Устройство управления вентильным преобразователем

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к области преобразовательной техники и автоматизированного электронривода.
Известно устройство управления симисторным электроприводом 1, содержащее блок импульсно-фазового управления, усилитель импульсов с логическими элементами И на входе, синхронизирующий трансформатор, устройство регулирования и вентильный преобразователь, соединенные между собой соответствующим образом.
Недостатком данного устройства является отсутствие высокочастотного заполнения управляющих импульсов, что достигается обычно при помощи высокочастотного генератора, подключенного к одному из входов усилителя импульсов. В результате усилитель импульсов и импульсный трансформатор в управляющей цепи симистора имеют значительные габариты и низкий к.п.д.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению и взятым за прототип является устройство управления тиристорным преобразователем постоянного тока, являющееся основным функциональным блоком электропривода серии ЭПУ1, выпускаемого серийно ОАО «Чебоксарский электроаппаратный завод 2 и 3. Данное устройство имеет структуру, приведенную на фигЛ и содержит в своем составе блоки импульснофазового управления 1 с двумя входами и выходами, источник управляющего сигнала 2, устройство запуска 3, генератор высокочастотных импульсов 4, логические элементы И 5, усилители импульсов 6, подключенные через трансформаторы 7 к управляющим цепям вентилей преобразователя 8 и нагрузку 9, например, электродвигатель постоянного тока. Указанные блоки и элементы соединены между собой соответствующим образом и подключены к фазам синхронизирующего UA , UB,UC и питающего напряжения. Следует отметить, что за счет наличия в устройстве генератора высокочастотных импульсов, усилители импульсов, трансформаторы и устройство в целом имеют оптимальные массо-габаритные и энергетические показатели.
Недостаток прототипа заключается в том, что в нем отсутствует четкая синхронизация управляющих импульсов преобразователя в зависимости сигналов трех блоков - высокочастотного генератора, блока импульснофазового управления и устройства запуска. В прототипе к входам логических элементов И непосредственно подключены выходы блоков импульснофазового управления, генератора и устройства запуска. Поэтому в момент запуска, а также в процессе работы, фаза и длительность первого импульса, формируемого в управляющей цепи вентиля преобразователя, имеют временной дрейф и зависят от момента совпадения по времени трех выходных сигналов - от блока импульсно-фазового управления, высокочастотного генератора и устройства запуска. При этом первые два изменяются с разными частотами. Указанный недостаток отрицательно проявляется в работе силовой части преобразователя. При недостаточной длительности управляющего
.ioc тьз
сигнала происходит неполное отпирание структуры тиристора, что может привести к выходу его из строя и является особенно недопустимым для функционирования преобразователя, содержащего последовательно или параллельно соединенные тиристоры в силовой части. В этом случае некоторые тиристоры из числа соединенных параллельно или последовательно могут не открываться. В результате происходит недопустимая перегрузка по току открытых тиристоров при их параллельном соединении или - по напряжению неоткрывшихся тиристоров при их последовательном соединении. Таким образом, указанный недостаток затрудняет возможность применения данной системы управления, особенно высоковольтными преобразователями с напряжением питающей сети 6,10 кВ и более, которые обычно выполняются с последовательным соединением тиристоров до 6 штук в плече.
Технический результат заявляемого устройства - повышение надежности работы вентильного преобразователя и расширение функциональных возможностей. Технический результат достигается тем, что в устройство управления вентильным преобразователем, содержащее m блоков импульсно-фазового регулирования, первые входы которых соединены с фазами синхронизирующего напряжения питающей сети, а вторые - с источником управляющего сигнала, генератор высокочастотных импульсов, устройство запуска и 2 m логических элементов И, выходы которых через усилители импульсов и трансформаторы подключены к управляющим цепям соответствующих вентилей преобразователя, дополнительно введено устройство высокочастотной синхронизации, входы которого подключены к блокам  - -i.l l/C
/ .y  пульсно-фазового регулирования, генератору высокочастотных импульсов и устройству запуска, а выходы - к соответствующим входам 2 m логических элементов И. Устройство высокочастотной синхронизации содержит (2 m +1) D-триггеров и один логический элемент И, С-входы триггеров и первый вход элемента И подключены к выходу генератора импульсов, D-вход каждого из 2 m триггеров подключен к соответствующему выходу блоков импульснофазового регулирования, а выход триггеров - к первому входу логических элементов И, D-вход (2 т+1) триггера соединен с устройством запуска, выход триггера подключен к второму входу дополнительного элемента И, а выход последнего соединен с вторыми входами 2 m логических элементов И. Отличительной особенностью полезной модели является то, что повышение надежности работы вентильного преобразователя и расширение функциональных возможностей достигается за счет дополнительного введения в каналы формирования управляющих импульсов устройства высокочастотной синхронизации импульсов.
Устройство высокочастотной синхронизации может быть выполнено по различным схемам. Нами предложено устройство на D-триггерах и логическом элементе И, подключенных соответствующим образом к входным и выходным цепям указанных выше элементов и между собой. В результате генератор высокочастотных импульсов формирует управляющие импульсы постоянной длительности как в стационарном режиме так и при запуске, что повышает надежность работы силовых вентилей и снимает дополнительные
А/ у JJMi Ciii A /
расширяет область применения предлагаемого устройства для систем электропривода большой мощности и высоковольтных преобразователей.
На фиг.2 приведена схема заявляемого устройства управления вентильным преобразователем, где приняты следующие обозначения:
1 - блоки импульсно-фазового регулирования. Их количество равно числу фаз (т) напряжения питающей сети переменного тока;
2-источник управляющего сигнала;
3-устройство запуска, например, выключатель (тумблер);
4-генератор высокочастотных импульсов;
5-логические элементы И;
6-усилители импульсов;
7-импульсные трансформаторы;
8-ш-фазный вентильный преобразователь постоянного или переменного тока, например, управляемый ш-фазный выпрямитель или ш встречнопараллельно включенных тиристоров;
9-нагрузка, например, электродвигатель постоянного или переменного тока;
10-устройство высокочастотной синхронизации, состоящее, например, из
(2т+1) D-триггеров 11, 12 и логического элемента 13.
Количество логических элементов, усилителей и трансформаторов (5,6,7) соответственно равно удвоенному числу фаз (2 т) напряжения питающей сети. В предлагаемом устройстве блоки импульсно-фазового регулирования 1, каждый с двумя входами и выходами, по цепи первых входов подключены к
фазам Ui..., Umнапряжения синхронизации, a но цени вторых входов соединены с источником управляющего сигнала 2. Устройство запуска 3, генератор высокочастотных импульсов 4 подключены к входам логических элементов И 5, которые, в свою очередь подключены через усилители импульсов 6 и трансформаторы 7 к управляющим цепям вентильного преобразователя 8 с нагрузкой 9, через устройство высокочастотной синхронизации 10, в состав которого входят (2 ш +1) D-триггеров 11,12 и логический элемент И 13. Dвходы триггеров 11 подключены к соответствующим выходам блоков импульсно-фазового регулирования 1, выходы D-триггеров 11 подключены к первым входам логических элементов 5, D-вход триггера 12 подключен к выходу устройства запуска, а выход триггера соединен с первым входом логического элемента 13, С-входы D-триггеров 11,12 и второй вход логического элемента 13 присоединены к выходу генератора высокочастотных импульсов 4. Устройство 10 может быть выполнено на базе D-триггеров, либо на другой эквивалентной элементной базе.
Работа устройства происходит следующим образом.
Для определенности изложения будем считать, что на первые входы блоков импульсно-фазового регулирования 1 поданы напряжения синхронизации питающей сети Ui, Um, а на вторые входы поступает сигнал от источника управляющего сигнала 2. Под действием этих сигналов блоки 1 формируют на своих выходах сигналы типа «меандр с частотой напряжения синхронизации. При этом выходные сигналы блоков смещены друг относительно друга на фазовый угол в соответствии с т-фазной системой напряжений синхро Vl
низации. Кроме того, выходные сигналы блоков смещены относительно соответствующей фазы напряжения синхронизации на угол а по первому выходу и угол (а+л) по второму выходу, величина угла задается уровнем выходного сигнала управляющего устройства 2. Длительность выходных сигналов блоков устанавливается равной примерно от 10 эл.градусов до 180 эл.градусов в зависимости от конкретного исполнения силовой части вентильного преобразователя и вида нагрузки. Выходные сигналы блоков 1 подаются на D-входы триггеров 11, а на С-входы поступают импульсы с выхода генератора высокочастотных импульсов 4. Известно, что D-триггер передает информацию с D-входа на выход по переднему фронту импульса на С-входе. Поэтому выходные сигналы блоков 1 передаются на выход D-триггеров синхронно с передним фронтом импульсов высокочастотного генератора. С выхода D-триггеров 11 эти сигналы подаются на первые входы логических элементов И 5. Сигналы на выходах последних появляются в зависимости от сигналов на вторых входах указанных элементов, которые в свою очередь задаются состоянием устройства запуска 3 и формируются D-триггером 12 и логическим элементом 13. Если устройство запуска 3 находится в рабочем состоянии (контакт замкнут), то на выходе логического элемента 13 формируются высокочастотные импульсы, повторяющие выходные сигналы высокочастотного генератора в момент, совпадающий с передним фронтом импульса, т.е. без дрейфа фазы и длительности. Эти импульсы поступают на вторые входы логических элементов 5. В результате на выходе логических
, уду/f
/ /   /
,;tt - ответствующего блока импульсно-фазового регулирования. При этом все промодулированные высокочастотные импульсы имеют постоянную длительность, равную длительности импульса генератора и совпадают с передними фронтами высокочастотных импульсов. Последнее достигается за счет вышеуказанной синхронизации выходных сигналов блоков импульснофазового регулирования импульсами высокочастотного генератора с помощью D-триггеров устройства высокочастотной синхронизации 10. Промодулированные импульсы с выхода логических элементов 5 поступают на управляющие входы вентилей преобразователя 8 через усилители 6 и малогабаритные трансформаторы 7. При этом в стационарных и пусковых режимах работы происходит надежное и качественное отпирание соответствующих вентилей преобразователя как при одиночном, так при последовательном или параллельном их соединении.
Рассмотрим подробнее работу узла синхронизации устройства запуска.
При нерабочем состоянии устройства запуска (контакт разомкнут) на D-вход триггера 12 поступает сигнал нулевого уровня. На С-вход триггера поступают импульсы высокочастотного генератора, которые одновременно подаются на первый вход логического элемента 13. Па выходе D-триггера устанавливается сигнал нулевого уровня, который поступает на второй вход вышеуказанного логического элемента И. Па выходе логического элемента 13 присутствует сигнал нулевого уровня, который подается на вторые входы логических элементов 5 . Этим сигналом блокируется работа вышеуказанных
При переводе устройства запуска в рабочее состояние (контакт замкнут) на D-входе появляется сигнал единичного уровня. На его выходе будет единичный сигнал в момент появления на С-входе переднего фронта импульса высокочастотного генератора. Единичный сигнал с выхода D-триггера поступает на второй вход логического элемента 13, на его выходе появляются высокочастотные импульсы. При этом первый из «пачки высокочастотных импульсов имеет одинаковую длительность с последующими. Импульсы с выхода вышеуказанного логического элемента подаются на вторые входы логических элементов 5. В результате, первый и последующие импульсы, поступающие с выхода логических элементов на управляющие цепи вентилей преобразователя, при запуске обеспечивают надежное отпирание последних.
Таким образом, предлагаемое устройство управления повышает надежность работы вентильного преобразователя, расширяет функциональные возможности и может быть применено для исполнений с последовательным и параллельным соединением тиристоров.
)
Источники известности:
1 Авторское свидетельство №1396233, кл.НО2Р 7/28, 1988г. 2 Электроприводы унифицированные трехфазные серии ЭПУ1М. Промышленный каталог 08.48.11-99. УДК62-83:621.9.06 (085), ГРНТИ 45.41.33, стр.10.
3 Электроприводы унифицированные трехфазные серии ЭПУ1М. Техническое описание ИГФР.654674.002 ТО4, стр.37 (блок управления 1, копия прилагается).