Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к электротехнике. Устройство содержит управляемый элемент - трансформатор-фазовращатель только в одной из фаз. Две другие фазы вместо трансформаторов-фазовращателей содержат фазосдвигающие фильтры, обеспечивающие при соответствующей настройке сдвиг выходного синусоидального напряжения трансформатора-фазовращателя на угол +2Π/3 и -2Π/3 . При этом реализуется передаточная функция фильтра Kф(p) = 1-RфCфp/1+RфCфp . В результате модуль напряжения на выходе фильтра относительно общей шины схемы при управлении фазой остается неизменным. Благодаря тому, что форма напряжения на выходе трансформатора-фазовращателя, выполненного по симметричной схеме, очень близка к синусоидальной при соответствующем подборе сопротивления резистора и фиксированной емкости конденсатора фильтра, достигается высокая точность управления тиристорным преобразователем. В рабочем диапазоне разброс управляющих импульсов по фазам не превышает ± 1 - 2 эл. град. 4 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2012984
Класс(ы) патента: H02M3/10
Номер заявки: 5045141/07
Дата подачи заявки: 01.06.1992
Дата публикации: 15.05.1994
Заявитель(и): Рейнгольд Ю.Р.; Кленчева Т.С.; Бенедиктов А.А.; Шухтерева Г.С.
Автор(ы): Рейнгольд Ю.Р.; Кленчева Т.С.; Бенедиктов А.А.; Шухтерева Г.С.
Патентообладатель(и): Рейнгольд Юрий Рудольфович
Описание изобретения: Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для импульсно-фазового управления трехфазным тирис- торным преобразователем.
Наибольшее распространение в общепромышленных тиристорных электроприводах получили чисто электронные системы импульсно-фазового управления (СИФУ), работающие по "вертикальному" принципу.
В многоканальных СИФУ в качестве опорного в каждой фазе преобразователя используется синусоидальное или пилообразное напряжение. Импульс формируется в момент равенства опорного напряжения и сигнала управления.
Известны трехфазные одноканальные электронные СИФУ, в которых опорное напряжение формируется только в одной фазе, а управляющие импульсы для других двух фаз создаются с помощью цепей временных задержек различного вида.
Известно одноканальное устройство для фазового управления тиристорным преобразователем, содержащее общий управляемый генератор, соединенный с источником управляющего напряжения и распределителем импульсов, снабженное сумматором, цифроаналоговым преобразователем, широтно-импульсным демодулятором, реверсивным счетчиком, дизъюнктором и тремя формирователями узких импульсов, входы которых служат для подключения к питающей сети, причем выходы формирователей импульсов подключены к входам дизъюнктора, выход которого подключен к входу сложения реверсивного счетчика, вход вычитания которого подключен к выходу управляемого генератора, выход первого разряда через широтно-им- пульсный демодулятор - к входу сумматора, другой вход которого через цифроаналоговый преобразователь подключен к выходам остальных разрядов реверсивного счетчика, а выход сумматора подключен к входу управляемого генератора.
Известно также одноканальное синхронное фазосдвигающее устройство, содержащее формирователь синхроимпульсов, связанный первым выходом с входом узла сдвига основных импульсов и вторым выходом - с входом узла сдвига приоритетных импульсов, распределитель импульсов, соединенный входами с выходами узлов сдвига импульсов, снабженное неуправляемым элементом задержки, а узлы сдвига основных импульсов и приоритетных импульсов образованы n последовательно включенными управляемыми элементами задержки импульсов, где n > 3 - число, ограничиваемое допустимой ошибкой преобразования управляющего напряжения в фазу импульсов, причем неуправляемый элемент задержки введен между выходом формирователя синхроимпульсов и узлом сдвига основных импульсов.
Недостатком как многоканальных, так и одноканальных чисто электронных СИФУ, работающих по "вертикальному" принципу, является относительная сложность устройств, что вызывает трудности при обслуживании их средним техническим персоналом. Устройство обладают недостаточной помехозащищенностью, особенно в условиях искажений и глубоких просадок напряжения сети. Для питания устройств требуются источники с высокой степенью стабилизации выходного напряжения, которые сами по себе являются достаточно сложными изделиями.
Для таких объектов, как электроприводы экскаваторов, стационарных и передвижных буровых установок и других аналогичных механизмов, работающих в условиях искажения и глубоких просадок питающей сети (часто автономной и соизмеримой мощности), нашли применение "горизонтальные" СИФУ, в которых используется в качестве управляемого фазорегулятора трансформатор-фазовращатель.
Как показывает опыт эксплуатации (5--7), СИФУ на базе трансфазовращателей в указанных выше условиях (3, 8, 9) обладает высокой надежностью, стабильностью характеристик и повышенной помехозащищенностью. В них отсутствуют элементы, требующие в процессе эксплуатации подрегулировки. Для питания СИФУ не нужны прецизионные источники, так как стабильность ее характеристик управления при колебаниях напряжения сети определяется внутренними свойствами трансформатора-фазовращателя, представляющего собой магнитный мост, в котором взаимное фазовое положение векторов входной и выходной обмоток моста сохраняется при изменении их абсолютной величины, т. е. изменяется только масштаб векторной диаграммы. Повышенная помехозащищенность обеспечивается благодаря наличию гальванической развязки между цепями управления и обмотками переменного тока.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является устройство для импульсно-фазового управления трехфазным тиристорным преобразователем, содержащее трансформа- тор-фазовращатель с дополнительной обмоткой смещения резистивным делителем на его выходе, дискриминатор в каждой фазе, состоящий из двух интегральных компараторов со стробирующим, прямым и инверсным входами, двух узлов блокировки управляющих импульсов, при этом узлы блокировки подключены между стробирующими входами соответствующих компараторов и средней точкой делителя напряжения, входы узлов блокировки управляющих импульсов фазы А подключены к выходам соответствующих компараторов фазы В, входы узлов блокировки фазы В подключены к выходам соответствующих компараторов фазы С, входы узлов блокировки фазы С подключены к выходам соответствующих компараторов фазы А.
Это устройство имеет ряд недостатков, которые обуславливают недостаточную точность управления, повышенные производственные затраты при изготовлении и создают ряд неудобств при его эксплуатации:
в состав СИФУ входят три трансфазовращателя (по одному в каждый канал), которые представляют собой сложные и по сравнению с другими комплектующими элементами относительно дорогие изделия. От их стоимости в значительной степени зависит цена СИФУ в целом;
разброс управляющих импульсов по фазам целиком зависит от того насколько близки друг другу характеристики управления, входящих в СИФУ трансфазовращателей. Поскольку при изготовлении полной идентичности трансфазовращателей получить не удается, в ряде случаев для трехфазных СИФУ возникает необходимость подбора элементов по тройкам. Это обстоятельство дополнительно удорожает производство и усложняет комплектацию объекта запасными изделиями. В среднем разброс характеристик трехканальных СИФУ по фазам обычно составляет 3-4 эл. градуса;
Фазировку СИФУ с сетью необходимо производить отдельно для каждой фазы устройства путем изменения фазы напряжения на входе трансфазовращателя с помощью фазосмещателя того или иного типа. Это усложняет процесс фазировки при эксплуатации преобразователя и вносит в установку начального угла управляющих импульсов по фазам дополнительные погрешности;
габаритные размеры устройства в основном определяются трансфазовращателем и при использовании трех элементов существенно увеличиваются, а полезное заполнение блока управления уменьшается.
Целью изобретения является повышение точности управления при одновременном упрощении устройства, его обслуживании, сокращении габаритных размеров и массы, снижении затрат на производство и стоимости изделия.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для импульсно-фазового управления трехфазным тиристорным преобразователем, содержащее трансформа- тор-фазовращатель с дополнительной обмоткой смещения и резистивным делителем на его выходе, дискриминатор в каждой фазе, состоящий из двух интегральных компараторов со стробирующим, прямым и инверсным входами, двух узлов блокировки управляющих импульсов, при этом узлы блокировки подключены между стробирующими входами соответствующих компараторов и средней точкой делителя напряжения, входы узлов блокировки управляющих импульсов фазы А подключены к выходам соответствующих компараторов фазы В, входы узлов блокировки фазы В подключены к выходам соответствующих компараторов фазы С, входы узлов блокировки фазы С подключены к выходам соответствующих компараторов фазы А, снабжено двумя фазосдвигающими фильтрами RC соответственно в фазе А и фазе С, двумя усилителями напряжения с резистивной нагрузкой, при этом общая точка резистивной нагрузки усилителей соединена со средней точкой делителя трансформатора-фазовращателя, входы усилителей в противофазе подключены к соответствующим выводам резистивного делителя трансформатора-фа- зовращателя, входные клеммы RC-фильтров фаз А и С подключены в противофазе к выходам усилителей, а общие выводы резистора и конденсатора фильтров подключено к противофазным входам соответствующих компараторов фаз А и С, два других противофазных входа компараторов фаз А и С через резисторы соединены с общей шиной, а в фазе В одноименные входы компараторов подключены к общей шине, а два других - к выходам усилителей, при этом трансформатор-фазовращатель выполнен по схеме симметричного магнитного моста, а фазосдвигающий фильтр выполнен реализующим передаточную функцию вида
Kф(P) = , где Rф - сопротивление фильтра;
Сф - емкость фильтра;
Р - оператор Лапласа.
По сравнению с прототипом предлагаемое устройство является одноканальным и содержит управляемый элемент-трансфазовращатель только в одной из фаз. Одноканальные аналоги предлагаемому устройству, использующие "горизонтальный принцип" управления неизвестны. Две другие фазы вместо трансформаторов-фазовращателей содержат фазосдвигающие фильтры, обеспечивающие при соответствующем выборе Rф и Сф сдвиг выходного синусоидального напряжения управляемого элемента - трансформатора-фазовращателя строго на угол + и - . Это достигается благодаря включению двух фильтров RC в противофазе через два усилителя, образующих на выходе трансформатора-фазовращателя линейный двухтактный усилитель, по мостовой схеме, в которой два плеча образует резистивная нагрузка усилителя. При этом реализуется передаточная функция фильтра Kф(P) = (см. приложение). В результате модуль напряжения на выходе фильтра относительно общей шины схемы при управлении фазой остается неизменным. Благодаря тому, что форма напряжения на выходе трансформатора-фазовращателя, выполненного по симметричной схеме, очень близка к синусоидальной, при соответствующем подборе сопротивления резистора и фиксированной емкости конденсатора фильтра, достигается более высокая точность управления тиристорным преобразователем. В рабочем диапазоне разброс управляющих импульсов по фазам не превышает ±1-2 эл. градусов.
Устройство значительно проще в производстве, имеет вдвое меньшие габаритные размеры, массу и стоимость. При его изготовлении на стадии заводской регулировки перед заливной компаундом не требуется строгого подбора характеристик трансформаторов-фазовращателей. Достаточно лишь обеспечить их относительную линейность на рабочем участке. Причем это требование существенно главным образом для реверсивных преобразователей. Устройство более удобно в эксплуатации. Так, например, фазировка управляющих импульсов с сетью производится одним фазосмещателем сразу для всех трех фаз преобразователя. Вследствие взаимозаменяемости ячеек сокращается количество запасных изделий. Конструктивно предлагаемое устройство импульсно-фазового управления выполнено в виде двух стандартных ячеек (ЯФУ-ячейка фазового управления с транс- фазовращателем и ЯФИ-ячейка формирования импульсов с фазосмещающими фильтрами и компараторами). Суммарная ширина лицевых панелей ячеек составляет всего 70 мм (в прототипе - 150 мм), что в большинстве случаев позволяет разместить в одной стандартной кассете БУК МЭК также систему автоматического регулирования и источник питания.
На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - векторная диаграмма фазосдвигающих фильтров; на фиг. 3 - векторная диаграмма напряжений на входе компараторов относительно общей шины схемы; на фиг. 4 - временные диаграммы напряжений в различных точках функциональной схемы; на фиг. 1 приложения - расчетная схема устройства и исходные уравнения Кирхгофа для построения векторных диаграмм; на фиг. 2 - расчетная схема для передаточной функции фильтра.
Устройство для импульсно-фазового управления трехфазным тиристорным преобразователем содержит трансформа- тор-фазовращатель 1 с входной обмоткой 2, обмоткой 3 управления, обмоткой 4 смещения, выходной обмоткой 5, резистивный делитель 6 на его выходе, усилители 7 и 8 с резистивной нагрузкой 9, при этом общая точка резистивной нагрузки 9 усилителей 7, 8 соединена со средней точкой делителя 6 трансформатора-фазовращателя 1, входы усилителей 7 и 8 в противофазе подключены к соответствующим выводам резистивного делителя 6 трансформатора-фазовращателя 1, два фильтра 10 (резистор 11, конденсатор 12), 13 (резистор 14, конденсатор 15). Входные клеммы RC-фильтров 10 и 13 фаз А и С подключены в противофазе к выходам усилителей 7 и 8. В фазе А содержится дискриминатор 16 с двумя интегральными компараторами 17 и 18, в фазе В - дискриминатор 19 с интегральным компараторами 20 и 21, в фазе С - дискриминатор 22 с интегральными компараторами 24 и 24, причем в каждой фазе содержит по два узла 25-30 блокировки управляющих импульсов. Общие точки резистора 11 и конденсатора 12 фильтра 10, резистора 15 и конденсатора 14 фильтра 13 подключены к противофазным входам компараторов 17, 18 фазы А и компараторов 23, 24 фазы С, два других противофазных входа компараторов 17, 18 и 23, 24 фаз А и С через резисторы соединены с общей шиной, а фазе В одноименные входы компараторов 20, 21 подключены к общей шине, а два других - к выходам усилителей 7, 8. Входы узлов 25, 26 блокировки управляющих импульсов фазы А подключены к выходам компараторов 20, 21 фазы В. Входы узлов 27, 28 блокировки фазы В подключены к выходам компараторов 23, 24 фазы С. Входы узлов 29, 30 блокировки фазы С подключены к выходам компараторов 17, 18 фазы А, при этом трансформатор-фазовращатель 1 выполнен по схеме симметричного магнитного моста, фазосдвигающий фильтр выполнен реализующим передаточную функцию вида
Kф(P) = , где Rф - сопротивление фильтра,
Сф - емкость фильтра;
р - оператор Лапласа.
Устройство работает следующим образом.
Регулируемое по фазе выходное напряжение трансформатора-фазовращателя 1 подается на входы усилителей 7, 8 с резистивной нагрузкой 9 и усиливается до напряжения ≈10 В. Выбор параметров фазосдвигающих фильтров 10 и 13 осуществляется таким образом, что напряжения на их выходе оказываются сдвинутыми относительно друг друга на угол . Из рассмотрения диаграммы фиг. 2 следует, что напряжение UOF фазы А опережает напряжение UОЕ прямого канала фазы В на угол , а напряжение UOG фазы С отстает на такой же угол. Из диаграммы следует, что на входе компараторов относительно общей шины схемы с помощью двух мостовых фильтров 10, 13 образуются четыре напряжения UOF, UOG, UOD, UOE, сдвинутые относительно друг друга на углы кратные . Напряжения UOF, UOE, UOG, образующие симметричную трехфазную систему, для управления тиристорами анодной группы выпрямителя подключаются к одноименным (инверсным) входам компараторов 18, 21, 24 соответственно фаз А, В, С. При этом в отрицательную полуволну напряжений на выходе компараторов образуются прямоугольные импульсы длительностью π(см. фиг. 4).
Напряжения UOF, UD и UOG, образующие несимметричную трехфазную систему, используются для формирования импульсов такой же длительности катодной группы выпрямителя. Для этого напряжения UOF и UOG подаются на прямой вход компараторов 17 и 23 фазы А и фазы С, а напряжение UOD на инверсный вход компаратора 20 прямого канала фазы В. При отсутствии стробирующего сигнала прямоугольные импульсы имеют длительность, равную π (заштрихованы на фиг. 4 сплошными и пунктирными линиями). Импульсы с наклонной штриховкой вправо относятся к анодной группе тиристоров, а с наклоном влево к катодной группе. С помощью узлов блокировки и 25-30, подключенных к стробирующим входам компараторов, формируются управляющие импульсы тиристоров длительностью . Для этого вход узла блокировки 25 фазы А подключен к выходу компаратора 20 фазы В, вход узла 27 блокировки фазы В подключен к выходу компаратора 23 фазы С, вход узла 29 блокировки фазы С подключен к выходу компаратора 17 фазы А. Полученные таким образом на выходе компараторов 17, 20, 23 управляющие импульсы длительностью после усиления (на фиг. 1 усилитель мощности не показан) служат для управления тиристорами катодной группы мостовой схемы преобразователя.
Аналогичным образом на выходе компараторов 18, 21 и 24 с помощью узлов блокировки 26, 28, 30 формируются управляющие импульсы длительностью для анодной группы тиристоров преобразователя.
Изобретение позволяет повысить точность управления при одновременном упрощении устройства и его обслуживания, сократить габаритные размеры и массу, снизить затраты на производство и стоимость изделия.
Для положительных направлений напряжений, указанных на фиг. 1, уравнения Кирхгофа имеют следующий вид:
UDE = UDF + UFE;
UOF = UDF - UDO; или в других обозначениях
UDE = URФ1 + UCФ1; (1)
UOF = URФ1 - UDO, где URФ1 = UDF - падение напряжения на резисторе фильтра Ф1 (поз. 1) на фиг. 1)
UCФ1 = UFE - падение напряжения на конденсаторе фильтра Ф1; для фазы С аналогично получают
UDE = UQE + UDG = URФ2 + UCФ2, (2)
UOG = UOE - UGE = UOE - URФ2
По уравнениям (1) и (2) на фиг. 2 и фиг. 3 построены векторные диаграммы фазосдвигающих фильтров и напряжений на входе компараторов относительно общей шины схемы устройства.
Для расчетной схемы фиг. 2 можно составить следующие уравнения:
IФ+IФRФ-Uo= 0,
IФ-IoRo-Uвых= 0,
Io= . Решая эти уравнения относительно Uвых, получают
Uвых= Если на вход принять падение напряжения на сопротивлении Ro Uвх = , то передаточная функция для ненагруженного фильтра будет иметь вид
Kф(P) = = Из полученной передаточной функции следует, что модуль функции не зависит от параметров фильтра и частоты питающего напряжения.
Формула изобретения: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ, содержащее трансформатор-фазовращатель с дополнительной обмоткой смещения и резистивным делителем на его выходе, дискриминатор в каждой фазе, состоящий из двух интегральных компараторов со стробирующим, прямым и инверсным входами, двух узлов блокировки управляющих импульсов, при этом узлы блокировки подключены между стробирующими входами соответствующих компараторов и средней точкой делителя напряжения, входы узлов блокировки управляющих импульсов фазы A подключены к выходам соответствующих компараторов фазы B, входы узлов блокировки фазы B - к выходам соответствующих компараторов фазы C, входы узлов блокировки фазы C - к выходам соответствующих компараторов фазы A, отличающееся тем, что оно снабжено двумя фазосдвигающими RC-фильтрами соответственно в фазах A и C, двумя усилителями напряжения с резистивной нагрузкой, при этом общая точка резистивной нагрузки усилителей соединена со средней точкой делителя трансформатора-фазовращателя, входы усилителей в противофазе подключены к соответствующим выводам резистивного делителя трансформатора-фазовращателя, входные клеммы RC-фильтров фаз A и C подключены в противофазе к выходам усилителей, а общие выводы резистора и конденсатора фильтров - к противофазным входам соответствующих компараторов фаз A и C, два других противофазных входа компараторов фаз A и C через резисторы соединены с общей шиной, а в фазе B одноименные входы компараторов подключены к общей шине, а два других - к выходам усилителей, при этом трансформатор-фазовращатель выполнен по схеме симметричного магнитного моста, фазосдвигающий фильтр выполнен реализующим передаточную функцию вида
Kф(P)= ,
где Rф - сопротивление фильтра;
Cф - емкость фильтра;
P - оператор Лапласа.