Датчик напряжения однофазного тиристорного преобразователя

72) Авторы изобретения Н. Анисимов, Н.И. Бузов и Лазарева Всесоюзныйконструкторэлектроприв чыо"исследовательский и проектй институт по автоматизирован в промышленности, сельском хо на транспорте 7) Заявитель 5 Й) ДАТЧИК НАПРЯИЕНИЯ ОДНОФАЗНОГ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ Изобретение относится к измерению электрических величин и может быть применено в тиристорной преобразовательной технике в качестве источника сигнала для систем регулирования.Известен датчик напряжения, содержащий два последовательно соединенных блока усиления, каждый из которых состоит из модулятора, усилителя переменного напряжения, демодулятора и цепи обратной связи, генератора прямоугольного напряжения, соединенного с управляющими входами модуляторов, удвоителя частоты, вход которого соединен с выходом генератора прямоугольного напряжения, а выход - с управляющими входами демодуляторов, и блок питания, соединенный с усилителями переменного напряжения, генератором прямоугольного напряжения и удвоителем частоты. Датчик напряжения может быть использован при измерении напряжения одноФазного тиристорного преобразователя1 3 2Однако этот датчик характеризуется сложностью, обусловленной необходимостью гальванического разделе"ния потенциалов входной и выходнойцепей, и как следствие этого недостаточной надежностью.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсядатчик напряжения тиристорного преобразователя, содержащий последовательно включенные узел модуляции,узел гальванического разделений потенциалов и узел демодуляции, атакже генератор высокой частоты, соединенный с управляющими входами узлов модуляции и демодуляции. Датчикработает по принципу преобразованияпостоянного по уровню сигнала в пропорциональный ему переменный сигнал 20с последующим трансФормированием идемодуляцией его на выходе, Иодуляция и демодуляция сигнала выполняются ключевыми элементами, которые управляются коммутирующим напряжением3 9742от генератора высокой частоты. Разделительным элементом датчика является трансформатор 23.Недостатками известного устройства являются его сложность и низкаянадежность, обусловленная наличиемгенератора высокой частоты, связанного с высоким потенциалом силовойцепи,Цель изобретения - упрощение 1 Оконструкции и повышение надежности.Поставленная цель достигается тем,что в датчике напряжения однофазноготиристорного преобразователя, содержащем последовательно включенные 15узел гальванического разделения потенциалов и узел демодуляции, узелгальванического разделения потенциалов выполнен в виде последова тельно соединенных трансформатора, щпоследовательно с первичной обмоткойкоторого включен резистор, и интегратора, а узел демодуляции выполненна ключевом элементе, включенном вцепь обратной связи интегратора, и 25сумматоре, первый вход которого соединен с выходом интегратора, а второйвход соединен с дополнительно введенной вторицной обмоткой сетевого трансФорматора однофазного тиристорного Мпреобразователя, причем управляющийвход ключевого элемента соединен с дополнительно введенной вторичной обмоткой импульсного трансформаторасистемы импульсного управления однофазным тиристорным преобразователем.На Фиг.показана принципиальнаяэлектрическая схема устройства; нафиг. 2 - диаграммы изменения во времени входных и выходных сигналов наэлементах устройства при непрерывномтоке однофазного тиристорного преобразователя; на фиг, 3 - изменение еовремени входных и выходных сигналовна элементах устройства при прерывистом токе однофазного тиристорногопреобразователя,Датчик напряжения однофазного тиристорного преобразователя содержитузел 1 гальванического разделения,состоящий из трансформатора 2, ре 50зистора 3 и интегратора 4, и узел 5демодуляции, состоящйй из клюцЕвогоэлемента 6 и сумматора 7 Причемпервичная обмотка трансформатора 2узла 1 гальванического разделенияпотенциалов через резистор 3 подключена параллельно тиристору 8 однофазного тиристорного преобразовате 83ля 9, первый вход сумматора 7 соединен с выходом интегратора 4, его второй вход соеДинен со вторичной обмоткой сетевого трансформатора 1 О,а управляющий вход ключевого элемента 6, включенного в обратную связьинтегратора 4, соединен со вторичнойобмоткой импульсного трансформатора 1 1.Датчик содержит также тиристоры12-14, систему 15 импульсного управления и двигатель 16,Датчик напряжения однофазного тиристорного преобразователя работаетследующим образом.В режиме непрерывного тока тиристорного преобразователя выпрямленноенапряжение О (Фиг. 2) на выходе однофазного преобразователя без учетакоммутации складывается из отрезковсинусоид, сдвинутых по Фазе на 800.Причем переход с одной синусоиды надругую соответствует моменту включения пары тиристоров 8 и 12 или 13и 14. Во время вклюцения очереднойпары тиристоров, например 13 и 14,на тиристорах другой Нары, находящихся в запертом состоянии, возникает напряжение От (фиг. 2). Присмене пар тиристоров аналогичное напряжение возникает на ранее включенной паре. В период проводимости напряжение на тиристорах близко к нулевому значению и составляет доливольта. Напряжение на тиристоре содержит информацию о напряжении преобразователя, но в измененном виде.Напряжение преобразователя промодулировано вследствие переключения тиристора из проводящего в непроводящеесостояние и обратно. Трансформатор 2 узла гальванического разделения потенциалов (фиг. 1), включенный первичной обмоткой через резистор 3 на напряжение От (фиг.2), производит операцию дифференцирования и сигнал О(фиг. 2) на вторичной обмотке трансформатора 2 представляет собой производную сигнала От.Далее сигнал О подается на интегратор 4 (фиг1), и на выходе интегратора 4 формируется сигнал Оч, представляющий собой восстановленный сигнал От, но уже разделенный гальва 3ницески трансформатором 2 узла 1 гальванического разделения потенциалов с силовой целью однофазного тиристорного преобразователя.На сумматоре 7 производится сложение сигнала Оч и сигнала, соответствующего половине напряжения сети со знаком, противоположным знаку От, В результате сложения восстанавливается форма и величина напряжения преобразователя в масштабе, соответствующем вышеприведенной формуле (1). На участке, где проводит одна из пар тиристоров, сложение сиг. налов происходит, как было описано выше для режима непрерывного тока.На участках, где не проводит ни один из тиристоров, складываются 5 , 9742Назначение ключевого элемента 6Ориг. 1) состоит в том, чтобы устанавливать нулевые начальные условияна интеграторе перед каждым цикломзапирания тиристора, что обеспечи- Звает точное воспроизведение измеряемого напряжения, С этой целью ключевой элемент 6, закорачивающий емкость интегратора, управляется отимпульса включения тиристора, парал лельно которому подключен трансформатор 2 узла гальванического разделения потенциалов (фиг. 1).Сигнал на управление ключевым элементом снимается с импульсного транс форматора 11 системы импульсного упра вления 15.Полное восстановление формы и величины напряжения тиристорного преобразователя выполняется при помощи 20сумматора 7 (фиг. 1), которым складываются сигнал Оч и сигнал, пропорциональный напряжению сети Ос (Фиг. 2).Сигнал О устанавливается с учетом масштабов в два раза меньшим по ампли туде сигнала Оч, а по знаку противоположным Оч в периоды, когда Оц отличается от нуля. Поэтому при сумми;ровании и те полупериоды, когда Оцравно нулю, сумматор выдает значение, 30соответствующее половине синусоидысети одного знака, а во второй полу- период происходит вычитание сигналаОс из От, что в результате соответствует на выходе сумматора половиненапряжения сети другого знака.Таким образом, результирующий сигнал О 1 на выходе сумматора 7 полностью воспроизводит напряжение однофазного тиристорного преобразовате . ля в масштабе, связанном с постоянной интегрирования Т интегратора 4, коэфФициентом дифференцирования трансформатора 2 и масштабным коэффициентом сумматора К т соотношениемО = О - К1 22 Ти(1)В режиме прерывистого тока выпрямленное напряжение однофазного тиристорного преобразователя О (фиг.3) складывается из участков синусоид, когда проводит одна из пар тиристоров 8 и 12 или 13 и 14 и из участков, когда ток через нагрузку прерывается и ни один из тиристоров не 5 открыт, При этом напряжение на выходных клеммах преобразователя равно ЭДС двигателя 16. Благодаря механической инерции электропривода скорость двигателя не успевает заметно измениться в течение времени прерывания тока и эти участки близки к прямым горизонтальным линиям.Включение очередной пары тирмсто. ров вызывает появление тока, а затем, вследствие малой нагрузки, ток прерывается до включения следующеи пары тиристоров.Напряжение на тиристоре 8 в режиме прерывистого тока О т.(фиг. 3) повторяет синусоиду сети, когда вклочена и проводит пара тиристоров 13 и 14. Во время прерывания тока напряжение равно алгебраической сумме половины ЭДС двигателя и половины напряжения сети, поскольку резисторы, выравнивающие падение напряжений на тиристорах делят приложенные к тиристорам напряжения пополам.На следующем по времени участке, когда включены тиристоры 12 и 8, напряжение на тиристоре 8 становится близким к нулю и остается таким до тех пор, пока тиристор проводит ток, Далее снова появляется участок, где тиристоры заперты и напряжение на тиристоре 8 равно полусумме напряжения сети и ЭДС двигателя, и далее цикл повторяется. Напряжение О(фиг. 3) на вторичной обмотке трансформатора 2 узла гальванического разделения потенциалов (Фиг. 1) представляет собой производную от сигнала О (Фиг, 3). После интегрирования на интеграторе 4 появляется сигнал Оч, представляющий собой повторение сигнала От, но с гальваническим разделением от силовой цепи. Обнуление интегратора 4 происходит при помощи ключевого элемента 6 в момент вклочения тиристора 8 и соответствует горизонтальным участкам на нулевой линии (кривая О фиг. 3).сигнал 9 ч, представляющий собой полусумму напряжения, сети и ЭДС двига- теля и половинное напряжение сети обратного знака Ое . В результате ос" тается сигнал, соответствующий половине ЭДС двигателя, что в масштабе измерения (1) эквивалентно напряжению на клеммах преобразователя при отсутствии тока в тиристорах.Таким образом, принцип модулирова" 10 ния - демодулирования сохраняется в предлагаемом устройстве,При этом роль модулятора играет силовой тиристор 8 однофазного тиристорного преобразователя, демодулято- И ра - ключевой элемент 6 и сумматор 7. Однако в предлагаемом датчике нет необходимости в .специальном генераторе высокой частоты, что позволяет существенно упростить конструкцию 20 датчика, как вследствие отказа от генератора высокой частоты и узла модуляции, так и за счет упрощения уз.- ла демодуляции, и как результат повысить надежность датчика в целом. 25Повышение надежности датчика напряжения способствует в свою очередь увеличению времени безотказной работы, уменьшению вероятности отказов и аварий в устройствах управления ти- З 0 риоторным преобразователем. Формула изобретения33Датчик напряжения однофазного тиристорного преобразователя, содержащий последовательно включенные узелгальванического разделения потенциалов и узел демодуляции, о т л и "ч а ю.щ и й с я тем, что, с цельюупрощения и повышения надежности,узел гальванического разделения потенциалов выполнен в виде последовательно соединенных трансформатора,последовательно с первичной обмоткойкоторого включен резистор, и интегратора, а узел демодуляции выполненна ключевом элементе,. включенном вцепь обратной связи интегратора, исумматоре, первый вход которого соединен с выходом интегратора, а второйвход соединен с дополнительно введенной вторичной обмоткой сетевоготрансформатора однофазного тиристорного преобразователя, причем управляющий вход ключевого элемента соединен с дополнительно введенной вторичной обмоткой импульсного трансформатора системы импульсного управле"ния однофазным тиристорным преобразователем.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеКончаловский В.О., Кипершмидт Я.А., Сыропятова Ю.Я. и Харченко Р.РЭлектрические измерительныепреобразователи. М.-Л, "Энергия",1967, с. 189.2. Лебедев Е.Д., Неймарк В.ЕПистрак И.Я. и Слежановский О.В. Управление вентильными электроприводами постоянного тока. И., 1970, с.148971283 Составитель В. Костиц Техред Ж Кастелевич ор Н. Киштули охненк ек Заказ 8689 филиал ППП "Патент", г. Уйгород, ул, Проектная,Тираж 717 ВНИИПИ Государственно по делам иэобретени 3035, Москва, Ж, РПодписноекомитета СССРи открытийшская наб., д.