УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к областям преобразовательной техники и автоматизированного электропривода.
Известно устройство импульсно-фазового управления трехфазным тиристорным преобразователем, содержащее управляющий орган и три канала управления, каждый из которых состоит из узла синхронизации, фильтра, пороговых элементов, формирователя синхроимпульсов, генератора пилообразного напряжения, нуль-органа, триггера, формирователя длительности импульсов, распределителей и усилителей импульсов, импульсных трансформаторов с выходами, подсоединенными к управляющим цепям тиристорного преобразователя, нагруженного на якорную цепь электродвигателя [1].
Недостатком данного устройства является малая длительность импульсов управления тиристорным преобразователем (примерно 10 электрических градусов), что может привести к самопроизвольному запиранию тиристоров при колебаниях напряжения питающей сети, большом угле коммутации, быстром изменении противо-ЭДС в цепи нагрузки.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению и взятым за прототип является устройство импульсно-фазового управления трехфазным тиристорным преобразователем электропривода серии ЭПУ1М,
состоящее из управляющего органа, генератора высокочастотных импульсов и трех однотипных каналов управления [2].
Для уменьшения габаритных размеров импульсных трансформаторов и снижения мощности, потребляемой управляющими цепями тиристорного преобразователя от системы регулирования, в устройстве импульсно-фазового управления (далее устройстве) прототипа применяется модуляция импульсов управления высокочастотными (10÷15 кГц) импульсами, вырабатываемыми генератором высокочастотных импульсов.
На фиг.1 приведена функциональная схема устройства прототипа. Для упрощения показан только один канал управления (применительно к управлению одной фазой тиристорного преобразователя), где:
1 - узел синхронизации;
2 - фильтр;
3, 4 - пороговые элементы;
5 - формирователь синхроимпульсов;
6 - генератор пилообразного напряжения;
7 - управляющий орган;
8 - нуль-орган;
9 - триггер;
10 - формирователь длительности импульсов;
11 - генератор высокочастотных импульсов;
12, 13 - распределители импульсов;
14, 15 - усилители импульсов;
16, 17 - элементы гальванической развязки (например, импульсные трансформаторы);
18 - тиристорный преобразователь;
19 - нагрузка тиристорного преобразователя (например, якорная цепь электродвигателя).
На фиг.2 приведены диаграммы работы канала управления устройства прототипа, где:
1
U - напряжение фазы питающей сети на силовом входе тиристорного преобразователя 18;
2
U - напряжение фазовой синхронизации, сдвинутое по фазе фильтром 2;
3
u - напряжение на выходе генератора пилообразного напряжения 6;
4
U - напряжение на выходе управляющего органа 7;
τ - длительность модулированных импульсов управления в управляющих цепях тиристорного преобразователя 18;
α - угол регулирования.
Узлы 1÷5 осуществляют синхронизацию генератора пилообразных напряжений 6 с питающей сетью. При угле регулирования а, задаваемым управляющим органом 7, переключается нуль-орган 8, срабатывает триггер 9 и запускается формирователь длительности импульсов 10. Триггер 9 устанавливается в исходное состояние каждый полупериод сети узкими синхроимпульсами с выхода узла 5. Сформированные узлом 10 импульсы управления модулируются высокой частотой генератора 11 и распределяются
по управляющим цепям тиристорного преобразователя 18 узлами 12, 14, 16 и 13, 15, 17, пропускающими импульсы в противофазных зонах «а» и «х» соответственно.
Недостатком устройства прототипа является использование в каждом канале управления триггера 9 и формирователя длительности импульсов 10, ведущее к усложнению схемы устройства и снижению надежности тиристорного преобразователя.
Надежность тиристорного преобразователя снижается вследствие фиксированной длительности импульса управления, задаваемой формирователем длительности импульсов, что может привести к неустойчивой работе тиристорного преобразователя при различных видах нагрузки.
При нагрузке в виде якоря электродвигателя возможно самопроизвольное запирание тиристоров в режиме прерывистого тока при колебаниях напряжения питающей сети или быстром изменении противо-ЭДС нагрузки.
При нагрузке в виде обмотки возбуждения электродвигателя возможно самопроизвольное запирание тиристоров и пропадание тока возбуждения за счет трансформации напряжения с якоря электродвигателя в обмотку возбуждения при бросках тока якоря в пусковых режимах электродвигателя.
При нагрузке в виде активно-индуктивной нагрузки с большой электромагнитной постоянной времени (например, обмотки возбуждения
электрической машины) ток через тиристор за время фиксированного импульса управления может не нарасти до величины тока удержания.
Технический результат заявляемого решения - упрощение схемы устройства и повышение надежности тиристорного преобразователя.
Технический результат достигается тем, что в устройстве импульсно-фазового управления тиристорным преобразователем, состоящем из управляющего органа, генератора высокочастотных импульсов, каналов управления, количество которых равно числу фаз питающей сети, и содержащем в каждом канале управления узел синхронизации, фильтр, вход которого подсоединен к выходу узла синхронизации, первый и второй пороговые элементы, входы которых подключены к выходу фильтра, формирователь синхроимпульсов, входы которого подсоединены к выходам пороговых элементов, генератор пилообразного напряжения, вход которого подключен к выходу формирователя синхроимпульсов, нуль-орган, первый вход которого подсоединен к выходу генератора пилообразного напряжения, а второй вход - к выходу управляющего органа, первый и второй распределители импульсов, первые входы которых подключены к выходам одноименных пороговых элементов, первый и второй усилители импульсов, входы которых подсоединены к выходам одноименных распределителей импульсов, первый и второй элементы гальванической развязки, входы которых подключены к выходам одноименных усилителей импульсов, а выходы - к противофазным управляющим цепям тиристорного преобразователя, выход нуль-органа каждого канала управления
подсоединен к вторым входам распределителей импульсов одноименного канала и к выходу генератора высокочастотных импульсов.
Отличительной особенностью полезной модели является то, что упрощение схемы устройства и повышение надежности тиристорного преобразователя достигается за счет исключения в каждом канале управления триггера и формирователя длительности импульсов.
На фиг.3 приведена функциональная схема заявляемого устройства (для упрощения показан только один канал управления), где приняты обозначения, аналогичные фиг.1.
На фиг.4 приведены диаграммы работы канала управления заявляемого устройства, где приняты обозначения, аналогичные фиг.2.
В предлагаемом устройстве в каждом канале управления выход узла синхронизации 1 подсоединен к входу фильтра 2, выход фильтра 2 подключен к входам пороговых элементов 3, 4, выходы которых подсоединены к входам формирователя синхроимпульсов 5 и к первым входам распределителей импульсов 12, 13, выход формирователя синхроимпульсов 5 подключен к входу генератора пилообразного напряжения 6, выход которого подсоединен к первому входу нуль-органа 8, второй вход которого подключен к выходу управляющего органа 7, выход нуль-органа 8 подсоединен к вторым входам распределителей импульсов 12, 13 и выходу генератора высокочастотных импульсов 11, выходы распределителей импульсов 12, 13 подключены к входам усилителей импульсов 14, 15 соответственно, выходы усилителей импульсов 14, 15
подсоединены к входам элементов гальванической развязки 16, 17 соответственно, выходы элементов гальванической развязки 16, 17 подключены к противофазным управляющим цепям тиристорного преобразователя 18.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
3
4
y
3
4
Напряжение фазовой синхронизации поступает на узел синхронизации 1 и сдвигается по фазе фильтром 2. Пороговые элементы 3, 4 определяют зоны разрешения выдачи импульсов управления «а» и «х» соответственно (сдвиг по фазе между зонами равен 180 электрических градусов). Формирователь синхроимпульсов 5 осуществляет синхронизацию работы генератора пилообразного напряжения 6 с питающей сетью. На входах нуль-органа 8 сравниваются пилообразное напряжение U с двойной частотой питающей сети, поступающее с выхода генератора 6, и выходное напряжение U управляющего органа 7, на вход которого поступает сигнал управления U от системы регулирования. При нарастании пилообразного напряжения U до величины, равной выходному напряжению U управляющего органа 7 (т.е. при угле регулирования α), переключается нуль-орган 8. Импульсы управления, промодулированные генератором высокочастотных импульсов 11, поступают на распределители импульсов 12, 13. Импульс управления с выхода распределителя импульсов 12 проходит через усилитель импульсов 14 и элемент гальванической развязки 16 в управляющую цепь тиристорного преобразователя 18, соответствующую зоне «а». Противофазный импульс управления с выхода распределителя импульсов 13 проходит через усилитель
импульсов 15 и элемент гальванической развязки 17 в управляющую цепь тиристорного преобразователя 18, соответствующую зоне «х».
В предлагаемом устройстве передний фронт импульса управления определяется, как и в устройстве прототипа, углом регулирования а, но задний фронт импульса управления формируется при сбросе выходного напряжения генератора пилообразного напряжения 6 в момент поступления на его вход синхроимпульса с выхода формирователя синхроимпульсов 5. Длительность τ модулированного импульса управления в предлагаемом устройстве является переменной величиной, причем его длительность больше длительности фиксированного модулированного импульса управления в устройстве прототипа. Это обеспечивает повторное включение тиристоров при их самопроизвольном запирании.
Таким образом, заявляемое решение позволяет упростить схему устройства импульсно-фазового управления тиристорным преобразователем и обеспечить надежную работу тиристорного преобразователя независимо от вида нагрузки.
Частным случаем устройства импульсно-фазового управления многофазным тиристорным преобразователем является устройство импульсно-фазового управления однофазным тиристорным преобразователем, состоящее из управляющего органа, генератора высокочастотных импульсов и одного канала управления.
Источники известности:
[1] Перельмутер В.М., Сидоренко В.А. Системы управления тиристорными электроприводами постоянного тока. М: Энергоатомиздат, 1988, с.40...45.
[2] Электроприводы унифицированные трехфазные серии ЭПУ1М. Промышленный каталог 08.41.11-99, УДК 62-83: 621.9.06 (085), ГРНТИ 45.41.33, С.7...12.