Способ регулирования выходного напряжения преобразователя переменного напряжения в постоянное

(5 4 Н НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ на авиаци- Орджоникид елозероастова ирован-,. М.:ропри- . 97 А. Д. Поздеевас. 224Авторское сУ 993409, кл. ьство СССР7/155, 198 О де 02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТХРЫТИЙ(71) Уфимский ордена Ленионный институт им. Сергозе(56) Шипилло В. П. Автоматный вентипьный электропривЭнергия, 1969, с. 400.Динамика вентильного элвода постоянного тока /Под(54) С 11 ОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ(57) Изобретение относится к области регулируемых выпрямителей и можетбыть использовано в установках, где требуется сочетание глубокого регулирования пульсирующего напряжения с сохранением его качества. Целью является улучшение качества выходного напряжения при динамических режимах работы, определяемого путем уменьшения времени перехоцных процессов,и перерегулирования выходного напряжения. Устройство содерлщт тиристоры у (Т) 1-12, подключенные к одним выход-,У МВ ным обмоткам 13-24 преобразователя числа фаз из трехфазного в двенад- ща1"67565 цатифазное. Другие концы обмоток 1324 объединены и подключены к выводупервичной обмотки согласующего триггера. Другой вывод этой обмотки через линейный дроссель подключен кобъединенным выводам Т 1-12, Порядоквключения Т 1-12 при переходных проИзобретение относится к регулируемым выпрямителям и может быть использовано для управления различнымитехнологическими процессами и электротехнологическими установками, особенно, где требуется сочетание глубокого регулирования пульсирующегонапряжения с сохранением его качества,Целью изобретения является улучшение качества выходного напряженияпри динамических режимах работы путем уменьшения времени переходныхпроцессов и перерегулирования выход 15ного напряжения,На фиг, 1 приведена схема преобразователя переменного напряжения впостоянное промежуточным умножениемчастоты в шесть раз (К = б); на20фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие предложенный способ; на фиг. 3 кривые изменения выходного напряжения при известном фазовом регулировании; на фиг, 4 - то же, но при25регулировании предложенным способом;на фиг. 5 - схема преобразователяпеременного напряжения в постоянноес промежуточным умножением частотыв девять раз (К= 9): на фиг, б -временные диаграммы, поясняющие пред 30ложенный способ; на фиг, 7 - блоксхема системы управления; на фиг, 8 -временные диаграммы, поясняющие принцип ее действия,В преобразователе (фиг, 1) вход- З 5ное 3-фазное напряжение преобразуется в 12-фаэное с помощью преобразователя числа фаз (ПЧФ 3/12), Одни концы тиристоров 1-12 подключены к выходным обмоткам ПЧФ 3/12 13-24, адругие объединены и их общая точкачерез линейный дроссель 25 соединена цессах изменяется при изменении вьходного напряжения. При увеличениивыходного напряжения следующим включается четвертый тиристор по отношению к первому работающему, а приуменьшения - предЫцущей тиристоо. 8 ил. с одним иэ выводов первичной обмоткисогласующего трансформатора 26. Другой вывод подключен к общей точкесоединения выходных фаз ПЧФ 3/12,К вторичной обмотке согласующеготрансформатора 26 подключен однофазный. выпрямитель, выполненный на дио-.дах 27-30. Параллельно первичной обгмотке трансформатора 26 включен конденсатор 31,Примером осуществления предлагаемого способа является способ регулирования выходного напряжения преобразователя переменного напряжения впостоянное по фиг. 1 при изменениивыходного напряжения в пределах0,5 У,1 - Б,1 где 11,1 - максимальное выходное напряженйе преобразователя. Такому изменению выходного напряжения соответствует изменение углов ж управления тиристорами в пределах 150 - 90Пусть в статическом режиме, соответствующем углу управления тиристорами К = 150 , каждую иэ выходныхфаз ПЧФ 3/12 13-24 (фиг, 2 а) одинраз эа период напряжения питающейсети подключают с помощью тиристоров1-12 к колебательному контуру, состоящему из линейного дросселя 25и конденсатора 31 (фиг. 1). Приэтом ток в линейном дросселе 25 равен сумме токов, протекающих черезтиристоры 1-12, и имеет вид, приведенный на фиг. 2с указанием номера каждого тиристора в соответствиис фиг. 1,:В статическом режиме тиристоры вкпючаются в порядке 1,2,3,ь 12Пусть в момент 11 после выключения тиристора 4 требуется увеличитьзначение выходного напряжения до12675 максимального значения, которому соответствует х = 90 . Для этого в момент времени С после 11-го тирцстора (в данном случае тиристора с номером 4) включает (ГГ+3)-й тиристор (т.е. тиристор 7), у которого= 90 относительно питающей его фазы 17, Напряжение, прикладываемое к коле 1бательному контуру, увеличивается с 0,5 13 до Г 1 (фиг. 2 а ). При этом О ток в дросселе 25 и в тиристорах 1-12 увеличивается, что ведет к увеличению выходного напряжения до ГГ,1 1Порядок включения последующих тиристоров соответствует статическому5 режиму работы, а их углы управленияотакже равны 90Рассмотрим случай, когда в моментнужно уменьшить выходное напряже 320 ние от Ц 1 до 0,5 Ц,чему соответству- ет увеличение угла управления тириосторами с 90 до 150Для этого в момент С после И-гоЭтиристора (в данном случае с тиристора с номером 10) включают (Б)-й25 тиристор (т.е. тиристор 9), у котороого о = 150 относительно питающей его фазы 19. За время от предшествующего включения тиристора 9 в моментдо повторного включения при С 5 напряжение фазы 9 снизилось до требуемой величины, а угол управления при повторном включении стал равено150 . Порядок включения следующих по ходу работы ,тиристоров соответ ствует статическому режиму, а их уголы управления равны 150 . При этом ток в дросселе 25 и в тиристорах уменьшается, что ведет к уменьшению выходного. напряжения. 40В рассмотренном примере после изменения порядка включения тиристоров дальнейшее изменение угла управле" ния тиристорами не требуется. В случае изменения Ц на любую другую ве личину, его окончательное значение после изменения порядка включения тиристоров устанавливается системой управления по известному способу регулирования. 50На фиг. 3 приведены переходные характеристики изменения выходного напряжения при увеличении (а) и уменьшению (о) угла управления тиристорами при регулировании известным 55 способом, принятым эа прототип. Кривые 32 и 33 соответствуют изменению она 45, а кривые 34 и 35 - на 60 65 4Время переходных процессов почти дости."ает периода переменного напряжения питающей сети, Имеет место значительное перерегулирование выходного напряжения.На Фиг. 4 приведены аналогичныепереходные характерестики изменениявыходного напряжения при увеличении(д) и уменьшении (8) угла управлениятиристорами, но с использованиемпредложенного способа регулирования.Кривые 36 и 37 соответству:от цзмсцеиццю М, на 45 , а кривые 38 и 39 " ца60 . Время переходных процессов иперерегулировацие выходного напряжения при использовании предложенного способа регулирования меньше,чем при известном способе,Предложенный способ регулированияможет быть использовац при любойкратности умножения К частоты питающей сети, Рассмотри: предло.;еццыйспособ регулирования на прцмере преобразователя прц значении Е, =- 9, Втаком преобразователе (фцг. 5) входное 3-фазцое напряжение преобразуется с помощью ПЧФ 3/9 в 9-фазное.Встречно-параллельно соединенныетиристоры 40-57 подключены к выходным обмоткам ПЧФ 3/9 58-66, свобод"ные концы их Объединены, а общая точка через линейный дроссель 67 соединена с одним цз выводов первичнойобмотки согласующего трансформатора68. Другой вывод подключен к Общейточке соединения выходных фаз П 1 ф 3/9.К вторичной обмотке согласующегосятрансформатора 68 подключен одцофазный выпрямитель, выполненный ца:диодах 69-72, ГГараллельцо первичной обмотке согласующего трансформатора 68включен конденсатор 73. В статическом режиме каждую цз Вьглодных фаз ПЧФ 3/9 58-66 (фиг. ба ) дважды за период изменения напряжения питающей сети подключают с помощью тиристоров 40-57 к колебательному контуру, состоящему из линейного дросселя 67 и конденсатора 73 (фцг. 5) При этом ток в линейном дросселе 67 равен сумме токов, протекающих ырез тиристоры 40-57, и имеет вид приве". денный на фиг. 6 Б с указанием номера каждого тиристора в соответствии с фиг. 5 е Тиристоры включаются ц порядке 1, 2, 318, Пусть до моментауглы управлеция тиристорамн равны 130 чему соответствует выход 1 и ца"(90-2 К ) выходных имйульсов,На вход устройства 74 сравненияподается сигнал задатчика выходного5 напряжения 1)Э и сигнал обратной связи 1 Зо , изменяющийся пропорциональносреднему вначению выходного напряжения преобразователя. Разностный сигнал с выхода устройства 74 сравнения10поступает на вход усилителя 75, Усиленный сигнал подается на вход задающего генератора 76 и на входы компараторов 79 и 80,В статическом режиме сигнал с вы 15хода усилителя 75 равен нулю (фиг, 8 о)а частота импульсов с задающего генератора 76 постоянна (Фиг. 8 а ) и определяется из выражения 50 5 126напряжение, равное 0,76 Н . ПослеаИвыключения тиристора 43 требуетсяувеличить значение выходного напряожения до 1)1, при котором ог = 90Для этого в момент времени послеФзапирания,И-го тиристора в данномслучае тиристора с номером 43 включают (И+3)-й тиристор (т.е. тиристор46), у которого угол управления вомомент Сг равен 90 . Напряжение,прикладываемое к колебательному контуру, увеличивается с 0,76 1) до 1)(Фиг, 6 о ), что ведет к увеличениювыходного напряжения.Порядок включения последующих ти".ристоров соответствует статическомурежиму работы и их углы управленияотакже равны 90Рассмотрим случай, когда в моменттребуется уменьшить выходное напряжение от 1) до 0,76 11,1 д., чтодостигается увеличением угла управле"ния тиристорами с 90 до 130,25Для этого в момент С после работы Б-го тиристора (в данном случаетиристора с номером 52) включают(11-1)-й тиристор (т.е, тиристор 51),у которого в данный момент угол упоравления равен 130 . За время отпредшествующего включения тиристора52 в момент С до повторного включения при Сэ напряжение Фазы 65 снизилось до требуемой величины, а угол 35управления стал равен 130 . При этомток в дросселе 67 и в тиристорах.уменьшается (Фиг, 6 о ), что ведетк уменьшению выходного напряжения,40 Время переходных процессов и перерегулирование выходного напряжения и в данном случае будут Меньше, чем при известном способе регулирования, за счет. увеличения скорости изменения переменного напряжения, прикладываемого к колебательномуконтуруБлок-схема системы управления (фиг. 7) содержит устройство 74 сравнения, усилитель 75, задающие генераторы 76, 77 и 78, компараторы 79 и 80 г логические элементы И 81- 83, НЕ 84, ИЛИ-НЕ 85, ИЛИ 86, счетчики 87 и 88 импульсов, распредели тель 89 импульсов (реверсивный счет . чик с дешифратором на выходе) и по числу тиристоров умножителя частотыгде Хо - частота питающей сети,На фиг. 8 а цифрами указаны порядковые номера импульсов с задающего генератора 76. Эти импульсы в статическом режиме работы через логические элементы И 81 и ИЛИ 86 поступают на счетный вход реверсивного счетчика распределителя 89 импульсов и осуществляют прямой сдвиг импульсов на его выходе, При совпадении сигналов с выхода распределителя 89 импульсов и задающего генератора 76 на входах одного из усилителей-формирователей 90 импульсов с его выхода управляющий импульс подается на включение соответствующего тиристора умноггмтеля частоты (Фиг. 8 Ж ) . На фиг, 8 ж цифрами указаны порядковые номера импульсов с выходов усилителей-формирователей 90, которые совпадают с номерами включения тиристоров в соответствии со схемой на Фиг. 1.В динамических режимах сигнал с выхода усилителя 75 отличен от нуля, Он изменяет частоту задающего генератора 76 и поступает на первые входы компараторов 79 и 90. Для упрощения последующих рассуждений будем считать что частота задающего генератора 76 остается неизменной.Пусть напряжение рассогласования имеет положительный знак, что соответствует увеличению выходного напряжения, и превьппает в момент С, величину напряжения 1)г, которой зада. ется порог срабатывания компаратора 79. Положительный сигнал с выхода(фиг. 8), пройдя через логический элемент И 82, включает задающий генератор 77 (фиг. 8), Импульсы с его выхода поступают на вход счетчика 87, коэффициент пересчета которого равен трем, и вход логического элемейта ИЛИ 86. Совместная работа генератора 77 и счетчика 87 импульсов обеспечивает подачу трех импуль О сов на один из входов элемента ИЛИ 86. Частота выходных импульсов генератора 77 во много раз выше частоты генератора 76После выдачи третьего импульса сигналом с выхода счетчика 87 генератор 77 выключается (фиг. 8 2 ). С выхода элемента ИЛИ 86 все три импульса поступают на вход реверсивного счетчика распределителя 89 импульсов, и осуществляется прямой20 сдвиг выходных импульсов, Прямой счет достигается подачей нулевого потенциала на установочный вход счетчика распределителя 89 с выхода ком 25 паратора 80 (Фиг. 8). С приходом следующего пятого импульса с задающего генератора 76 в момент Ъ(Фиг. 8 а ) на входы усилителей-Формирователей 90 управляющий импульс поступает на включение (И+3)-го по30 ходу работы тиристора умножителя частоты (фиг. 8 ж ) (в данном случае тиристора с номером 7).В результате изменения порядка включения тиристоров напряжение 11 о, пропорциональное выходному напряжению преобразователя, уменьшается, . уменьшается и напряжение рассогласования на выходе усилителя 75 (фиг. 8 о ), а напряжение на выходе компаратора 79 принимает нулевое значение (фиг. 8 о).Аналогично происходит работа устройства и при отрицательном знаке напряжения рассогласования (т.е. при уменьшении выходного напряжения). Например, при уменьшении напряжения с выхода усилителя 75 ниже значения У в момент С срабатывает компаратор 80 и положительный сигнал с его выхода (Фиг. 8), пройдя через элемент И 83, включает генератор 78 (фиг. 8 Р ). Совместная работа генератора 78 со счетчиком 88 с коэффициентом пересчета единица обеспечивает выдачу одного импульса на один из входов элемента ИЛИ 86. После выдачи импульса генератором 78 сигналом с выхода "четчика 88 он выключется,С выхода 1 лемента ИЛИ 86 имнульс поступает на вход реверсивного счетчика рспределителя 89 импульсов. Подачей положительного потениил с выхода компаратор 80 на установочныйвход счетчика распределителя 89 импульсов с момент времени(фиг. 8) осуществляется обратныйсдвиг импульсов на его выходе и подготавливается к работе усилитель-Формирователь для включения тиристора спорядковым номером 11-1. С приходомдевятого импульса с задающего генератора 76 на первые входы усилителейФормирователей (90-)(90-2 К ) в момент Ф (Фиг, 8 а ) управляющий импульс поступает на включение (Л 1-1)го тиристора умножителя частоты(фиг. 8 ж, в данном случае тиристора с номером 9),В результате изменения порядкавключения тиристоров напряжение 11пропорциональное выходному напряжению преобразователя, увеличивается,и следовательно, уменьшается напряжение рассогласования на выходе усилителя 75 (Фиг. 8 о ), а напряжениена выходе кольпаратора 80 принимаетнулевое значение (фиг. Я).Логический элемент НЕ 84, па входкоторого подают импульсы с задающегогенератора 76, осуществляет блокировку работы генераторов 77 и 78 приналичии импульсов с задающего генеаратора 76 с целью исключения срывовв работе. схемы.Совместная работа логических элементов ИЛИ-НЕ 85 и И 81 исключаетпрохождение импульсов с задающего генератора 76 на вход счетчика импульсов распределителя 89 при положительном сигнале на выходе любого из компараторов 79, 80 (в рассмотренном примере в моменты 1 и С ).Изменяя значения напряжений 11, и У, можно регулировать пороги срабатывания компараторов 79 и 80, а сле- довательно, и моменты перехода от известного способа фазового управления тиристорами к предлагаемому путем дискретного изменения угла их включения.Формула изобретенияСпособ регулирования выходного напряжения преобразователя переменного9 126 напряжения в постоянное, выполненного в виде последовательно соединенных магнитно-тиристорного умножителя частоты питающей сети в К раз с колебательным контуром на выходе, согласующего трансформатора и однофазного выпрямителя, заключающийся в последовательном переключении тиристоров и в изменении фазового угла включения этих тиристоров умножителя частоты, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения при динамических режимах работы путемуменьшеиия времени переходных процессов и перерегулирования выходного напряжения при динамичесь 1 Оких режимах работы, дополнительно кфазовому регулированию осуществляется дискретное изменение фазового угла включения укаэанных тиристоров путем изменения порядка их работы припереходных процессах по сравнениюсо статическим режимом таким образом, что при увеличеНии выходного напряжения включают (И+Э) й тиристор, 10 а при уменьшении выходного напряжения - (И-)-й тиристор, начиная скоторого тиристоры переключают впрежней последовательности, где Б -порядковый номер включения 15 тиристора в статическом режи -ме.,оставитель В,Ро .ехред Л.Олейник на Корректор М.Самборская актор А.Лежни Заказ 5792 55 Производственно-полиграФическое предприятие, г. ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж б 31 ВНИИПИ Государствен по делам изобрете3035, Москва, Ж, Р Подписноеого комитета СССРий и открытийушская наб д. 4/5