Способ управления трехфазным нулевым тиристорным выпрямителем

СОЮЗ СОВЕТСНИХссцицюпнеиипРЕСПУБЛИН ЦЕ а 1) 3 Н 02 Р 13/24 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАв ЬСТВУ К(21) 34 (22) 08 (46) 07 (72) В. ВеИвЛаз (71) Иа ние ".А (53) 62 (56) 1. В 164042 Э бъедине тво ССС1966.ентацияТЗ,машина" н ро ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТЮ ТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛ 20080/24-07(54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХфАЗНЫМНУЛЕВЫМ ТИРИСТОРНЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ, работающим на индуктивную нагрузку, заключающийся в тоМ, что выбирают значение сигнала задания, формируют иэнапряжения нагрузки сигнал обратнойсвязи, сравнивают величины перечисленных сигналов, получают сигнал рассогласования, формируют. синхроимпульсы, синхронизированные с напряжениемисточника питания, из них формируютвспомогательные сигналы, сравнивают величину сигнала рассогласования се величиной вспомогательного сигнала, по результатам сравнения формируют управляющие сигналы и распределяют их по тиристорам преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и помехоустойчивости, вспомогательные сигналы формируют в виде пар коротких разнополярньм импульсов, амплитуда которых превышает возможную величину сигнала рассогласования, управляющие сигналы формируют синхронно с вспомогательными сигналами и в моменты равенства сигнала рассогласования нулю, причем .при положитель-ной полярности сигнала рассогласования управляющий сигнал распределяютна тиристор той фазы, в момент перехода полярности напряжения которой с йоложительной на отрицательную сформи- д рован соответствующий синхроимпульс, а при отрицательной полярности сигнала рассогласования управляющий сигнал распределяют на тиристор фазы, следующей во времени.Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к области управления током индуктивных нагрузок и может быть использовано в энергетическом машиностроении, например при 5 управлении величиной тока якоря двигателей постоянного тока и тока в обмотках исполнительных электромагнитных устройств, в частности, в обмотках линейных шаговых двигателей, а в качестве устройств управления могут применяться тиристорные выпрямители.Известны фазовый, цифровой и "вертикальный" способы управления трехфазным тиристорным выпрямителем работаю щим на индуктивную нагрузку, в частности, способ управления силовым 1. -фазным шаговым двигателем,заключающийся в том, что ток в каждой иэ обмоток индуктивной нагрузки пропускают через управляемый вентиль (тиристор), формируют сигнал обратной связи, пропорциональный току в об- мотке, сравнивают сигнал обратной 1, Связи с выбранным значением сигнала задания и формируют управляющие сигналы со сдвигом по фазе, пропорциональным разности между сигналом задания и обратной связи 1, .Этот способ не обеспечивает на- ЗО дежной защиты от помех, а быстродействие ограничено параМетрами применяемой обратной связи по цепи управления каждой из фаз.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления, заключающийся в том, что на индуктивную нагрузку подают, выпрямляемое многофазное напряжение, выбирают значение сигнала задания, 4 О . формируют из напряжения нагрузки сигнал обратной связи, сравнивают величины перечисленных сигналов, получают сигнал рассогласования, усиливают и сглаживают сигнал рассогласования, формируют импульсы, синхронизированные с напряжением источника питания, от них формируют вспомогательные сигналы в виде импульсов пилообразной формы, сравнивают величину сигнала рассогласования с величиной вспомогательного сигнала по каждой из фаз, по результатам сравнения принимают решение о формировании управляющих сигналов, формируют управ ляющие сигналы и распределяют их по тиристорам преобразователя, пропуская части полуволн напряжения каждой из фаз, начиная с момента равенства сигнала рассогласования совспомогательным сигналом 2.Недостатком способа является низкое быстродействие, обусловленноенеобходимостью усиления и сглаживания сигнала рассогласования, чтовозможно лишь с опредЕленным запаздыванием сигнала во времени. Способне обеспечивает защиту от импульсныхпомех и искажения синусоидальной формы напряжения питания, так как фазаи длительность импульсов пилообразной формы при искажениях и помехах,носят случайный характер, а этовлечет нарушение режима формирова-ния импульсов, синхронизированных снапряжением источника питания.Цель изобретения - повышениебыстродействия и помехоустойчивосТИ еПоставленная цель достигается тем,что согласно способу управления трехфазным нулевым тиристорным выпрямителем, работающим на индуктивную нагрузку, заключающимся в том, что выбирают значение сигнала задания, формируют из напряжения нагрузки сигналобратной связи, сравнивают величиныперечисленных сигналов, получают сигнал рассогласования, формируют синхроимпульсы, синхронизированные с напряжением источника питания, из них формируют вспомогательные сигналы, сравнивают величину сигнала рассогласова-ния с величиной вспомогательногосигнала, порезультатам сравнения формируют управляющие сигналы и распределяют их по тиристорам преобразователя, вспомогательные сигналы формируютв виде пар коротких разнополярных импульсов, амплитуда которых превышаетвозможную величину сигнала рассогласования,Управляющие сигналы формируют синхронно с вспомогательными сигналами и в моменты равенства сигнала рассогласования нулю, причем при положительной полярности сигнала рассогласования управляющий сигнал распределяют на тиристор той фазы, в момент перехода полярности напряжения которой с положительной на отрицательную сформирован соответствующий синхроимпульс, а при отрицательной полярности сигнала рассогласования управляющий сигнал1102015 3распределяют на тиристор фазы, следующий во времени.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; реализующего предлагаемый способ, на фиг.2 и 3 - диаграммы напряжений и токов. ГУстройство представляет собой тиристорный преобразователь, управляющий током индуктивной .нагрузки 1 10 (например, обмотки линейного шагового двигателя), которая с элементом 2 обратной связи (резистором) подсоединена через многофазный ну-, левой тиристорный выпрямитель 3 к источнику 4 питания. С последним соединен генератор 5 синхронизирующих импульсов, к выходу которого подсоединены соответственно один из входов блока 6 формирования-рас пределения управляющих импульсов (например, дешифратор) и вход генератора 7 вспомогательных сигналов. Генератор 7 своим выходом соединен с о 4 ним из входов компаратора 8, второй вход которого соединен с выходом блока 9 вычитания. Один из входов блока 9 соединен с задатчиком 10, выполненным, например, в виде потенциомет, ра, а второй - с элементом 2 обратной связи. Выход компаратора 8 сое. динен с вторым входом блока 6, а его выход соединен с управляющими электродами тиристоров блока 3. Способ осуществляется следующим 35 образом.В моменты, когда напряжение в любой из фаз источника 4 питания меняет свою полярность с положительной на отрицательную, генератор 5 40 формирует импульсы, синхронизированные с напряжением питания (не обозначены). Синхронизирующие импульсы поступают на вход 67 ока 6 и на вход генератора 7, который форми рует вспомогательные сигналы в виде пар разнополярных коротких импульсов (фиг.2 а,б). Вспомогательные сигналы поступают на вход компаратора 8.Выбирают величину сигнала зада ния, пропорциональную необходимую значению тока нагрузки 1 и в блоке 9 непрерывно сравнивают ее с величиной сигнала обратной связИ, поступающего с элемента 2. Полученное значение 55 разницы - величина сигнала рассогласования поступает на вход компаратора 8, где непрерывно осуществляется сравнение величин сигнала рассогласования и величины вспомогательного сигнала. Амплитуда импульсов вспомогательного сигнала выбирается такой, что ее значение превышает максимально возможное значение сигналарассогласования. Если величина сигнала рассогласования Ор равна величине вспомогательного сигнала илибольше нее, то на выходе компаратора 8 формируется сигнал логическойединицы, а если меньше - сигнал логического нуля. В моменты, когдакомпаратор меняет свое состояниес "1" на "0", выходной сигнал скомпаратора 8 поступает на входблока 6, который формирует управляющие импульсы и распределяет ихна соответствующие тиристоры блока 3со следующей закономерностью. В интервале времени от одногодо другого отрицательного импульсавспомогательного сигнала управляющий импульс подается на тиристортой фазы, момент перехода полярностинапряжения которой от положительнойк отрицательной определяет конецотсчета указанного интервала. Допустим, что нагрузка 1 подсоединенак источнику питания - сети трехфазного напряжения 220 В, 50 Гц, омическое сопротивление нагрузки 10 Ом,а индуктивность 0,5 Гн. Предположим также, что значение тока нагрузки 1 равно нулю и напряжение обратной связи также равно нулю. Сигнална выходе компаратора 8 в этом случаезависит только от напряжения вспомогательного сигнала. В моменты поступления на вход компаратора 8 положительных импульсов вспомогательного сигнала от генератора 7,компаратор 8 переходит из состояния "1" в "0", а по окончании этихимпульсов возвращается в состояние1. На выходе блока 6 формируютсяуправляющие импульсы, однако тиристоры блока 3 от импульсов не открываются, так как напряжения соответствующих фаз при этом равны нулю.Наибольшее среднее значение напряжения, которое может быть приложено кнагрузке 1 при реализации способа,определяется моментом перехода черезнуль напряжения предыдущей фазы,то есть открытием каждого из тирис-торов блока 3 в фазе 60=180 эл.град.Для трехфазной нулевой схемы вклю1102015 5чения нагрузки 1 к источнику 4питания 22 ОВ это среднее значениенапряжения равно 225 или -225 В.Пусть, в момент, соответствующей точке с (Фиг.2 и 3), напряжения на задатчике 10 - 0 становит 3ся равным 0 " 11.,25 В.Ток нагрузки 1 и напряжение обратной связи О,.на выходе элемента 2 в этот моментравны нулю, компаратор 8 переходит Оиз состояния "1" в "О", сигнал с компаратора 8 поступает на вход блока 6.На управляющий электрод тиристорафазы С блока 3 подается отпирающий .импульс, ток нагрузки 1 начинает расти (фиг.2 г). При нарастаниитоканагрузки величина среднего напря,жения на нагрузке является максимальной (для преобразователя, реализующего способ, она равна 225 В). В момент, соответствующей точке р, (фиг.2)при поступлении первого после точкис(, отрицательного импульса вспомогательного сигнала компаратор 8 ме"няет свое состояние с "О" на ", азатем возвращается в "0". При этомна тиристор фазы А блока 3 подаетсяотпирающий импульс, тиристор Фазы Сзакрывается, так как напряжение наего аноде в этот момент ниже, чемна аноде открывшегося тиристорафазы А. Тиристор Фазы А открыт домОмента, соответствующего точке(Фиг.2 г), когда на вход блока 8 снова проходит отрицательный импульсвспомогательного сигнала, отчего ком 35паратор 8 меняет свое состояние с"0" на " 1", а затем возвращается110На тиристор фазы В подается отпи 40рающий импульс, тиристор фазы В проводит ток до прихода на вход блока 8следующего отрицательного импульсавспомогательного сигнала и т.д.Ток в нагрузке 1 продолжает нарастать,45"отпирание-запирание тиристоров продолжается, пока напряжение обратнойсвязи и напряжение на задатчике 10не сравняются по величине. Это происходит в момент, соответствующийточке Д (фиг.2 г,д), где компараторменяет свое состояние с "0" на "1".Процесс нарастания тока нагрузки дозаданного значения, Э = 11,25 А про-должается около 35 Мс (фиг.2 г, и Зв).В момент, соответствующий точке Д , открыт тиристор Фазы В,ток нагрузки продолжает нарастать,В момент прохождения положительного импульса вспомогательного сигнала,т.е. соответствующий точке, компаратор 8 переходит в состояние"0" и обратно в "1". С блока 6 на открытый тиристор фазы В блока 3 поступает управляющий импульс, но на работу тиристора это влияния не оказывает. В отрицательной части полуволнынапряжения фазы В ток проходит в источник 4 питания - сеть переменноготока за счет энергии, накопленной индуктивностью нагрузки, при этом токнагрузки уменьшается, соответственноуменьшается напряжение обратной связи на элементе 2. Наступает момент,соответствующий точке, когдакомпаратор 8 переходит в состояние"0". На тиристор Фазы С блока 3 подается отпирающий импульс, одноврецменно с отпиранием тиристора фазы Сзакрывается тиристор фазы В, так какнапряжение на его аноде в этот момент ниже, чем на аноде тиристо"ра фазы С,До точки 3 процесс отпирания-эапирания тиристоров осуществляетсяв последовательности, соответствующей описанию работы на участке Д-(Фиг.2 г,д). Ток нагрузки 1 колеблется около среднего значения 11,25 А,среднее напряжение на нагрузке 1при этом равно 112,5 В.Пусть в момент,. соответствующийточке и (фиг.2 в,и Зв); напряжениена задатчике 10 принимает значениеОз = 5 В. Пусть, в этот момент открыт тиристор фазы В. При прохождении первого после точкиположительного импульса вспомогательногосигнала с генератора 7 компаратор 8переходит из состояния "1" в "0" иобратно в "1". С блока 6 на открытыйтиристор фазы В поступает управляющий импульс, но это не влияет на работу упомянутого тиристора. При отрицательном напряжении Фазы В через тиристор идет ток нагрузки 1, осуществляется процесс рекуперации энергиив источник 4 питания. Ток нагруз"ки 1 уменьшается и соответственноуменьшается значение 0 на . элеменФ,те 2 обратной связи. При прохождении второго после точкиположительного импульса вспомогательного сигнала, в момент, соответствующий точке "0", компаратор 8 переходит из состояния "1" в "0" и обратно в "1". На тиристор110201 фазы С подается открывающий его импульс, тиристор фазы В при этом закрывается, так как напряжение на его аноде ниже, чем на аноде тиристора фазы С. Процесс рекуперации 5 энергии в источник 4 питания продолжается, ток нагрузки 1 уменьшается. В процессе уменьшения среднего,значения тока нагрузки 1 от Эн = 11,25 А до Эн = 2,25 А, в течение .14,5 Мс,нк нагрузке приложено максимально возможное среднее значение напряжения -225 В (фиг.3 б,в). В момент, соответствующий точке 1, напряжение 00 становится равным напряжению 15ОСна выходе задатчика 1 О, компаратор 8 переходит из состояния "1" в "О 1 ф,На тиристор фазы А подается открывающий его импульс, ток нагрузки 1 начинает нарастать,компаратор 8 переходит20 из состояния "О" в "1" и т.д. аналогично участку Ь"1 (фиг.2 г), Средний ток нагрузки Эн2,25 А, к нагрузгке приложено среднее напряжение 22,5 В.Характерно, что время задержки1 отпирающих импульсов относительно, соответствующих синхронизирующих сигналов в установившемся режиме тем больше, чем меньше величина заданного тока нагрузки. 30Процесс поддержания значения тока нагрузки продолжается до момен 5 8та, соответствующего точке фкогца напряжение на задатчике 1 О становится раиным нулю, в этот моментоткрыт Фиристор фазы А блока 3, осу"ществляется процесс рекуперации энергии. Ток нагрузки уменьшается донуля в течение 5,б мкс. При этом кнагрузке 1 приложено среднеенапряжение -225 В. В дальнейшем, управляющие импульсы приходят на тиристорыблока 3 в моменты, когда напряжениев соответствующих фазах источника 4равно нулю и поэтому тиристоры неотпираются,Предлагаемый способ, в основу которого положен "вертикаль ный", в то же время лишен его недостатков.Повышается быстродеиствие, так как отпадает необходимость в усилении и сглаживании сигнала рассогласования, повышается помехоустойчивость, так как при реализации предлагаемого способа в переходных режимах умень" шениа-увеличения тока нагрузки сигналы помех приводят только к дублированию отпирающих импульсов, а в ус" тановившемся режиме моменты формирования отпирающих импульсов не зависят от характера напряжения источ,ника питания.1102015 Составитель В,ЖмурТехред Л. Коцюбня едактор Н. Яцо рректор.М, Демч Заказ 4780 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна Тираж 667 ВНИИПИ Государственного .к по делам изобретений и от 113035, Москва, Ж, Рау Подписимитета СССРрытнйская наб., д. 4