УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ КОНТАКТОРОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к электронным устройствам импульсного фазового управления вентильными преобразователями и может быть использована преимущественно в устройствах с биполярными вентилями, в частности в аппаратуре управления током однофазных рельсосварочных машин для контактно-стыковой сварки.
Известно устройство фазового управления сварочным током однофазных контактных машин, содержащее узел синхронизации, узел задержки, формирователь управляющих импульсов вентильным прерывателем сварочного тока, коммутатор, и два преобразователя, определяющих фазу включения сварочного тока (А.с. СССР №1134332, МПК В23К 11/24).
Недостатком известного устройства является его работа с постоянным коэффициентом мощности на неизменяемую в процессе работы нагрузку в режиме точечной контактно-стыковой сварки.
Наиболее близким по своим техническим характеристикам к заявляемой полезной модели является устройство для управления тиристорным контактором переменного тока, содержащее блок синхронизации от тока нагрузки, выполненный на основе разделительного трансформатора, формирователя прямоугольных импульсов, двух формирователей коротких импульсов и элемента 2 ИЛИ, RST-триггер, два формирователя выходных импульсов и блок импульсно-фазового управления, при этом первичная обмотка разделительного трансформатора подключена параллельно тиристорам контактора, а вторичная - к входу формирователя прямоугольных импульсов, противофазные выходы которого подключены к R- и S-входам RST-триггера и через формирователи коротких импульсов к входам элемента 2 ИЛИ, вход блока импульсно-фазового управления подключен к выходу элемента 2 ИЛИ, а выход, - к Т-входу триггера, при этом прямой и инверсный выходы триггера через формирователи выходных импульсов подключены к управляющим электродам тиристоров контактора (А.с. СССР №1534673, МПК Н02М 1/08).
Недостатком прототипа является отсутствие возможности учета фазы питающего напряжения в процессе регулирования мощности в нагрузке.
Технической задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства, а именно, создание устройства управления тиристорным контактором переменного тока, посредством которого будет возможно задавать и регулировать мощность в нагрузке с одновременной синхронизацией работы от фазы тока нагрузки и от фазы питающего напряжения.
Решение технической задачи достигается тем, что устройство для управления тиристорным контактором: переменного тока, содержащее блок синхронизации от тока нагрузки, RST-триггер, два формирователя выходных импульсов и блок импульсно-фазового управления, дополнительно снабжено блоком синхронизации от питающего напряжения выполненным аналогично блоку синхронизации от тока нагрузки, и блоком совпадения, при этом первый вход блока совпадения через блок импульсно-фазового управления соединен с элементом 2 ИЛИ блока синхронизации от питающего напряжения, а второй - с элементом 2 ИЛИ блока синхронизации от тока нагрузки, а выход блока совпадения подключен к Т-входу триггера.
На фиг.1 показана функциональная схема устройства для управления тиристорным контактором переменного тока, на фиг.2 - временные диаграммы в характерных точках, поясняющие принцип работы устройства.
Устройство содержит: тиристорный контактор 1, соединенный последовательно с нагрузкой 2; блок синхронизации от тока нагрузки 3 состоящий из: разделительного трансформатора А, первичная обмотка которого подключена параллельно тиристорному контактору 1, формирователя прямоугольных импульсов Б, два входа которого соединены с противофазными выводами вторичной обмотки разделительного трансформатора А, двух формирователей коротких импульсов В, входы которых подключены к противофазным выходам формирователя прямоугольных импульсов Б, элемента 2 ИЛИ Г, входы которого соединены с выходами формирователей коротких импульсов В, блок синхронизации от питающего напряжения 4 состоящий из: разделительного трансформатора А, первичная обмотка которого подключена к зажимам питающего напряжения 5 и 6, формирователя прямоугольных импульсов Б, два входа которого соединены с противофазными выводами вторичной обмотки разделительного трансформатора А, двух формирователей коротких импульсов В, входы которых подключены к противофазным выходам формирователя прямоугольных импульсов Б, элемента 2 ИЛИ Г, входы которого соединены с выходами формирователей коротких импульсов В; блок импульсно-фазового управления (СИФУ) 7 вход которого соединен с выходом элемента 2 ИЛИ Г блока синхронизации от питающего напряжения 4; блок совпадения 8, один вход которого соединен с выходом блока СИФУ 7, а второй - с выходом элемента 2 ИЛИ Г блока синхронизации от тока нагрузки 3; RST-триггер 9, прямой и инверсный входы которого подключены соответственно к противофазным выходам формирователя прямоугольных импульсов Б блока синхронизации от тока нагрузки 3, а тактируемый вход Т, RST-триггера 9, подключен к выходу блока совпадения 8; два формирователя управляющих импульсов 10, подключенные своими входами к выходам RST-триггера 9, а выходами - соответственно к управляющей цепи первого и второго тиристора контактора 1.
п
у
На фиг.2 обозначены питающее напряжение (на зажимах 5 и 6) и напряжение на первичной обмотке разделительного трансформатора А, блока синхронизации от питающего напряжения 4 (а), напряжение на первичной обмотке разделительного трансформатора А, блока синхронизации от тока нагрузки 3 (б) (в случае индуктивной нагрузки), напряжения на противофазных выходах формирователя прямоугольных импульсов Б блока синхронизации от питающего напряжения 4 (в и г), напряжения на противофазных выходах формирователя прямоугольных импульсов Б блока синхронизации от тока нагрузки 3 (в' и г'), напряжения на выходах формирователей коротких импульсов В блока синхронизации от питающего напряжения 4 (д и е), напряжения на выходах формирователей коротких импульсов В блока синхронизации от тока нагрузки 3 (д' и е'), напряжение на выходе элемента 2 ИЛИ Г блока синхронизации от питающего напряжения 4 (ж), напряжение на выходе элемента 2 ИЛИ Г блока синхронизации от тока нагрузки (ж'), напряжения на элементах блока СИФУ 7, пилообразное U и напряжение управления U (з), напряжение на выходе блока СИФУ 7 (и), напряжение на выходе блока совпадения 8 (и'), напряжение на нагрузке (к).
Устройство работает следующим образом.
1
4
4
8
п
у
п
1
3
4
7
1
3
5
7
у
п
3
7
2
3
6
7
При подаче напряжения питания на вводные зажимы 5 и 6 (фиг.2а), на противофазных выходах формирователя прямоугольных импульсов Б блока синхронизации от питающего напряжения 4 формируются прямоугольные импульсы длительностью равной длительности полупериода питающего напряжения (фиг.2в, г, интервал времени t-t, t-t), на выходах формирователей коротких импульсов В, блока синхронизации от питающего напряжения 4 - узкие импульсы (фиг.2д, е), в моменты времени, соответствующие естественному переходу через ноль напряжения питания. На выходе элемента 2 ИЛИ Г блока синхронизации от питающего напряжения 4 формируются узкие импульсы через каждые 180° (фиг.2ж), с помощью которых в блоке СИФУ 7 формируется пилообразное напряжение U. (фиг.2з). При напряжении управления U, меньшем по величине пилообразного U (фиг.2з), в интервале времени t-t, t-t на выходе блока СИФУ 7 и, следовательно, на тактируемом входе RST-триггера 9 присутствует логический «0» тиристоры контактора 1 закрыты (фиг.2б интервал времени t-t, t-t), напряжение на нагрузке 2 равно нулю (фиг.2к). В момент равенства напряжения управления U, и пилообразного напряжения U. (моменты времени t, t) на выходе блока СИФУ 7, формируется логическая «1» (фиг.2и) которая поступает на один из входов блока совпадения 8. Блок совпадения 8 при поступлении на его оба входа логической «1» с блока СИФУ 7 (фиг.2и), и короткого импульса с элемента 2 ИЛИ Г блока синхронизации от тока нагрузки 3 (фиг.2ж'), по пришествии любого последнего из них формирует импульс запуска триггера (фиг.2и'). RST-триггер 9 при этом переключается и на его выходе (прямом или инверсном) и, следовательно, на выходе соответствующего формирователя управляющих импульсов 10 формируется импульс, отпирающий соответствующий тиристор, на нагрузке появляется напряжение (фиг.2к). При этом на противофазных выходах формирователя прямоугольных импульсов Б блока синхронизации от тока нагрузки 3 формируются прямоугольные импульсы длительностью t-t, t-t (фиг.2 в', г'). На выходах формирователей коротких импульсов В, блока синхронизации от тока нагрузки 3 - узкие импульсы (фиг.2 д', е'), в моменты времени, соответствующие естественному переходу через ноль тока нагрузки. На выходе элемента 2 ИЛИ Г блока синхронизации от тока нагрузки 3 формируются узкие импульсы (фиг.2ж) в моменты времени, соответствующие естественному переходу через ноль тока нагрузки.
у
п
8
9
8
9
у
При равенстве напряжений управления U, и пилообразного напряжения U. (интервал времени t-t фиг.2з) на выходе блока СИФУ 7, формируются импульсы (фиг.2и) в моменты времени, соответствующие естественному переходу через ноль напряжения питания. В случае совпадения фаз напряжения питания и тока нагрузки, что характерно для нагрузки имеющей активный характер, угол управления α=0 и к нагрузке прикладывается полное напряжение питающей сети (фиг.2а, интервал времени t-t). В случае несовпадения фаз напряжения питания и тока нагрузки (фиг.2б), что характерно для нагрузки имеющей индуктивный характер, блок совпадения корректирует угол управления α>0 на величину отставания фазы тока нагрузки, от фазы напряжения питания (фиг.2и') предотвращая аварийный режим работы электрооборудования. При напряжении управления U=180°, тиристоры не открываются и напряжение на нагрузке равно нулю. Таким образом, устройство позволяет при изменении напряжения управления от нуля до максимального регулировать напряжение на нагрузке.
Наличие блока синхронизации от питающего напряжения в предлагаемом устройстве повышает надежность и долговечность электрооборудования, стабильность характеристик регулирования и, как следствие, качество сварного соединения потому, что позволяет избежать: намагничивания сердечника сварочного трансформатора, длительных переходных процессов и коротких замыканий.
Предлагаемое устройство позволяет расширить функциональные возможности, управления тиристорным контактором переменного тока, задавая и регулируя мощность в нагрузке с одновременной синхронизацией работы от фазы тока нагрузки и от фазы питающего напряжения.