Система управления тиристорным автономным инвертором с промежуточным звеном высокой частоты

оц 974549 ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоввтсиинСоцивпистичвсиинРвспубпии(23) Приоритет веударетеенный кеинтет СССР ао делам иэабретенкй и отнритнйДата опубликования описания 15. 11. 82 В.Е, Тонкаль, Э.Н. Гречко, А.А. Головатюк и,В.,Е, Павленко(72) Авторы изобретения Институт электродинамики АН Украинской ССР(54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМАВТОНОМНЫМ ИНВЕРТОРОМ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ЗВЕНОМ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ 1Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных устройствах для частного управления асинхронными двигателями, а также для бортовых систем энергоснабжения, обладающих малыми весами и габаритами.В качестве силовой схемы автономных тиристорных инверторов в большинтве случаев применяют трехфазные мостовые схемы 11.Однако если наряду с регулированием выходного напряжения и частоты не". обходимо проводить согласование величины напряжения источника питания инвертора и величины напряжения источника питания инвертора и величины напряжения, формируемого на нагрузке, при уменьшенных весогабаритных показателях устройства, целесообразно применение инвертора с промежуточным звеном высокой частоты, состоящим из однофазного мостового высокочастотного инвертора, трансформатора и тиристорного коммутатора. Для управления инвертором по указанной силовой схеме целесообразно применять ШИМ путем формирования полуволны выходного напряжения из одинаковых по длительности прямоугольных импульсов, длительность которых равна длительности импульсов управления Г 2Наиболее близкой к предлагаемойявляется система управления автономным инвертором, реализующая ШИМ, которая осуществляет дискретное увеличение отношения несущей частоты следования импульсов управления к выходной частоте инвертора в диапазоне нижних частот инвертора по сравнению с верхними. Указанная система управления автономным трехфазным тиристорным инвертором, выполненным по трехфазной о схеме, содержит задающий генератор,подключенный к делителю частоты с промежуточными выходами, выход которого подключен к пересчетной схеме с форми.рователями модулирующих сигналов для97454 катодной и анодной группы тиристоровкаждой фазы, блок переключения несущих сигналов, содержащий одновибратор,ко входам которого подключены входзадающего генератора и выходы делителя частоты, а также формирователи широких и коротких импульсов управлениятиристорами, содержащие схемы И 3 .Недостатком известной схемы управления является то, что она не обладает необходимыми функциональными возможностями для управления автономнымтиристорным инвертором с промежуточным звеном высокой частоты, состоящимиэ однофазного мостового высокочастот ного инвертора, трансформатора и тиристорного коммутатора с датчикамитока.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей,20Для достижения поставленной цели всистеме управления тиристорным автономным инвертором с промежуточным звеном высокой частоты, состоящим из однофазного мостового высокочастотного рЗинвертора, трансформатора и тиристорного коммутатора с датчиками тока,содержащей задающий генератор, подключенный к делителю частоты с промежуточными выходами, выход которого под- З 0ключен к пересцетной схеме с Формирователями модулирующих сигналов длякатодной и анодной групп тиристоровкоммутатора каждой фазы, бпок переключения тактирующих сигналов, содержащий одновибратор, к входам которого подключены вход задающего генератора и выходы делителя частоты, а также формирователи широких и короткихимпульсов управления тиристорами, содержащие схемы И, к входам схем Иформирователей широких импульсов управления тиристорами высокочастотного инвертора подключены выходы одновибратора и единичный инверсный вы 45ход триггера, вход которого совместно с входом первого Формирователя коротких импульсов управления высокочастотным инвертором подключен к выходу блока переключения тактирующихсигналов, а входы двух других формирователей коротких импульсов управления тиристорами высокочастотного ин"вертора подключены к второму выходуодновибратора через две последовате. льно включенные линии задержки, при Зэтом с входами схем И формирователейшироких импульсов управления тиристорного коммутатора связаны выходы схем 9 1ИЛИ, формирующих модулирующий сигналанодной или катодной группы даннойфазы коммутатора, первый выход одновибратора и единичный инверсный выходтриггера, а к входам схем И каждогоформирователя узких импульсов управления тиристорного коммутатора подключены выходы индикаторов направлениятока данной фазы, второй выход одно -вибратора и инверсный единичный выходтриггера,На фиг. 1 приведена силовая схемаавтономного тиристорного инверторас промежуточным звеном высокой частоты; на фиг, 2 - блок-схема предлагаемой системы управления инвертором;на фиг. 3 - временная диаграмма сигналов предлагаемоЙ системы управления,АвтонОмный тиристорный инвертор(фиг, 1) состоит из промежуточногозвена высокой частоты, включающегосиловые тиристоры 1-4, обратные диоды 5-8, коммутирующие тиристоры соответственно для коммутации катодных ианодных групп 9 и 10, диоды 11 и 12,коммутирующие дроссели 13 и 14, коммутирующий конденсатор 15.Трансформатор 16 содержит обмотку17, подключенную к выходу звена высокой частоты, а также обмотки 18-23,к которым подключен тиристорный коммутатор, состоящий иэ тиристоров 2435, трехфазной нагрузки 36-38, включенной в звезду и датчиков направления тока 39-41 и усилителей их сигналов, соответственно 42-44.Блок-схема предлагаемой системы управления инвертором (фиг. 2) содержитзадающий генератор 45, делитель частоты 46, представленный в виде трех последовательно вхлюценных тиристоров47-49, пересцетную схему (регистрсдвига) 50 с формирователями модулирующих сигналов для анодной и катодной группы тиристоров каждой фазы(схемы ИЛИ 51-56), блок 57 переключения тактирующих сигналов, в состав которого входят полупроводниковые реле58 и 59, выходы которых подключены куправляющим входам двух групп ключей60 и 61 и 62, 63, схема ИЛИ 64, к входу которой непосредственно подключенконечный выход делителя частоты и егопромежуточные выходы через ключи 60ив 61, а также одновибратор 65, первыйвход которого соединен с выходом блока через линию задержки 66, а второйи третий к выходам ключей 62 и 63,блок 67 управления однофаэным высоко974549 5частотным инвертором, состоящий из триггера 68, двух формирователей широ ких импульсов управления 69, 70 с включенными на их входах схемами И 71-72 и трех формирователей коротких импуль-б сов управления 73-75, из которых два последние включены через последовательно включенные линии задержки 76-77, , идентичные блоки 78-83 формирователей широких и коротких импульсов управле ния анодных и катодных групп тиристоров коммутатора с включенными на их входах схемами И.Предлагаемая система управления тиристорным автономным инвертором рабо- И тает следующим образом.Задающий генератор 45 формирует последовательность имп льсов, которая поступает на делитель частоты 46. Делитель частоты, в свою оЧередь, форми-щ рует три последовательности импульсов с частотой 241, 121, бт, (где Г - выходная частота инвертора), которые представлены соответственно на фиг, 3, б, в. Импульсы с выхода делителя час И тоты 46 с частотой 6 Е поступают на шестиячейковый регистр сдвига, на выходах которого включены шесть схем формирователей модулирующих сигналов 51- 56. На выходах схем ИЛИ формируется зе трехфазная система напряжений, сдвинутых между собой на 120 . На фиг. 3;, Ь, в приведены модулирующие напряжения на выходах нечетных схем ИЛИ, Соответствующие модулирующие напряженияна выходах четных схем ИЛИ находятся в противофазе приведенным напряжением. ЬДля примера рассмотрим работу схемы управления в диапазоне средних частот, соответственно которому приведены графики на Фиг. 3. В этом случае с выхода блока переключения тактирующих сигналов 67 (выход схемы ИЛИ 64) выходные импульсы с частотой 121 поступают на блок управления высокочастотным инвертором, а именно на формирователь коротких импульсов 73, на триггер, а также на частотный вход одновибратора через линию задержки 66, Графики напряжений на одном из выходов триггера 0 68 и на первом выходе одновибратора О 65 приведены на фиг, 3 и, 3.Триггер 68 и одновибратор 65 управляют непосоедственно работой схем совпадения 71, 72, на выходе которых включены формирователИ широких импульсов 69, 70, осуществляющие управление силовыми тиристорами 1, 4 и 2, 3.высокочастотного инвертора. По второму выходу одновибра нора формируется импульс, соответствующий заднему фронту напряжения, снимаемого с одновибратора, который через линию задержки 76 поступает на формирователь коротких импульсов 74, через 77 поступает на 75. Таким образом, на выходах 69, 70, 74 и 75 формируется необходимая последовательность широких и коротких импульсов, необходимых для управления однофаэным высокоцастотным инвертором, который формирует прямоугольное напряжение с нулерой паузой.Конечный выход делителя частоты 6 и его промежуточные отводы 121 и ,е . 24 Т подключены к входу схемы ИЛИ 64 блока переключения тактирующих сигналов. При этом в верхнем диапазоне частот реле 58 и 59 замкнуты, промежуточные выводы делителя частоты зашун-тированы и на вход схемы ИЛИ 64 поступают только импульсы с частотой 61, в среднем диапазоне частот замкнуто только реле 59 и на вход схемы ИЛИ 64 поступают импульсы с частотой 61, 121, в нижнем диапазоне частот разомкнуты оба реле 58 и 59 и на вход схемы ИЛИ 64 поступают импульсы с частотой 61, 121, 2 И. Гсли первая группа ключей 60 и 61 контролирует частоту импульсов, снимаемых с выхода схемы ИЛИ 64, то другая группа ключей 62, 63 изменяет длительность несущих сигналов, формируемых одновибратором 65. При этом длительность сигнала каждой из линии задержек 66, 71, 76 должна соответствовать времени восстанов- ления тиристоров, используемых в инверторе. На фиг, 3 и приведено напряжение 076, формируемое линией 76. На Фиг. Зк приведено напряжение 0 Формируемое на выходе высокочастотного инвертора, где указана диаграмма включения силовых тиристоров, Иэ нее следует, цто во время Формирования нулевых пауз по истечении времени восстановления ти- . ристоров 4 или 2 осуществляется запуск анодной пары силовых тиристоров 1 и 3 с целью закорацивания первичной обмотки трансформатора по контуру 17- в 7, либо 29-3-5, благодаря чему независимо от параметров нагрузки и направления токов возврата реактивной энергии из нагрузки в источник, на нагрузке Формируется нулевое напряжение.Работу пофаэных групп формирователей импульсов управления тиристорным коммутатором 78-83 рассмотрим на примере блоков 78-79, осуществляющих формирование напряжения на нагрузке 36 с помощью тиристоров 24-27 (фиг, 1), В состав блоков 78 и 79 входят схемысовпадения И 84-91, из которых 84-87 управляют формирователями широких импульсов управления 92-95, а 88-91 - 1 ф формирователями коротких импульсов управления 96-99. Первые входы схем совпадения 84-87 подключены к выходу одновибратора, вторые - поочередно к выходам триггера 68, а третьи - к Формирователям модулирующего сигнала фазы 36 пересчетной схемы. Диаграмма потенциала точки о Ос, схемы Фиг. 1 выхода инвертора приведена на фиг. 2. На фиг, 3 с, т приведены графики линейного 0 и фазного напряжений 0 на нагрузке, Импульсы управления 0 24, 27, поступающие на тиристоры 24-27, приведены на фиг. 3 л,м,н,о,При этом в соответствии с напряжением на выходе высоко частотного инвертора фиг. Зк, потенциал точки о представляет собой шесть последовательностей положительных импульсов и шесть последовательностей отрицательных импульсов. Напряжение с Зо выходов триггера 68 является как бы. аналогом работы высокочастотного инвертора для системы управления и в соответствии с работой высокочастотного инвертора осуществляет управление Фор З мированием импульсов управления, поступающих на тиристоры коммутатора.Первые входы схемы совпадения 88-91 запитаны от второго выхода одновибратора, по которому формируется короткий импульс, соответствующий заднему . фронту импульса одновибратора, вторые входы поочередно подключены к выходам триггера, а третьи - к выходам усилителей направления тока данной фаЗы 42-44. На входы усилителей направления тока поданы выходные напряжения датчиков, тока, Усилитель направления тока каждой Фазы имеет двавыхода, при этом на одних выходах усилителей 42, 43; 44 формируется сигнал, соответствующий положительной полуволне тока нагрузки, а на других их выходах 42, 43, 44 - отрицательной полуволне тока нагрузки.В областях верхних и нижних частот изменяются частоты следования импульсов на выходе триггера и одновибратора, а также длительность импульсов,формируемых одновибратором, принцип работы схемы управления остается неизменным.Основными отличительными особенностями схемы управления инвертора от прототипа являются следующие: непосредственный выход делителя частоты и 1его промежуточные отводы поданы на вход схемы ИЛИ, откуда запускается триггер и через линию задержки одно- вибратор; введение триггера, котррый работает с частотой высокочастотного инвертора и является основным управляющим элементом для схем И, включенных на входах формирователей широких и коротких импульсов управления тиристорами коммутатора; включение формирователей коротких импульсов управления с включенными на входах схемами И, управляемыми от индикаторов направления тока, выходов триггера и второго выхода одновибратора, которые обеспечивают безаварийную работу инвертора по всем диапазоне работы инвертора с промежуточным звеном высокой частоты на активно-индуктивную нагрузку; наличие двух выходов одновибратора, по первому выходу иэ которого осуществляется формирование соответствующих длительностей импульсов управления, подаваемых на силовые тиристоры, а по второму выходу формируется короткий импульс по заднему фронту формируемого импульса с целью получения от дополнительных Формирователей в дискретные моменты времени коротких импульсов для коммутации тиристоров тиристорного коммутатора.Формула изобретенияСистема управления тиристорным автономным инвертором с промежуточным звеном высокой частоты, состоящим из однофазного мостового высокочастотного инвертора, трансформатора и тиристорного коммутатора с датчиками тока, содержащая задающий генератор, подключенный к делителю частоты с промежуточными выходами, выход которого подключен к пересчетной схеме с формирователями модулирующих сигналов для катодной и анодной групп тиристоров коммутатора каждой фазы, блок переключения тактирующих сигналов, со. держащий одновибратор, к входам которого подключены вход задающего генератора и выходы делителя частоты, а9 974549 10 также формирователи широких и корот- ния тиристорного коммутатора связаны ких импульсов управления тиристорами, выходы схем ИЛИ; формирующих модули- содержащие схемы И, о т л и ч а ю - рующий сигнал анодной или катодной щ а я с я тем, что, с целью расшире- группы данной фазы коммутатора, перния функциональных возможностей, квый выход одновибратора и единичный входам схем И формирователей широких инверсный выход триггера, а к входам импульсов управления тиристорами вы- схем И каждого формирователя импульсокочастотного инвертора подключены сов управления тиристорного коммутавыходы одновибратора и единичный ин- тора подключены выходы индикаторов версный выход триггера, вход которо направления тока данной фазы, второй го совместно с входом первого форми- выход одновибратора и инверсный едирователя коротких импульсов управле- ничный выход триггера. ния высокочастотным инвертором подключен к выходу блока переключения Источники информации, тактирующих сигналов, а входы двух 1 З принятые во внимание при экспертизе других формирователей коротких импуль. Забродин Ю. С. Узлы принудительсов управления тиристорами высокочас- ной конденсаторной коммутации тиристо тотного инвертора подключены к второ- ров. М., "Энергия", 1974. му выходу одновибратора через две по. Авторское свидетельство СССР следовательно включенные линии задер- а Р 254638, кл. Н 02 М 7/52, 1970. жки, при этом с входами схем И форми. Авторское свидетельство СССР рователей широких импульсов управле- У 318127, кл, Н 02 М 1/08, 1972.