Устройство для управления тиристорным регулятором мощности (его варианты)

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК Й ТЕЛВСТ АВТОРСКОМ(56) 1. ПоскрБесконтактные я Братолюбов В.Б рующие и регу",Энергия",ирую978 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНОПИСАНИЕ И Бюл. В 40ев, В.В. Барашев,и В.Ф. КотовУЗ при Московском аводе им. И,А. Лихачев727(088.8)обко А.Акоммути л щие устроиства. М1, с. 21,2, Там же, с. 48-50.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИС-.ТОРНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ МОШНОСТИ (ЕГО ВАРИАНТЫ).(57) 1. Устройство для управления тиристорным регулятором мощности, содержащее задатчик угла управления,синхронизирующий блок, подключенныйк генератору линейно изменяющегосянапряжения, нуль-орган, выходные каскады, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью расширения функциональныхвозможностей, оно снабжено нелинейнымблоком, реализующим функциональнуюзависимость с(.= Е(у) в соответствиис выражением 2 зп 2 Ы- зп 4(ь== 2 з 1 п 2 Эь зж 4 у, блоком суммирования, двумя блоками вычитания, четырьмя компараторами, шестью формирователями коротких импульсов, четырьмяпарами элементов И, двумя элементамиИЛИ, элементом НЕ, амплитудным детектором с делителем на выходе, причемвыход задатчика угла управлениясоединен с входом нелинейного блокаи с первыми входами блока суммирования и первого блока вычитания, первыйвход второго блока вычитания соединен с выходом нелинейного блока, второйвход через амплитудный детектор сделителем на выходе - с выходом генратора линейно изменяющего напряженвторые входы блока суммирования ипервого блока вычитания соединены свыходом делителя, выходы блока суммрования и блоков вычитания соединенс первыми входами соответственно певого, второго и третьего компараторов, вход четвертого компаратора подключен к выходу нелинейного блока,вторые входы всех компараторов подключены к выходугенератора линейноизменяющегося напряжения, выход каждого компаратора через соответствующий формирователь коротких импульсовподключен к первым входам элементовИ одноименных пар, вторые входы первых элементов И каждой пары соединеныс выходом нуль-органа непосредственно, а вторых элементов И каждой пары - через элемент ЕЕ, вь.ходы элементов И первой и четвертой парпредо.азначены для чодключениячерез выходные каскады к управляющим электродам коммутирующих тиристоров, выходы первыхэлементов И второй и третьей пар подключены к первому и второму входам вого элемента ИЛИ, выходы вторых элементов И этих пар подключены кпервому и второму входам второго элемента ИЛИ, третий вход первого элемента ИЛИ через соответствующий формирователь коротких импульсов подключен к выходу нуль-органа, третийвход второго элемента ИЛИ через соответствующий формирователь короткихимпульсов - к выходу элемента НЕ,выходы элементов ИЛИ предназначены1121767 10 5 20 для подключения к управляющим электродам основных тиристоров,2. Устройство для управления тиристорным регулятором мощности, содержащее задатчик угла управления,синхронизирующий блок, подключенныйк генератору линейно изменяющегосянапряжения, нуль-орган, выходные каскады, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено нелинейным блоком, реализующим функцио, нальную зависимость Ы = Ю (Д), в соответствии с выражением 2 зп 2 о- ап М=ш 2 вп 2 р- зп 4 р, задатчиком уровня, двумя блоками вычитания, четырьмякомпараторами, шестью формирователями коротких импульсов, четырьмя парами элементов И, двумя элементами ИЛИи элементом НЕ, причем выход задатчика угла управлениясоединен свходом нелинейного блока, с первымвходом первого блока вычитания и спервым входом первого компаратора,выход нелинейного блока соединен спервым входом второго блока вычитания и с первым входом второго компаратора, вторые входы блоков вычитания соединены с выходом задатчикауровня, а их выходы соединены с первыми входами третьего и четвертого Изобретение оносится к электротехнике, в частности к бесконтактным регуляторам мощности на тиристорах.Известен регулятор мощности, обес печивающий регулирование действующе го значения напряжения на нагрузке в широких пределах 1 3. Недостатком известного регулятора является то, что он даже при чисто активной нагрузке генерирует в сеть широкий спектр гармонических составляющих тока, что может привести к серьезным нарушениям в работе стандартного оборудования, искажению формы напряжения сети, перенапряжениям на косинусных конденсаторах и ТеДеНаиболее близким к предлагаемому по технической сущности является компараторов, вторые входы всех компараторов соединены с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, выход каждого компаратора черезсоответствующий формирователь коротких импульсов подключен к первымвходам элементов И одноименных пар,вторые входы первых элементов И каждой пары соединены с выходом нульоргана непосредственно, а вторыхэлементов И каждой пары - через элемент НЕ, выходы элементов И первойи четвертой пар предназначены для,подключения через выходные каскадык управляющим электродам коммутирую-щих тиристоров, выходы первых элементов И второй и третьей пар подключены к первому и второму входампервого элемента ИЛИ, выходы вторыхэлементов И этих пар подключены к первому и второму входам второго элемента ИЛИ, третий вход первого элементаИЛИ через соответствующий формирователь коротких импульсов подключен квыходу нуль-органа, третий вход второго элемента ИЛИ через соответствующий формирователь коротких импульсов - к выходу элемента НЕ, выходыэлементов ИЛИ предназначены для подключения к управляющим электродамосновных тиристоров,устройство для управления тиристорнымрегулятором мощности, содержащее эадатчик угла, синхронизирующий блок,генератор линейно изменяющегося напряжения, нуль-орган, формирователькоротких импульсов, элементы И, выходные каскады. Устройство выдаетуправляющий импульс на тиристор,имеющий на аноде положительный потенциал, с запаздыванием 2 1.Недостатком данного устройстваявляется то, что оно не может обеспечить управление с обеспечением высокого порядка высших гармоник вкривой потребляемого Тока.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей устройства,Поставленная цель достигаетсятем, что в первом варианте устрой3 11217 ство для управления тиристорным регулятором мощности, содержащее задатчик угла управления, синхронизирующий блок, подключенный к генератору линейно изменяющегося напряжения,5 нуль-орган, выходные каскады, снабжено нелинейным блоком, реализующим функциональную зависимость е= Е(у) в соответствии с выражением 2 з 1 п 2 Ы- здп 4 А2 з 1 п 2+ здп 4, блоком суммирования, двумя блоками вычитания, четырьмя компараторами, шестью формирователями коротких импульсов, четырьмя парами элементов И, двумя элементами ИЛИ, элементами НЕ и амп 15 литудным детектором с делителем на выходе, причем выход задатчика угла управления р соединен с входом нелинейного блока и с первыми входами блока суммирования и первого блока20 вычитания, первый вход второго блока вычитания соединен с выходом нелинейного блока, второй вход через амплитудный детектор с делителем на выходе - с выходом генератора линейно25 изменяющегося напряжения, вторые входы блока суммирования и первого блока вычитания соединены с выходом делителя, выходы блока суммирования и блоков вычитания соединены с первыми входами соответственно первого, второго и третьего компараторов, вход . четвертого компаратора подключен к выходу нелинейного блока, вторые входы всех компараторов подключены к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения, выход каждого компаратора через соответствующий формирователь коротких импульсов подключен к первым входам элементов И одно-, именных пар, вторые входы первых40 элементов И каждой пары соединены с выходом нуль-органа непосредственно; а вторых элементов И каждой пары - через элемент НЕ, выходы элементов И первой и четвертой пар предназначены для подключения через выходные каскады к управляющим электродам коммутирующих тиристоров, выходы первых элементов И, второй и третьей пар подключены к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, выходы вторых элементов И этих пар подкЫоче" ны к первому и второму входам второго элемента ИЛИ, третий вход первого элемента ИЛИ через соответствующий 55 формирователь коротких импульсов подключен к выходу нуль-органа, третий вход второго элемента ИЛИ через Ь 7соответствующий формирователь коротких импульсов - к выходу элемента НЕ, выходы элементов И 1 Н предназначены для подключения к управляющим электродам основных тиристоров.По второму варианту устройство для управления тиристорным регулятором мощности, содержащее задатчик угла управления, синхронизирующий блок, подключенный к генератору линейноизменяющегося напряжения, нуль- орган, выходные каскады, снабжено нелинейным блоком, реализующим функциональную зависимость о= Е(р) в соответствии с выражением 2 з 1 п Мздп 4 с = 2 зп 2/5 - зп 4 р, задатчиком уровня, двумя блоками вычитания, четырьмя компараторами, шестью формирователями коротких импульсов, четырьмя парами элементов И, двумя эле. ментами ИЛИ и элементом НЕ, причем выход задатчика угла управления р соединен с входом нелинейного блока, с первым входом первого блока вычитания и с первым входом первого компаратора, выход нелинейного блока соединен с первым входом второго блока вычитания и с первым входом второго компаратора, вторые входы блоков вычитания соединены с выходом задатчика уровня, а их выходы соединены с первыми входами третьего и четвертого компараторов, вторые входы компараторов соединены с выходом генератора линейноизменяющегося напряжения, выход каждого компаратора через соответствующий формирователь коротких импульсов подключен к первым входам элементов И одноименных пар, вторые входы первых элементов И каждой пары соединены с выходом нуль-органа непосредственно, а вторых элементов И каждой пары - через элемент НЕ, выходы элементов И первой и четвертой пар предназначены для подключения через выходные каскады к управляющим электродам коммутирующих тиристоров, выходы первых элементов И второй и третьей пар подключены к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, выходы вторых элементов И этих пар подключены к первому и второму входам второго элемента ИЛИ, третий вход первого элемента ИЛИ через соответствующий формирователь коротких импульсов подключен к выходу нуль- органа, третий вход второго элемента ИЛИ через соответствующий формирова 1121767тель коротких импульсов - к выходуэлемента НЕ, выходы элементов ИЛИпредназначены для подключения к основным тиристорам. На Фиг.1 и 2 показана схема устройства по первому и 5второму вариантам соответственно,Устройство (фиг.1) состоит из задатчика 1 угла , нелинейного бло" ка 2, например, стандартного блока с диодно-резисторными ячейками, делителя 3, синхронизирующего блока 4, генератора 5 линейно изменяющегося напряжения (ГЛИНа), амплитудного детектора 6, делителя 7, нуль-органа 8, блока 9 сложения аналоговых сигналов, блоков 10 и 11 вычитания аналоговых сигналов, компараторов 12 - 15, формирователей 16 - 21 коротких импульсов из фронта сигнала, элемента НЕ 22, элементов И 23 - 30, элементов ИЛИ 31 и 32 и выходных каскадов 33 - 38.Выход задатчика 1 угла у соединен 25с входом нелинейного блока 2 и с одним из двух входов блоков сложения 9и вычитания 11, причем данный входблока вычитания является инверсным,т.е. сигнал, поступающий на данныйвход, берется со знаком "минус".Вторые входы блоков сложения 9 ивычитания 11 подключены к выходу делителя 7, Выход нелинейного блока 2соединяется с инверсным входом блока10 вычитания и одним из двух входовкомпаратора 13. На вход делителя 3подается сетевое напряжение, а выходделителя 3 подключен к входам синхронизирующего блока 4 и нуль-органа8. Выход синхронизирующего блока 440соединен с входом ГЛИНа 5, выход которого подключен к входу амплитудногодетектора 6 и к одному из двух входов компараторов 12-15, Выход амплитудного детектора 6 подключен к вхо"45ду делителя 7 и к прямому входу блока 10 вычитания. Выход блока 9 сло"жения подсоединен к второму входукомпаратора 14, а выходы блоков 10и 11 вычитания - к вторым входам компараторов 12 и 15 соответственно,выходы компараторов 12 - 15 подклю"чены к входам формирователей 16 - 19соответственно, а выход нуль-органа8 к входам элемента НЕ 22, формирователя 20 и к одному из двух входов элементов И 23, 25, 27 и 29,Выход элемента НЕ 22 соединен с входом формирователя 21 и с одним из двух входов элементов И 24, 26, 28, 30. Вторые входы элементов И 23 и 24 подключены к выходу формирователя 16, элементов И 25 и 26 - к выходу Формирователя 17, элементов И 27, 28 - к выходу Формирователя 18, элементов И 29, 30 - к выходу Формирователя 19, Выход формирователя 20 подключен к одному из трех входов элемента ИЛИ 31, второй вход которого соединен с выходом элемента И 29, а третий - с выходом элемента И 23. Выход формирователя 21 соединен с одним из трех входов элемента ИЛИ 32, второй вход которого подключен к выходу элемента И 30, а третий - к выходу элемента И 24. Выходы элементов ИЛИ 31 и 32 подключен соответственно к входам выходных каскадов 37 и 38, а выходы элементов И 25 - 28 - к входам выходных каскадов 33 - 36, соответственно. Выходы выходных каскадов 33 - 38 соединены с управляющими электродами тиристоров регулятора мощности.Устройство работает следующим образом.При переходе от отрицательного к положительной полуволне напряжениясети срабатывает нуль-орган 8, выходной сигнал которого изменяется от низкого уровня к высокому (с "0" на "1"), в результате чего изменяется с "1" на "0" выходной сигнал элемента НЕ 22. При этом разрешается прохождение импульсов через элементы И 23, 25, 27 и 29 и блокируется прхождение импульсов через элементы И 24, 26, 28 и 30. Одновременно формирователь 20 формирует короткий импульс положительной полярности, который через элемент ИЛИ 31 и выходной каскад 37 поступает на основной тиристор регулятора и включает его. При переходе через "0" сетевого напряжения синхронизирующий блок 4 вновь запускает ГЛИН 5, а амплитуда напряжения на выходе ГЛИНа в предыдущем полупериоде запоминается амплитудным детектором 6, с выхода которого эта величина Щ ) поступает на прямой вход блока 10 вычитания и вход делителя 7 с постоянным коэффициентом ;деления, равным "2", С выхода делителя 7 сигнал П 1 поступает на один из входов блока 9 сложения и прямой вход блока 11 вычитания. На выходе7 112176 задатчика 1 углаприсутствует сигнал Н , который поступает на второй вход блока 9 сложения, инверснп 1 вход блока 11 вычитания и вход нелинейного блока 2, который по сигналу Б вырабатывает сигнал Б, поступающйй с выхода нелинейного блока 2 на инверсный вход блока 10 вычитания и один из входов компаратора 13, На выходе блока 9 сложения присутствует 10 сигнал (Пс + Б ), поступающий на один из входов компаратора 14. На выходах блоков 10 и 11 вычитания присутствуют соответственно сигналы П- П ( и Б - Б, которые и посту пают соответственно на один из входов компараторов 12 и 15. На второй вход каждого из компараторов 12 - 15 подается линейно нарастающее напряжение с выхода ГЛИНа 5, При достиже нии этим линейно нарастающим напряжением значения Псрабатывает компаратор 13, его выходной сигнал переходит от состояния логического "0" в состояние логической "1" (от низ кого уровня к высокому), в результате чего срабатывает формирователь 17 и короткий импульс, проходя через элемент И 25 и выходной каскад 33, включает вспомогательный тиристор ЗО регулятора, тем самым обеспечивая выключение основного тиристора. При нарастании напряжения на выходе 1ГЛИНа 5 до величины П- 0 , срабатывает компаратор 15, переходя в состояние логической "1", в результате чего формирователь 19 вырабатывает короткий импульс, который, проходя. через элемент И 29, элемент ИЛИ 31 и вйходной каскад 37, вновь включает основной тиристор регулятора. При дальнейшем нарастании сигнала на выходе ГЛИНа 5 до уровня П + Б .логическая ",1" появляется .на выходе компаратора 14, срабатывает формирователь 18 и короткий импульс, пройдя через элемент И 27 и выходной каскад 35, включает вспомогательный тиристор, в результате чего выключается основной тиристор регулятора. При достижении сигнала на выходе ГЛИНа 5 уровняП,х - П, срабатывает компаратор 12, на его выходе появляется сигнал логической "1", формирователь 16 вырабатывает короткий импульс, который, пройдя55 через элемент И 23, элемент ИЛИ 31 и выходной каскад 37, в третий раз за полпериода включает основной ти 7 8ристор регулятора, выключение которого происходит в результате естественной коммутации при переходе котрицательной полуволне сетевого напряжения, в этот же момент синхронизирующий блок 4 вновь запускаетГЛИН 5, и на выходах всех компараторов 2 - 15 вновь появляется низкийуровень (сигнал логического "0") нопри переходе от высокого уровня книзкому формирователи 16 - 19 несрабатывают. В этот момент срабатывает. формирователь 21, на входе которого сигнал меняется от логического"0" к логической "1", и короткий импульс с выхода этого формирователя,пройдя через элемент ИЛИ 32 и выходной каскад 38, включает второй основной тиристор регулятора.В дальнейшем работа первой системы управления аналогична ее работев положительную полуволну напряжения сети, но короткие импульсы проходят через элементы И 24, 26, 28,30, элемент ИЛИ 32, выходные каскады34, 36, 38 и включают соответствующие тиристоры регулятора, находящиеся под прямым напряжением.В качестве нелинейного блока 2может быть использован стандартный блок на диодно-резисторных ячейках, количество которых зависит от точности аппроксимации кривой зависимости угла о( от угла у отрезками прямых, но, как правило, находится в пределах 4-5Введение амплитудного детектора 6 позволяет исключить влияние нестабильности частоты сетевого напряжения на точность работы системы управления, а медленный характер этого процесса позволяет использовать амплитудный детектор 6 без схемы принудительного сброса, учитывая естественное уменьшение напряжения на его выходе за счет утечек конденсатора хранения.Устройство (фиг.2) содержит задатчик 39 угла р , нелинейный блок 40, формирующий сигнал, пропорциональный углу а задатчика 41 уровня, блоки 42 и 43 вычитания аналоговых сигналов, делитель 44, синхронизирующий блок 45, нуль-орган 46 и генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) 47. Выход задатчика 39 угла р соединен с входом нелинейного блока 409 1121 и с одним из двух входов (инверсным) блока 43 вычитания, а также с одним из двух входов компаратора 14. Выход нелинейного блока 40 соединен с инверсным входом блока 42 вычитания и с.одним из двух входов компаратора 13. Вторые входы блоков 42 и 43 вычитания подключены к выходу эадатчика 41 уровня. На вход делителя 44 подается сетевое напряжение, а его выход подключен к входам синхронизирующего блока 45 и нуль-органа 46, Выход синхрониэирующего блока 45 соединен с вхохом ГЛИНа 47, выход которого подключен к одному из входов компараторов 12 - 15. Выходы блоков 42 и 43 вычитания подключены к вторым входам компараторов 12 и 15 соответственно. Выход нуль-органа 46 подключен к входам элемента НЕ 22 и к одному из двух входов каждого из элементов И 23, 25, 27 и 29, Структура связей между остальными блоками устройства управления сохраняется прежней, соответствующей первому варианту.Устройство работает следующим об" разом.Задатчик 39 угла управления формирует напряжение 0 , соответствующее углу ф . Сигнал с выхода задатчика 39 поступает на вход нелинейного блока 40 и на инверсный вход блока 43 вычитания и на первый вход компаратора 14. Нелинейный блок 40, реализующий нелинейную зависимость 76710ю(,= Г в соответствии с уравнением(2), формирует на выходе сигнал Н ,пропорциональный углу ь, которыйподается на инверсный вход блока 425 вычитания и на первый вход компаратора 13. На прямые входы блоков 42 и43 вычитания подается выходной сигналзадатчиком 41 уровня, который соответствует максимальному напряжению1 О,ГЛИНа 47, т.е. значению угларавному 180 О В результате на выходе блоков 42 и.43 вычитания формируютсясоответственно сигналы Буи Бусоответствующие углам (3-ой и (в-р).15 Все упомянутые сигналы (0,(,0,0 у,;Бу ) подаются на первые входы компараторов 12 - 15, на вторые входы которых подается выходное напряжениеГЛИНа 47. Компараторы 12 " 15 (каки в первой системе) вырабатывают логические сигналы, которые используются для управления силовыми и коммутирующими тиристорами регулятора;25формирователи 16 - 19 и 21 формируютимпульсы управления тиристорами, элементы И 23 - 30 распределяют их потиристорам регулятора, а выходные. каскады усиливают импульсы управления по мощности и обеспечивают гальваническую развязку устройства,Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства для 35 управления тиристорным регулятороммощности в вариантах выполнения.