Способ регулирования выходного напряжения преобразователя переменного напряжения в постоянное

 

Изобретение относится к области регулируемых выпрямителей и может быть использовано в установках, где требуется сочетание глубокого регулирования пульсирующего напряжения с сохране1шем его качества Целью является улучшение качества выходного напряжения при динамическ1пс режимах работы, определяемого путем уменьшения времени переход1-1ых процессов, и перерегулирования выходного напряжения ,, Устройство содержит тиристоры ( т) 1-12, подключенные к одним выходным обмоткам 13-24 преобразователя числа фаз из трехфазного в двенад-

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ПЯ 011 (50 4 Н 02 М 7/145 б

"e«, аГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТХРЫТИЙ (21) 3803904/24-07 . (22) 22,10.84 (46) 30.10 ° 86. Бюл. If 40 (71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) P. А. Ахмеров, А. Л. Белозеров, P. Н. Бикметов и If. В. Бухмастова (53) 621.314.632(088.8) (56) Шипилло В. П. Автоматизирован-. ный вентипьный электропривод. M.:

Энергия, 1969, с. 400.

Динамика вентильного электропри-вода постоянного тока /Под ред.

А. Д. Поздеева. N.: Энергия, 1975, с. 224 °

Авторское свидетельство СССР

9 993409, кл. Н 02 М 7/155, 1983, О 3 (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО

НАПРЯЖЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к области регулируемых выпрямителей и может быть 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 содержит тиристоры у

° « (Т 1-12, подключенные к одним выход-; Ф ным обмоткам 13-24 преобразователя числа фаз из трехфазного в двенад1267565 цатифазное. Другие концы обмоток 1324 объединены и подключены к выводу первичной обмо гки согласующего триггера. Другой вывод этой обмотки через линейный дроссель подключен к объединенным выводам Т 1-12. Порядок включения Т 1-12 при переходных проИзобретение относится к регулируемым выпрямителям и может быть использовано для управления различными технологическими процессами и электротехнологическими установками, осо- 5 бенно, где требуется сочетание глубокого регулирования пульсирующего напряжения с сохранением его качества.

Целью изобретения является улучшение качества выходного напряжения при динамических режимах работы пу тем уменьшения времени переходных процессов и перерегулирования выход15 ного напряжения.

На фиг. 1 приведена схема преобразователя переменного напряжения в постоянное промежуточным умножением частоты в шесть раз (К = 6); на

2О фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие предложенный способ; на фиг. 3-кривые изменения выходного напряжения при известном фазовом регулировании; на фиг, 4 — то же, но при

25 регулировании предложенным способом; на фиг. 5 — схема преобразователя переменного напряжения в постоянное с промежуточным умножением частоты в девять раз (К > = 9): на фиг. б— временные диаграммы, поясняюшие пред30 ложенный способ; на фиг, 7 — блоксхема системы управления; на фиг. 8— временные диаграммы, поясняющие принцип ее действия.

В преобразователе (фиг. 1) входное 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 3/1? 13-24, а другие объединены и их общая точка через линейный дроссель 25 соединена цессах изменяется при изменении вь . ходного напряжения. При увеличении выходного напряжения следующим включается четвертый тиристор по отношению к первому работающему, а при уменьшения — предЫцущей тиристов. 8ил. с одним иэ выводов первичной обмотки согласующего трансформатора 26. Другой вывод подключен к общей точке соединения выходных фаз ПЧФ 3/12.

К вторичной обмотке согласующего трансформатора 26 подключен однофазный. выпрямитель, выполненный на дио-. дах 27-30. Параллельно первичной обг мотке трансформатора 26 включен конденсатор 31.

Примером осуществления предлагаемого способа является способ регулирования выходного напряжения преобразователя переменного напряжения в постоянное по фиг. 1 при изменении выходного напряжения в пределах

0,5 Ug„ - Ug, где П,1 — максимальное выходное напряженйе преобразователя. Такому изменению выходного напряжения соответствует изменение углов ж управления тиристорами в пределах 150 — 90

Пусть в статическом режиме, соответствующем углу управления тиристорами К = 150, каждую иэ выходных фаз ПЧФ 3/12 13-24 (фиг. 2a) один раз эа период напряжения питающей сети подключают с помощью тиристоров

1-12 к колебательному контуру, состоящему из линейного дросселя 25 и конденсатора 31 (фиг. 1). При этом ток в линейном дросселе 25 равен сумме токов, протекающих через тиристоры 1-12, и имеет вид, приведенный на фиг. 2 Е с указанием номера каждого тиристора в соответствии с фиг. 1.:В статическом режиме тиристоры вкпючаются в порядке 1,2,3, oaоу12o

Пусть в момент tl после выключения тиристора 4 требуется увеличить значение выходного напряжения до

12675 максимального значения, которому соответствует м = 90 . Для этого в момент времени t< после N-го тиристора (в данном случае тиристора с номером 4) включает (N+3)-й тиристор (т.е. тиристор 7), у которого = 90 относительно питающей его фазы 17, Напряжение, прикладываемое к коле1 бательному контуру, увеличивается с

0,5 U до U (фиг. 2 a ). При этом 10 ток в дросселе 25 и в тиристорах 1-12 увеличивается, что ведет к увеличению выходного напряжения до Ud„

Порядок включения последующих тиристоров соответствует статическому

15 режиму работы, а их углы управления о также равны 90

Рассмотрим случай, когда в момент нужно уменьшить выходное напряже3

20 ние от Ц1„до 0,5 Uq„,чему соответству- ет увеличение угла управления тирио сторами с 90 до 150

Для этого в момент С после N-ro з тиристора (в данном случае с тиристора с номером 10) включают (N-1)-й

25 тиристор (т.е. тиристор 9), у которо о го о = 150 относительно питающей

его фазы 19. За время от предшествующего включения тиристора 9 в момент до повторного включения при напряжение фазы 19 снизилось до требуемой величины, а угол управления при повторном включении стал равен о

150 . Порядок включения следующих по ходу работы,тиристоров соответ- 35 ствует статическому режиму, а их уго лы управления равны 150 . При этом ток в дросселе 25 и в тиристорах уменьшается, что ведет к уменьшению выходного. напряжения. 4О

В рассмотренном примере после изменения порядка включения тиристоров дальнейшее изменение угла управления тиристорами не требуется. В случае изменения U ° на любую другую ве- 45 личину, его окончательное значение после изменения порядка включения тиристоров устанавливается системой управления по известному способу регулирования. 50

На фиг. 3 приведены переходные характеристики изменения выходного напряжения при увеличении (а) и уменьшению (II) угла управления тиристорами при регулировании известным 55 способом, принятым эа прототип. Кривые 32 и 33 соответствуют изменению о на 45, а кривые 34 и 35 — на 60

Ü5 4

Время переходных процессов почти дости."ает периода переменного напряжения питающей сети. Имеет место значительное перерегулированиа выходного напряжения.

На фиг. 4 приведены аналогичные переходные характерестики изменения выходного напряжения при увеличении (д) и уменьшении (оо) угла управления тиристорами, но с использованием предложенного способа регулирования.

Кривые 36 и 37 соответству:от измеиео нию М. ка 45, а кривые 38 и 39 — на

60 . Время переходных процессов и перерегулировакие выходного напряжения при использовании предложенного способа регулирования меньше, чем при известном способе, Предложенньпi способ регулирования может быть использован при любой кратности умножения Е„ частоты питающей сети. Рассмотри:. предло .,енкый способ регулирования ка примера пре= образоваталя при значении К„, =- 9. В таком преобразователе (фиг. 5) входное 3-фазное напряжение преобразуется с помощью ПЧФ 3/9 в 9-фазкое.

Встречно-параллельно соецинекные тиристоры 40-57 поди,гпочаны к выходным обмоткам ПЧФ 3/9 58-66, cвободкые концы их объединены, а общая точка через ликейньп дроссель 67 соединена с одним из выводов первичной обмотки согласующего трансформатора

68. Другой вывод подключен к общей точке соединения выходных фаз П 1Ф 3/9.

К вторичной обмотке согласующегося трансформатора 68 подключал однофазный выпрямитель, выполненный ка:диодах 69-72. Параллельно первичной обмотке согласующего трансформатора 68 включен конденсатор 73.

В статическом ражиме каждую из

Вьглодкых фаз ПЧФ 3/9 58-66 (фиг E.d ) дважды за период изменения напряжения питающей сети подключают с помощью тиристоров 40-57 к колебательному контуру, состоящему из линейного дросселя 67 и конденсатора 73 (фнг. 5)

При этом ток в линейном дросселе 67 равен сумме токов, протека1ощих краз тиристоры 40-57, и имеет вид приведенный на фиг. 6 о с указанием ко.<ера каждого тиристора в соответствии с фиг. 5+ Тиристоры включаются в порядке 1, 2, 3,...,18., Пусть до момента углы управления тнристсра1и раккы о

130 чему co0TBQTcTBуат ьы cpi1iо=: H3 -

7565 Ь усилители-формирователи (90-1 )... ,90-2 К о) выходных имйульсов.

На вход устройства 74 сравнения подается сигнал задатчика выходного напряжения U> и сигнал обратной связи 11о, изменяющийся пропорционально среднему значению выходного напряже ния преобразователя. Разностный сигнал с выхода устройства 74 сравнения

I0 поступает на вход усилителя 75, усиленный сигнал подается на вход задающего генератора 76 и на входы компараторов 79 и 80, В статическом режиме сигнал с вы15 хода усилителя 75 равен нулю (фиг, 8о) а частота импульсов с задatomего генератора 76 постоянна (фиг. 8 а ) и определяется из выражения

5 126 напряжение, равное 0,76 U . После

"tt выключения тиристора 43 требуется увеличить -начение выходного напряо жения до 1)1, при котором t«(= 90

Для этого в момент времени после

I запирания,N-r o тиристора t,««данном случае тиристора с номером 43 включают (N+3)-й тиристор (т.е. тиристор

46), у которого угол управления в о момент t« равен 90 . Напряжение, прикладываемое к колебательному контуру, увеличивается с 0,76 Uo до 1) (фиг. 6 а ),. Ток в дросселе 67 и в тиристорах 40-57 увеличивается (фиг, 6 S ), что ведет к увеличению выходного напряжения.

Порядок включения последующих ти-ристоров соответствует статическому режиму работы и их углы управления о также равны 90

Рассмотрим случай, когда в момент требуется уменьшить выходное напряжение от 1) „ до 0,76 П,|д., что достигается увеличением угла управления тиристорами с 90 до 130, Q 25

Для этого в момент t, после рабо 1 ты N-ro тиристора (в данном случае тиристора с номером 52) включают (N-1)-й тиристор (т.е. тиристор 51), у которого в данный момент угол управления равен 130 . За время от предшествующего включения тиристора

52 в момент 1 до повторного включения при t> напряжение фазы 65 снизилось до требуемой величины, а угол З5

Р управления стал равен 130 . При этом ток в дросселе 67 и в тиристорах. уменьшается (фиг. б о ), что ведет к уменьшению выходного напряжения.

Время переходных процессов и перерегулирование выходного напряжения и в данном случае будут Меньше, чем при известном способе регулирования, sa счет. увеличения. скорости изменения переменного напряжения, прикладываемого к колебательному контуру.

Блок-схема системы управления (фиг. 7) содержит устройство 74 сравнения, усилитель 75, задающие генераторы 76, 77 и 78, компараторы

79 и 80« логические элементы И 8183, НЕ 84, ИЛИ-НЕ 85, ИЛИ 86, счетчики 87 и 88 импульсов, распредели- 55 тель 89 импульсов (реверсивный счетчик с дешифратором на выходе) и по числу тиристоров умножителя частотыгде Х о — частота питающей сети .

Н а фи г . 8 а цифрами указаны порядко вые номера импульсов с задающего генератора 7 6 . Э ти импульсы в статич е ск ом режиме работы через логические элементы И 8 1 и HJIP.. 8 6 поступают н а счетный вход реверсивного счетчика распределителя 8 9 импульсов и о с уще с твл яют и р ямой сдвиг импульсов н а е г о выходе, П ри совпадении сигналов с выхода распределителя 8 9 импульсов и задающе г о генератора 7 6 н а входах одного и з усилителей-формирователей

9 0 импульсов с e ro выхода управляющий импульс подается на включение с оо тве тс тв ующе го ти рис то р а умн оум т еля частоты (фиг. 8 Ж ) . На фиг. 8ж цифрами указаны порядковые номера импульсов с выходов усилителей-формирователей 90, которые совпадают с номерами включения тиристоров в сооТВеТсТВНН 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 t, величину напряжения Ut, которой задается порог срабатывания компаратора

79. Положительный сигнал с выхода

1267565 компаратора 79 в момент (фиг. 8 3 ), 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 импульсов на один из входов элемента

ИЛИ 86. Частота выходных импульсов генератора 77 во много раз выше частоты генератора 76 ° После 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 прямой

20 сдвиг выходных импульсов, Прямой счет достигается подачей нулевого потенциала на установочный вход счетчика распределителя 119 с выхода ком25 паратора 80 (фиг. 8 9 ) . С приходом следующего пятого импульса с задающего генератора 76 в момент

Ъ (фиг. 8 q ) на входы усилителей-формирователей 90 управляющий импульс поступает на включение (N+3)-го по

30 ходу работы тиристора умножителя частоты (фиг.. 8 a ) (в данном случае тиристора с номером 7).

В результате изменения порядка включения тиристоров напряжение Uä, пропорциональное выходному напряжению преобразователя, уменьшается, . уменьшается и напряжение рассогласования на выходе усилителя 75 (фиг. 8 Б ), а напряжение на выходе компаратора 79 принимает нулевое значение (фиг. 8О).

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

U в момент t> срабатывает компаратор 80 и положительный сигнал с его выхода (фиг. 8 ), пройдя через элемент И 83, включает генератор 78 (фиг. 8 е ). 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 выключается.

С выхода 1лемента ИЛИ 86 имнульс поступает на вход реверсивного счетчика р»спределителя 89 импульсов. Подачей положительного потешш»л» с выхода компаратор» 80 на установочный вход счетчика распределителя 89 импульсов с момент» времени (фиг. 8 ) ) осуществляется обратный сдвиг импульсов на его выходе и подготавливается к работе усилитель-формирователь для включения тиристора с порядковым номером 11-1. C приходом девятого импульса с задающего генератора 76 на первые входы усилителейформирователей (90-1)...(90-2К ) в момент t (фиг. 8 а ) управляющий импульс поступает на включение (Л1-1)го тиристора умножителя частоты (фиг. 8 ж, в данном случае тиристора с номером 9).

В результате изменения порядка включения тиристоров напряжение U пропорциональное выходному напряжению преобразователя, увеличивается, и следовательно, уменьшается напряжение рассогласования на выходе усилителя 75 (фиг. 8 b ), а напряжение на выходе компаратора 80 принимает нулевое значение (фиг. 8 ) ).

Логический элемент Н! . 84, ва вход которого подают импульсы с задающего генератора 76, осуществляет блокировку работы генераторов 77 и 78 при наличии импульсов с задающего генеа ратора 76 с целью исключения срывов в работе-схемы.

Совместная работа логических элементов ИЛИ-HE 85 и И 81 исключает прохождение 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 t и tz).

Изменяя значения напряжений 11, и

U<, 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 и з о б р е т е н и я

Способ регулирования выходного напряжения преобразователя переменного

9 126 напряжения в постоянное, выполненного в виде последовательно соединенных магнитно-тиристорного умножителя частоты питающей сети в К раз с коле2 бательным контуром на выходе, согласующего трансформатора и однофазного выпрямителя, заключающийся в последовательном переключении тиристоров и в изменении фазового угла включения этих тиристоров умножителя частоты, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения при динамических режимах работы путем уменьшения времени пере-. ходных процессов и перерегулирования выходного напряжения при динамичес7565 о ких режимах работы, дополнительно к фазовому регулированию осуществляется дискретное изменение фазового угла включения укаэанных тиристоров пу тем изменения порядка их работы при переходных процессах по сравнению со статическим режимом таким о6разом, что при увеличении выходного напряжения включают (N+3) и тиристор, а при уменьшении выходного напряжения — (N-I}--й тиристор, начиная с

1 которого тиристоры переключают в прежней последовательности, где N— порядковый номер включения

15 тиристора в статическом режи— ме.! 267565

О.е

0,9

0,7

0,5

5 ro 15 20 с 10 0 0,25 0,5 0,75 1О 010

0 о.е

0,:f,1

0,7 0

20 25 iñ.10

1,1

0,9

0,7

0,5

rO r5

Е

Юие. 3

0,25 0,5 0,75 1О С.10

1267565 и и, д

II e37>>+9+

t8 iO

97иа.ll

Составитель В,Родина

Техред Л.Олейник

Редактор A.Ëåæíèíà

Корректор М.Самборская

Заказ 5792/55

Тираж 63) Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. ужгород, ул. Проектная, 4