульсов элемента 2. Ширина импульсов элемента 2 выбирается не меньшей времени восстановления управляющих свойств тиристоров 30, 31, 32, 33. Таким образом исключается возможность короткого замыкания источника одновременно включенным тиристорами 30, 31.По заднему Фронту импульсов элемента 2 Формируются импульсы регулятора длительности импульсов регулятора 3 (фиг. 2 в), которые поступают навторой элемент задержки 4, выход которого связан инверсными входами элементов И блока управления предварительным инвертором 23, подключенных к триггеру 25. При этом, если на инверсном входе элемента И 19 блока коррекции отсутствует сигнал запрета (Фиг. 2 ж), то на цепи управления тиристорами 32 и 33 поступаютимпульсы управления, аналогичные импульсам, поступающим на тиристоры30 и 31 (а на тиристор 41 аналогичные импульсам на тиристоре 40), только сдвинутые относительно последних на время, определяемое шириной импульсов регулятора 3 (Фиг. 2 м, н,и), Ширина импульсов напряжения на выходе предварительного инвертора таким образом определяется шириной импуль.сов на выходе регулятора 3.Достоинством такого способа формирования выходного напряжения предварительного инвертора является то, что в моменты времени, когда на выходе предварительного инвертора в целом Формируется нулевая ступень напряжения (фиг. 2 о,п), то первичная обмотка промежуточного трансформатора тиристорами 30, 32 или 31,33 отключается от источника питания, а тиристорами 31, 33 и соответствующими диодами или тиристорами 30, 32 и соответствующими диодами закорачивается в обоих направлениях (фиг. 3),Тем самым предотвращается обмен энергией между источником и нагрузкой и формируется нулевое напряжение на нагрузке в укаэанные моменты времени, чтоповышает коэффициент мощности инвертора в целом и облегчает работу тиристорного коммутатора 34-39 при работе на активно-индуктивную нагрузку Тиристорный коммутатор работаетследующим образом, Под воздействием импульсов, постулающих с выхода элемента 4 на входпересчетного блока 5, на выходах последнего Формируются широкие импуль 5 10 15 20 25 30 40 45 50 55 60 б 5 сы (на Фиг. 2 д), которые поступаютна вторые входы основных элементовсовладения. При этом на выходах основных элементов совпадения б формируются широкие импульсы управлениятиристорами коммутатора 34-39, ширина которых определяется длительностьюимпульсов регулятора 3, а на нагрузке формируется напряжение (Фиг. 2 п).Вспомогательный элемент совпадения 7 Формирует короткие импульсызапуска следующего тиристора коммутатора в том случае, если направление тока нагрузки и напряжения нанагрузке не совпадают по знаку,чемдостигается независимость Формы напряжения на нагрузке от параметровнагрузки.Особенностью данного устройстваявляется то, что оно позволяет формировать на выходе амплитудно-импульсно модулированное напряжение с нулевыми ступенями. С этой целью в пересчетный блок 5 введены дополнительные ячейки 5 и 5 , выходными сигнаНлами которых управляется блок коррекции 17. Введение в пересчетный блок5 дополнительных элементов обеспечивает "пустые" тактовые интервалы (нулевые ступени) напряжения на нагрузке (Фиг. 2 д, и), так как с них сигнал не поступает на управление тиристорами коммутатора. Однако для Формирования нулевых ступеней напряженияэтого недостаточно. Необходимо на этовремя отключить от источника первичную обмотку и закоротить ее в обоихнаправлениях. Для этой цели введенблок коррекции 17, который управляетработой блока управления предварительным инвертором 23.Рассмотрим влияние блока коррекции на работу инвертора при формировании нулевых ступеней выходного напряжения.Импульсы, поступающие с выходаэлемента 4 на вход пересчетного блока 5, приводит к последовательномупоявлению на ее выходах широких импульсов напряжения (фиг. 2 д), которыепоступают на входы основных и дополнительных элементов совпадения 6 и7. Выходы ячеек 5 и 5 подключены ко/ Ивходам элемента ИЛИ 16, выход которого подключен к инверсному входуэлемента И 18. Поэтому когда включена, например, ячейка 5 , то имеетсянапряжение (Фиг. 2 е) на инверсномвходе элемента И 18, и импульс.с выхода генератора 1 не проходит натриггер 24 который останется в прежнем положении. При этом на тиристор30 поступает импульс управления удвоенной длительности (Фиг. 2 к),в цепиуправления тиристором 3 Формируетсяпауза удвоенной длительности (фиг.2 л),а на коммутирующий тиристор 40 неподается короткий импульс управленияЬФиг. 2 а),Сигнал на инверсный вход элемента 19 подается с выхода ЙС -триггера 22, два входа которого подсоединены к выходам элементов 20, 21. Если нет сигнала на выходе элемента ИЛИ 16, то первым же импульсом с выхода элемента 2 триггер 22 будет приведен в состояние, при котором на его прямом выходе будет нулевое напряжение. В противоположное состояние триггер 22 перейдет лишь при одновременном воздействии сигнала с элементов 16 и 2. Импульсы напряжения на выходе триггера 22 показаны на Фиг. 2 ж. Эти импульсы оказываются сдвинутыми относительно импульсов, следующих с выходов ячеек 5 и 5, на время, равное разности между периодомимпульсов задающего генератора и длительностью импульсов регулятора 3. Такой сдвиг необходим для того, чтобы не пропустить импульс с выхода регулятора 3, поступающий сразу после окончания импульса на выходе ячеек 5 и 5 на вход триггера 25. Поэтому вслед за окончанием импульса, например, на(ячейке 5 на выходе триггера 22 и соответственно на инверсном входе элемента 19 имеем единичное напряжение (фиг. 2 ж), поэтому импульс,формируемый в данный момент времени по заднему Фронту регулятора 3, не прой. дет на вход триггера 25 и он останется в прежнем положении. При этом на тиристор 32 поступит импульс управления удвоенной длительности (фиг. 2 м), в цепи управления тиристором 33 формируется пауза удвоенной длительности (фиг. 2 н), а на коммутирующий тиристор 41 подается короткий импульс управления (фиг. 2 и).На выходе предварительного инвертора Формируется напряжение, показанное на Фиг. 2 о, а на нагрузке напряжение, показанное на фиг. 2 п.Таким образом, предлагаемое устройство обладает всеми достоинствами прототипа, имеет перед последним существенное преимущество, так как позволяет без усложнения силовой схемы инвертора путем формирования нулевых ступеней получать на нагрузке напряжение, имеющее существенно лучший гармонический состав.Формула изобретенияУстройство для управления тиристорным однофазным инвертором, содержащее задающий генератор, к выходу которого последовательно подсоединены первый элемент задержки, регулятор длительности импульсов и второй элемент задержки, блок управления предварительным инвертором, содержащий триггер, пересчетный блок, Оостоящкй иэ ячеек пересчета, основные и дополнительные элементы совпадения, прЮ этом вторые входы основных элементов совпадения подключены к соответствующим выходам пересчетного блока, первые их входы подключены к выходу регулятора длительности импульсов, первые входы дополнительных элементов совпадения соединены с выходами датчиков направления тока нагрузки, вторые их входы подключенысоответственно к выходам первого,второго, шестого и седьмого элементов пересчетного блока, а третьивходы подключены ко входу второгоэлемента задержки, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей,оноснабжено блоком коррекции, состоящим 15 из элемента ИЛИ, четырех элементовИ и триггера, блок управления предварительным инвертором дополнительноснабжен триггером и четырьмя элементами совпадения, пересчетный блок 2 О дополнительно снабжен двумя ячейкамипересчета, причем одна из указанныхячеек пересчета включена между первой и десятой ячейками пересчета,вторая - между пятой и шестой ячейками пересчета, вход пересчетногоблока подключен к вьходу второго элемента задержки, прямой и инверсныйвыходы триггеров блока управленияпредварительным инвертором подключены соответственно к первым выходамэлементов совпадения блока управления предварительным инвертором, вторые входы первого и второго элементов совпадения указанного блокаподключены к выходу первого элементазадержки, вторые входы третьего ичетвертого элементов совпадения указанного блока подключены к выходувторого элемента задержки, выход задающего генератора и выход регуля О тора длительности импульсов подключены к выводам для подключения коммутирующих тиристоров и соответственноко входам первого и второго триггеров блока управления предварительныминвертором соответственно через первый и вторОй элементы И блока коррекции, второй вход первого элемента И блока коррекции соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход второго элемента И блока коррекции соединенс выходом триггера упомянутого блока коррекции, два входа которого подключены к выходам третьего и четвертого элементов И блока коррекции, первые входы которых соединены с выходом55 элемента ИЛИ блока коррекции, вторые их входы соединены с выходом первого элемента задержки, а входы элементаИЛИ подключены к выходам дополнительных ячеек пересчета.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРИ( 559355, кл. Н 02 Р 13/18, 1975.2. Авторское свидетельство СССРР 517133, кл, Н 02 Р 13/18, 1974.771850 Составитель О. ПарФеноваедактор Н. Каменская Техред Н,Ковалева Корректор С. Щом нлиал ППП "Патент", г. Ужгород, уЛ. Проектная аказ 6717/70 ВНИИП но 11303