Способ управления многофазным тиристорным преобразователем и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р 1-688979 Союз Советских Социалистических Республик) Заявлено 03.05.77 (21) 2481017 51) М. Кл.зН 02 Р 13/ присоединением заявкиСССР по делам изобретен и открытий) Авторы изобретения А. Ск . П. Н ник, В. ф. Егоркинасов А. Пимен 711) Заявитель НИЯ МНОГОфАЗНЫМ ВАТЕЛЕМ И УСТРОЙСТВОЩЕСТВЛЕНИЯ 1Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в системах управления многофазными тиристорными преобразователями частоты с непосредственной связью. 5Известен способ управления многофазным тиристорным преобразователем, использующий суммирование развертывающих синусоидальных напряжений фаз В и С с последующим их суммированием по 10 вертикальному принципу с регулируемым по величине постоянным напряжением смещения 1. Этот способ позволяет получить прямоугольные ограничивающие импульсы регулируемой ширины, накладываемые на 15 развертывающие синусоидальные напряжения.Ширина ограничивающих импульсов регулируется изменением напряжения смещения, при этом диапазон управления ограни чивается симметрично с двух сторон.Недостатком данного способа является то, что при уровне напряжения смещения, равном нулю, ограничивающие импульсы не формируются. 25Ограничивающие импульсы необходимо усиливать минимум до двухкратной величины развертывающего напряжения.Основной недостаток - возможность формирования ложных импульсов на нерабо- ЗО сУдаРственный комитет (23) Приоритет(54) СПОСОБ УПРАВ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБР ДЛЯ ЕГО ОСчих участках развертывающих синусоидальных напряжений при большой скорости изменения сигнала управления как в выпрямительном, так и в интерторном режиме, что приводит к прорыву инвертора.Наиболее близким техническим решением к изобретению являются способ управления многофазным тиристорным преобразователем 21 с суммированием по вертикальному принципу развертывающих синусоидальных напряжений и регулируемого постоянного напряжения смещения при формировании импульсов ограничения предельных углов регулирования преобразователя и устройство для его осуществления, содержащее для каждой фазы фазосмещающий мост, сдвигающий развертывающее спнусоидальное напряжение на 90 эл. град., выход моста соединен со входом формирователя прямоугольного напряжения, к которому подключен регулируемьш источник постоянного напряжения смещения, выход формирователя связан с дпфференцирующей КС-цепочкой, последняя, в свою очередь, соединена через диод, включенный в обратном направлении, с инвертпрующим входом выходного усилителя, и через другой диод, включенный в прямом направлении, с эмиттерным повторителем, при этом выход инвертпрующего усилителя связан совходами и,вторых каскадов двухкаскадных усилителей, подключенных к выходам фазосмещающих устройствпреобразователя, а выход эмиттерного повторителя соединен с входами апервых каскадов двух- каскадных усилителей. Устройство, реализующее этот способ, формирует узкие импульсы, которые служат для ограничения предельных углов регулирования преобразователя.Недостатком данного технического решения является то, что оно не обеспечивает адежой работы преобразователя при скорости изменения сигнала управления превышающей скорость изменения развертывающего напряжения, так как в системе управления не исключается формирование ложных импульсов на нерабочих участках развертывающих синусоидальных напряжений, которые являются причиной аварийных режимов (прорывов инвертора) преобразователя.Целью изобретения является повышение надежности преобразователя за счет исключения формирования ложных импульсов на нерабочих участках развертывающих синусоидальных напряжений при большой скорости изменения сигналов управления,Поставленная цель достигается тем, что фазные и противофазные развертывающие синусоидальные напряжения после суммирования с регулируемым постоянным напряжением смещения инвертируют и формируют с частотой упомянутых развертывающих напряжений переменные прямоугольные напряжения, из отрицательных значений которых формируют положительные прямоугольные импульсы длительностью от 2 л/3 до л, с помощью последних запрещают формирование ложных управляющих импульсов на нерабочих участках развертывающих синусоидальных напряжений, задние фронты импульсов, сформированных из фазных развертывающих напряжений, используют для ограничения предельных углов регулирования по а; в выпрямительном режиме для четных каналов преобразователя, а передние - для ограничения по ата., в инверторном режиме для нечетных каналов преобразователя, при этом передние фронты импульсов, сформированных из противофазных развертывающихся напряжений, используют для ограничения предельных углов регулирования по а;, в выпрямительном режиме для нечетных каналов преобразователя, а задние - для четных каналов по атах в инверторном режиме, причем при изменении диапазона регулирования преобразователя от 2 л/3 до л длительность ограничивающих импульсов соответственно изменяют от л до 2 л/3, где а - предельный угол регулирования по минимуму, атах - по максимуму.Устройство для осуществления способа,5 о 5 20 25 зо 35 1 О 5 50 ао 6 д 4содержащее формирователи фазных и противофазных развертывающих синусоидальных напряжений, регулируемый источник постоянного напряжения смещения, выход которого подключен ко входам формирователей прямоугольного напряжения, и выходные каскады, выходы которых связаны со Входам Овп Р (хтах двухкаскадных усилителей четных и нечетных каналов преобразователя, снабжено инвертирующими усилителями, при этом входы трех нечетных формирователей прямоугольного напряжения непосредственно подключены к выходам формирователей фазных развертывающих напряжений, а входы трех четных формирователей прямоугольного напряжения связаны с выходами формирователей противофазных развертывающих напряжений, причем выходы нечетных формирователей прямоугольного напряжения соединены через инвертирующие усилители и выходные каскады со входами а, двух- каскадных усилителей четных каналов и - со входами а усилителей нечетных каналов преобразователя, выходы четных формирователей прямоугольного напряжения - со входами аш, двухкаскадных усилителей нечетных каналов и входами атах усилителей четных каналов преобразователя.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для осуществления способа; на фиг, 2 - схема одного канала устройства; на фиг. 3 - схема одного канала фазосмещающего устройства преобразователя; на фиг. 4 и 5 - временные потенциальные диаграммы, поясняющие способ.Способ управления много фазным тиристорным преобразователем заключается в том, что из развертывающих синхронизирующих напряжений формируют прямоугольные положительные импульсы длительностью 2 л/3 - л. Эти импульсы служат для введения запрета на формирование ложных импульсов на нерабочих участках развертывающих синусоидальных напряжений и для ограничения предельных углов регулирования преобразователя в выпря мительном по ао;и) и в инверторном (по ата) режимах. Задние фронты импульсов, сформированных из фазных развертывающих напряжений, используют для ограничения предельных углов регулирования по ао, в выпрямительном режиме длячетныхканалов преобразователя, а передние для ограничения по атах в инверторном режиме для нечетных каналов преобразователя. Передние фронты импульсов, сформированных из противофазных развертывающих напряжений, используют для ограничения предельных углов регулирования по а, в выпрямительном режиме для нечетных каналов преобразователя, а задниедля четных каналов по аш в инверторном рекме.Для изменения диапазона регулирования5преобразователя зону запрета, создаваемуо упомянутыми выше импульсами ограничения, расширяют или уменьшают.При уровне постоянного напряжения смещения равном нулю длительность ограничивающих импульсов составляет л, а диапазон регулирования преобразователя составляет 27/3. Если необходимый диапазон регулирования 27/3, длительность ограничивающих импульсов равна 7 (при этом постоянное напряжение смещения не равно нулю).На чертежах приняты следуюцие обозначения: 1 - формирователи фазных развертывающих напряжений; 2 - формирователи противофазных развертывающих напряжений; 3 - регулируемый источник постоянного напряжения смещения; 4 - 9 - формирователи прямоугольного напряжения, выполненные на операционных усилителях К 1 УТ 401 Б; 10 - 15 - инвертирующне усилители; 16 - 21 - выходные каскады; 22, - 22 - фазосмещаюшие блоки устройства управления; 22 - 23 - двух- каскадные усилители 24 - 24 - одновибраторы, формирующие длительность управляющего импульса; 25 - предварительные усилители системы управления преобразователя; +11 п - 1 А - источники питания; У, - НаПряжЕНИЕ СМЕщЕНня; .вх 23, -- С/вх 23 п - ВХОДНЫЕ СИГНВЛЫ Опах, ПОСТУПаюшие на первые каскады двухкаскадных усилителей 23, - 23 четных и нечетных каР налОВ пРеобРазОВателя; Увх 23, - 1-вх 23 входные сигналы аии, поступающие на вторые каскады двухкаскадных усилителей 23, - 23 четных и нечетных каналов преобразователя; 26, 27 - транзисторы соответственно первого и второго каскадов двухкаскадного усилителя; 28,29 - диффе- РЕНЦИРУЮЩаЯ ЦЕПОЧКа; Увых 46 (Уаап 2, ЦатахЗ) - сигналы ограничения для второго канала ПО Пии И ТРЕТЬЕГО КВНаЛа ПО Стах, /вых 17 (УхтпЗ 7 хаах 4) - сиГналы ОГраничении третьего канала по аии и четвертого - по Опах 7 вых 18 (УХвп 4 Апах 5) - СИГ. налы ограничения четвертого канала поХии И ПЯТОГО - ПО Ипах,живых 9 (7 хап 5 вахб) - сигналы ограничения для пятого каналаПО йии И ШЕСТОГО - ПО Саах, Увых 20 (У"ипбУпах ) - сигналы ограничения шестого канала по аии и первого по апах, 7 вых 21 РХап 1УХаах 2) - СИГНВЛЫ ОГраНИЧЕНИя ПЕРВОГО КаНаЛа ПО ап 11 п И ВтсрОГО - ПО Спах; /у /у Ух Уу, БуЧ - УПРаВЛЯ- ющие напряжения; У 22, - сигналы на выходе фазосмещаюшего устройства первого канала преобразователя; 024, - импульс на выходе одновибратора; 028 - сигнал на коллекторе транзистора 26; 027 - сигнална коллекторе транзистора 27; 028 029 импульсы дифференцирующей цепочки 28,29.Устройство для осуществления способа 6содержит шесть формирователей прямоугольного напряжения 4 - 9 (фиг. 1), входы которых подключены к выходу регулируемого источника постоянного напряжения смещения 3, входы формирователей 4, 6, 8 подключены к выходам формирователей фазных развертывающих напряжений 1, а входы формирователей 5, 7, 9 связаны с выходами формирователей противо фазных развертывающих напряжений 2, выходы формирователей 4, 6, 8 соединены с входами инвертирующих усилителей 10, 12, 14, выходы которых через эмиттерные повторители 16, 18, 20 (выходные каскады) связаны с входами первых каскадов двухкаскадных усилителей 23 - 23 четных каналов и входами вторых каскадов усилителей 23, - 23 п нечетных каналов преобразовате. ля, выходы формирователей прямоугольного напряжения 5, 7, 9 подключены к выходам инвертирующих усилителей 11, 13, 15, выходы последних через эмнттерные повторители 17, 19, 21 связаны со входами вторых каскадов усилителей 23, - 23 нечетных каналов и входами первых каскадов усилителей 23, - 23 четных каналов преобразователя.Выходы усилителей связаны со входамиформирователей длительности 24, - 24, З 0 сигналы с которых поступают к предварительным усилителям 25 преобразователя.Устройство работает счедуюшим образом.На входы формирователей прямоугольноЗ 5 го напряжения 4 - 9 поступаютразвертывающие синусопдальные напряжения (фиг. 4,а), на выходах которых формируются переменные прямоугольные напряжения (фиг. 4,6 - ж), отрицательные значения 40 этих напряжений инвертируются инверторами 10 - 15 (фиг. 1), сигналы с выходов последних включают эмиттерные повторители 16 - 21. Положительные импульсы с выходных каскадов (фиг. 4,з - н) вводятся 45 в соответствующие каналы системы управления через двухкаскадные усилители 231 - 23 п, подключенные на выходах фазосмещающих устройств 22, - 22 преобразователя (фиг, 3). Устройство формирует им пульсы запрета и ограничения предельныхуглов регулирования преобразователя для всего преобразователя, имеющего п каналов управления.ПРИ ЭТОМ ИМПУЛЬСЫ Увых 16 - Увых 21 55 помимо запрета формирования ложных импульсов на нерабочих участках развертывающих синусоидальных напряжений, выполняют одновременно функции ограничения предельных углов регулирования соот ветствующих каналов преобразователя какпо минимуму апи, так и по максимуму апах (фиг 43 - н)Рассмотрим работу устройства в моментвремени 19 - 3 и при напряжении смеще НИЯ - Усом=0 На ПРИМЕРЕ ЧаСтИ СХЕМЬ, 68897965 7включающей в себя элементы 4, 10, 1 б (фиг. 2, фиг. 4), На вход формирователя 4 подается положительное напряжение УА (фиг. 4,а). Так как напряжение УА подается на инвертирующий вход формировате 1 я 4, то на его выходе снимаем инверсный сигнал (фиг. 4,б), запирающий инвертирующий усилитель 10 и открывающий эмиттерный повторитель 16, с выхода которого вых 1 б СНИМаЕтСЯ ПОЛОжнтЕЛЬНЫй ИМПУЛЬС длительностью д, используемый для ограничения второго канала преобразователя ПО аии И ТРЕТЬЕГО КаНаЛа ПО йгпахДля иллюстрации работы устройства рассмотрим, как вводятся импульсы ограничения и запрета в первый канал преобразователя (фиг. 3).Импульс по минимуму ап 1 п для первого КакаЛа СНИМаЕтСЯ С ВЫХОДа У,х 1 б УСтРОйства (фиг. 1, фиг. 4,н), а по максимуму (1 пах - С ВЫХода Увых 20 (фИГ. 4,М).Рассмотрим работу системы управления В момент времени, когда преобразователь работает в выпрямительном режиме, например в момент времени 4 - 12.ПРИ ЭТОМ ИМПУЛЬС С ВЫХОДЯ Свых 1 б УСТ- ройства апи (фиг. 4,н), подается на вход Увх 23, (Опп) ДВУхКаскадного УСИЛИТЕЛЯ 23, (фиг. 1, фиг. 3), установленного на выходе фазосмещающего устройства 22, преобразователя. Этот импульс откроет второй транзистор усилителя 23 Пока этот транзистор открыт импульсом ап ин производится блокировка фазосмещающего устройства 22, (его включение не приводит к формированию управляющих импульсов). Например, при уровне напряжения уравления равном У, и (фиг. 5,а) фор мируется на выходе фазосмещающего устройства 22, отрицательный импульс Уггкоторый попадает в зону действия импульса аип и, следовательно, будет запрещен (пунктир на фиг. 5,б).Действительно импульс подается на первый каскад усилителя 23, и он должен открыться, что, в свою очередь, должно обеспечить формирование управляющего импульса на выходе двухкаскадпого усилителя 231, однако транзистор второго каскада усилителя 23 уже открыт ранее импульсом Овп И ПОЭТОМУ ИМПУЛЬС Угг НИКаКОГО ВЛИЯ- ния на работу системы управления не оказывает.Но после закрытия транзистора в усилителе 23, (окончание действия импульса апи) от его заднего фронта (фиг. 5,г) формируется импульс 028, 29 (фиг. 5,ж), который формируется одновибратором 24 по длительности (пунктирная линия на фиг. 5,з) и поступает в систему управления преобразователем, осуществляя его работу на заданном уровне ограничения,Как видно из временных диаграмм(фиг. 5) импульс, сформированный от зад 1 О 15 20 25 30 3 О -1 О 45 50 50 60 8него фронта апи будет иметь место и при отсутствии импульсов с блока 22 (фиг, 3).При напряжении управления равном Уу на Выходе фазосмещающего устройства 22, формируется отрицательный импульс Угг, (сплошная линия на фиг, 5,б). Транзистор первого каскада усилителя 23, закрывается (сплошная линия на фиг. 5,д), а транзистор второго каскада открываетсяимпульс его дифференцируется дифференцирующей цепочкой 28, 29 с которой снимается импульс У 28,29 (сплошная линия на фиг, 5,ж), запускающий одновибратор 241, на выходеформируется мульс 028,29 (сплошная линия на фиг. 5,з) и в систему управления преобразователем поступает управляющий импульс.Рассмотрим работу устройства в момент времени 18 - 12, когда преобразователь работает в инверторном режиме.При этом импульс с выхода устройства (фИГ. 1) выхгб (9 ИаХ 1) фИГ. 4,М (ПОдаЕтея На Увх 23, (Оп 1 ах 11 ДВУХКЯСКЯДНОГО УСИЛИТЕ- ля 23, (фиг. 1, фиг. 3).При напряжении управления равном У щ (фиг. 5,к) на выходе блока 22, формируется отрицательный импульс Угг, (фиг. 5,л), который запирает транзистор первого каскада, а транзистор второго открывает, импульс его 027 (фиг. 5,п) дифференцируется дифференцирующей цепочкой 28, 29 и на одновибратор 24, поступает импульс 028,29 (фиг. 5,р), который формируется по длительности, и в систему управления поступает импульс 024, (сплошная линия на фиг. 5,с).При напряжении управления равном У 1 ч на выходе фазосмещающего устройства 22 формируется импульс Угг, (пунктирная линия на фиг. 5,л). Отрицательная часть этого импульса никакого воздействия на схему пе производит, а переход этого импульса к положительному. значению также ничего не изменяет, так как транзистор первого каскада усилителя 23, ранее был открыт импульсом Е/ввхго (фиг. 3,4).Таким образом, импульс с устройства 22 никакого воздействия на схему, не оказывает, так как находится в зоне действия имПУЛЬСа УвхгЗ, (г вх, ) От ПЕРЕДНЕГО ФРОН- та которого формрется импльс 028,29 (пунктнрная линия на фиг. 5,р), ограничиваюпцй диапазон регулирования по апах Из временных диаграмм (фиг, 5,к - с) видно, что этот импульс будет формироваться н при отсутствии напряжения управления и будет выполнять роль управляющего импульса на заданном уровне ограничения предельного угла регулирования по апах. При изменении уровня напряжения смещения - Увдлительность импульсов ограничения будет одновременно и идентично изменяться во всех каналах преобразователя и, следовательно, также будет изме 688979 10няться разрешаемый диапазон регулирования преобразователя,Учитывая, что диапазон регулирования преобразователя практически изменяется в пределах от 120 эл. град (2 л/3) до 180 эл. 5 град (л), то длительность импульсов ограничения должна соответственно изменяться от 180 эл. град л до 120 эл. град (2 л/3).Реализация изобретения в системах управления многофазными тиристорными преобразователями, имеющих синусоидальные развертывающие напряжения и скорость управляющих сигналов, превышающую в некоторых режимах скорость упомянутых развертывающих напряжений, позволяет повысить надежность частотно-управляемых электроприводов, так как исключает возможность формирования ложных импульсов на нерабочих участках развертывающих синусоидальных напряжений.20формул а изобретени я1, Способ управления многофазным тиристорным преобразователем с суммированием по вертикальному принципу фазных и 2 д противофазных развертывающих синусоидальных напряжений и регулируемого постоянного напряжения смещения при формировании импульсов ограничения предельных углов регулирования преобразователя, З 0 отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы за счет исключения формирования ложных импульсов при большой скорости изменения сигналов управления, фазные и противофазные Зд развертывающие синусоидальные напряжения после суммирования с регулируемым постоянным напряжением смещения инвертируют и формируют с частотой упомянутых развертывающих напряжений перемен ные прямоугольные напряжения, из отрицательных значений которых формируют положительные прямоугольные импульсы длительностью от 2 л/3 до л, с помощью последних запрещают формирование ложных 45 управляющих импульсов на нерабочих участках развертывающих синусоидальных напряжений, задние фронты импульсов, сформированных из фазных развертывающих напряжений, используют для ограни- д 0 чения предельных углов регулирования по а,п; в выпрямительном режиме для четных каналов преобразователя, а передние для ограничения по явах В инверторном режиме для нечетных каналов преобразователя, при этом передние фронты импульсов, сформированных из противофазных развертывающих напряжений, используют для ограничения предельных углов регулирования по ап 1 п 1 в выпрямительном режиме для нечетных каналов преобразователя, а задние - для четных каналов по ц,пах В инверторном режиме, причем при изменении диапазона регулирования преобразователя от 2 л/3 до л длительность ограничивающих импульсов соответственно изменяют от л до 2 л/3, где ап 1;, предельный угол регулирования по минимуму, ап 1 а - по максимуму.2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее формирователи фазных и противофазных развертывающих синусоидальных напряжений, регулируемый источник постоянного напряжения смещения, выход которого подключен ко входам формирователей прямоугольного напряжения, и выходные каскады, выходы последнихсвязаны с входами ап 1 л и а,па, двухкаскадных усилителей четных и нечетных каналов преобразователя, отличающееся тем, что оно снабжено инвертирующими усилителями, при этом входы трех нечетных формирователей прямоугольного напряжения непосредственно подключены к выходам формирователей фазных развертывающих напряжений, а входы трех четных формирователей прямоугольного напряжения связаны с выходами формирователей противофазных развертывающих напряжений, выходы нечетных формирователей прямоугольного напряжения соединены через инвертирующие усилители и выходные каскады со входами ап 1;, двухкаскадных усилителей четных каналов и со входами а 11 усилителей нечетных каналов преобразователя, выходы четных формирователей прямоугольного напряжения - со входами а,п 1 двух- каскадных усилителей нечетных каналов и входами ап 1 усилителей четных каналов преобразователя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР261549, кл, Н 02 Р 13/16, 1970.2. Авторское свидетельство СССР508891, кл. Н 02 Р 13/16, 1976.688979 бых Ф ых. 7 ых ивы иуг иув ихт гйт иг О гбд иг их/вА, их 14 б В ибых Х г ибых. ивык.гь вых и ивых гв д вых.г Вых 2йс з л ис ию иА ис бв их гс ив К