Способ преобразования @ -фазного напряжения одной частоты в однофазные @ -кратной частоты и устройство для его осуществления

 

Использование: например в системах электропитания переносного электроинструмента . Сущность изобретения: заключается в формировании полуволн тока нагрузки через паузы, превышающие время восстановления запирающих свойств тиристоров . Для этого используется информация о токе нагрузки и задержки на включение соответствующих тиристоров. 2 с. и 1 з,п. ф-лы, 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОциллистических

РЕСПУБЛИК (si)s Н 02 М 5/27

ГОСУДЛРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 I 0 8 j (21) 4744984/24-07 (22) 02.10.89 (46) 07.07.92. Бюл. М 25 . (71) Производственное энергетическое объединение "Донбассэнерго" (75) Г.В. Шинкаренко (53) 621.314.27(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1524145, кл. Н 02 M 5/27, 1988. (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ m-ФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОДНОЙ ЧАСТОТЫ В

ОДНОФАЗНОЕ m-КРАТНОЙ ЧАСТОТЫ И

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано для получения однофазного напряжения повышенной частоты из многофазного напряжения сети.

Наиболее близким к.изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ непосредственного преобразования m -фазного напряжения одной частоты в однофазное m-кратной частоты, при котором на основные ключи переменного тока в виде встречно-параллельно соединенных тиристоров обеспечивается циклическая подача синхронизированных с сетью управляющих импульсов в диапазоне углов отпирания (n + 1) л — л/гп

< a< (и + 1)л; где n = О, 1, 2. при отсчете от начала положительной полуволны напряжения сети, приложенного к конкретному основному ключу переменного тока, а нв встречно-параллельно включенные тиристоры дополнительного ключа переменного тока производится подача управляющих им. Ы > 1746495 Al

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: например в системах электропитания переносного электроинструмента. Сущность изобретения: заключается в формировании полуволн тока нагрузки через паузы, превышающие время восстановления запирающих свойств тиристоров. Для этого используется информация о токе нагрузки и задержки на включение соответствующих тиристоров, 2 с. и 1 з,п, ф-лы. 8 ил.

» пульсов с задержкой.по отношению к моментам спада до нуля выходного тока, по длительности большей времени выключения тиристоров основных ключей переменного тока., Недостатком способа является ограничение полной мощности, которую можно было бы получить иэ питающей многофаэной системы напряжений. Это объясняется тем,, О», что в диапазоне углов отпирания (n + 1)й- р — л/m <а < (п + 1) л действующее значение фазного напряжения на интервале повторяЮ емости структуры преобразователя не достигает своего максимального значения, к 1 возможного при и л+ (1 — — ).

m ° вюзи

Цель изобретения — улучшение массогабаритных показателей преобразователя.

Цель достигается путем расширения диапазона углов отпирания встречно-параллельно соединенных тиристоров основных ключей переменного тока, для чего у каждого из основных ключей переменного тока

1746495 формируют допустимую зону подачи управляющих импульсов, начало которой определяют регулируемым углом rx, отсчитываемым от начала положительной полуволны напряжения сети, приложенного к i-му основному ключу переменного тока, а. диапазоне пл < а< (п + 1) л, где и = О, 1, 2. „„а конец — углом и, определяемым моментом возникновения первого из событий: спадом напряжения сети, приложенного к i-му основному.ключу переменного тока, к нулю, спадом тока в i-м основном ключе перемен. ного тока к нулю; формированием следующей по порядку допустимой .зоны подачи управляющих импульсов для следующего по порядку работы основного ключа переменного тока, контролируют протекание тока через i-й основной ключ переменного тока, подают управляющий импульс на тиристоры дополнительного ключа управления через время задержки после спада этого тока к нулю, а через дополнительное время задержки, большее ширины этого управляющего импульса, дают разрешение для управления тиристорами всех m основных ключей переменного тока, выбирают основной ключ переменного тока, у которого после появляения разрещения существует ближайшая допустимая зона подачи управляющих импульсов, и открывают его сразу, если допустимая зона формируется раньше момента появления разрешения или в момент появления допустимой зоны, если она формируется позже момента появления разрешения, а после возникновения тока в цепи упомянутого основного ключа переменного тока запрещают подачу управляющих импульсов на тиристоры всех m основных ключей переменного. тока..

Для блокирования неправильной работы основных ключей переменного тока у каждого I-го основного ключа переменного тока контролируют длительность интервала между началом его допустимой зоны и моментом открытия его тиристоров. Причем, если длительность этого интервала превышает значение, соответствующее углу д= л/(3mk), где k > 1 — коэффициент запаса, то блокируют подачу управляющих импульсов на тиристоры всех основных ключей переменного тока, В устройстве заявляемый способ преобразования m-фазного напряжения одной частоты в однофазное m-кратной частоты реализуется следующим схемным решением: выход i-ro трансформаторного датчика напряжения 1-й фазы преобразвоателя, вход которого подключен параллельно !-й фазе ЭДС сети, присоединен K вход l-lo

5

50 канала напряжения, в состав которого входят первый формирователь сигналов, формирователь пилообразного напряжения, первый элемент НЕ, релейный элемент с регулируемой уставкой, первый дифференцирующий элемент, первый RS-триггер, первый элемент ИЛИ с числом входов m+ 1, трехвходовой элемент И, первый формирователь управляющих импульсов, причем в каждом I-м канале напряжения его вход образован входом первого формирователя сигналов, выход которого соединен с вхо,дом формирователя пилообразного напряжения и входом первого элемента НЕ, выход которого объединен с первым входом первого элемента ИЛИ, а выход формирователя пилообразного напряжения присоединен к входу релейного элемента с регулируемой устаакой, выход которого объединен с первым дифференцирующим элементом, выход которого подключен к входам первых элементов ИЛИ всех каналов напряжения, кроме собственного, и к

S-входу первого RS-триггера, R-вход которого присоединен с выходу первого элемента ИЛИ. à Q-выход — к первому Входу трехвходного элемента И, выход которого подключен к входу первого формирователя управляющих импульсоа, выход которого одновременно является выходом i-ro канала напряжения и воздействует на тиристоры

i-ro основного ключа переменного тока, причем выход I-ro оптронного датчика тока

I-й фазы преобразователя, вход которого подключен параллельно 1-му основному ключу переменного тока, присоединен к входу I-го канала. тока, в состав которого входят второй формирователь сигналов, второй элемент НЕ и второй дифференцирующий элемент, причем входы последних объединены и подключены к выходу второго формирователя сигналов, вход которого образует вход I-ro канала тока, причем выход второго дифференцирующего элемента подключен к второму входу первого элемента ИЛИ I-го канала напряжения. а выход второго элемента НŠ— к первому входу 1-ro двухвходового элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к Q-выходу первого RSтриггера i-го канала напряжения, а выход к

i-му входу m-входового элемента И вЂ” НЕ, причем выход последнего через элемент выдержки времени подключен к R-входу второго RS-триггера, S-вход которого присоединен к элементу установки положения триггера, а Q-выход — к третьим входам трехвходовых элементов И всех m каналов напряжения, причем выход каждого i-го оптронного датчика тока подключен к i-му входу m-входовой схемы ИЛИ вЂ” НЕ, выход

1746495 которой присоединен к первому элементу задержки, выход которого обьединен с вторым элементом задержки и третьим дифференцирующим элементом, выход которого соединен с входом второго формирователя управляющих импульсов, воздействующего на тиристоры дополнительного ключа переменного тока, причем выход второго элемента задержки подключен к вторым входам трехвходовых элементов И всех m каналов напряжения.

Существенными отличиями предлагаемого способа являются: формирование для тиристоров каждого

1-ro основного ключа переменного тока подвижной, т.е. определяемой регулируемым углом а, допустимой эоны подачи управляющих импульсов, причем зоны всех m основных ключей переменного тока при любых углах не накладываются друг на друга; подача управляющего импульса на шунтирующие вентили с задержкой по отношению к моментам спада токов к нулю B цепях тиристоров основных ключей переменного тока; выдача разрешения для управления тиристорами всех m основных ключей переменного тока с задержкой по отношению к моменту подачи управляющего импульса на шунтирующие вентили; подача управляющего импульса на тиристоры i-го основного ключа переменного тока при наличии разрешения и допустимой зоны подачи управляющих импульсов этого ключа; запрещение подачи управляющих импульсов на тиристоры всех основных ключей переменного тока после возникновения тока в тиристоре i-го основного ключа переменного тока; .контроль у 1-го основного ключа переменного тока длительности интервала между началом его допустимой зоны и моментом открытия его тиристоров и блокирование работы преобразователя при превышении длительностью этого интервала заданного значения, На фиг. 1 — 3 представлены диаграммы, показывающие формирование выходного тока, когда первым событием. после возник новения допустимой зоны подачи управляющих импульсов для i-го основного ключа переменного тока. является соответственно спад напряжения сети, приложенного к 1-му основному ключу переменного тока, к нулю, спад тока в i-м основном ключе переменного тока к нулю, формирование следующей по порядку допустимой зоны подачи управлящих импульсов для следующего по поряд10

35

50 ку работы основного ключа переменного тока; на фиг. 4 — схема преобразователя mфазного напряжения одной частоты е однофазное т-кратной частоты (m = 3); на фиг. 5 — схема управления преобразователя, которая реализует предлагаемую последовательность операций при преобразовании

m-фазного напряжения одной частоты в однофазное m-кратной частоты; на фиг, 6 — 8диаграммы, поясняющие работу схемы управления в режимах, соответствующих фиг, 1 — 3 соответственно, Способ осуществляется следующим образом.

5 Рассмотрим более подробно работу преобразователя в режиме фиг. 1, При угле

0i происходит спад тока фазы В к нулю.

Затем через время задержки, соответствующее углу 03.Q.ê, на управляющие электроды

0 двух встречно-параллельно соединенных ,тиристоров дополнительного ключа переменного тока подают управляющий импульс

Оцд, (при угле 9z). Время задержки выбирают достаточным для надежного закрытия тиристоров основных ключей переменного тока. Через открывшийся дополнительный ключ переменного тока начинает протекать ток 1ш. При угле 65, т,е, через дополнительное время задержки после подачи Оу.д.<, соответствующее углу 0>.о,к, формируют сигнал разрешения Up подачи управляющих импульсов íà основнь|е ключи переменного тока. Угол 0з. < выбирают больше ширины импульса Uy,д, с. Это необходимо для исключения короткого замыкания, которое может возникнуть при совмещении во времени управляющих импульсов, подаваемых на управляющие электроды тиристоров дополнительного ключа переменного тока и тиристоров очередного основного ключа переменного тока, Напряжение Uy.д.< подают одновременно на оба тиристора дополнительного ключа переменного тока, однако открывается только тот тиристор, который должен пропустить ток i, создаваемый выходным фильтром преобразователя. Этот тиристор создает контур естественной коммутации с тиристором основного ключа переменного тока, вступающим далее в работу, Если совместить во времени подачу управляющих импульсов на тиристоры основного и дополнительного ключей переменного тока, то может включиться другой тиристор дополнительного ключа переменного тока, который с вступающим в работу тиристором основного ключа переменного тока создаст контур. короткого замыкания, Подачу открывающего импульса на управляющие электроды тиристоров основ1746495 ных ключей переменного тока производят в момент совмещения сигнала Ор и очередной допустимой эоны подачи управляющих импульсов, На фиг. 1 при угле 04 происходит совмещение сигналов Up и Од,3 А, где Од. д — сигнал, соответствующий допустимой зоне подачи управляющих импульсов на тиристоры основного ключа переменного тока фазы А. Тиристор основного ключа переменного тока фазы А, пропускающий ток положительного направления, открывается и происходит естественная коммутация с тиристором дополнительного ключа переменного тока, Она заканчивается при угле

64, При возникновении тока IA снимают сигнал разрешения Up и блокируют цепи подачи управляющих импульсов к тиристорам основных, ключей управления, В момент снижения напряжения фазы А к нулю при угле v ограничивают допустимую зону подачи управляющих импульсов для тиристоров основного ключа переменного тока фазы А, т,е. снимают сигнал Од,3À, что исключает случайное формирование управляющих импульсов при переходных процессах

25 в начале синусоиды напряжения сети при задании угла а в ее конце, После снижения тока А к нулю процесс повторяют применительно к другому тиристору дополнительного ключа переменного 30 тока и тиристору основного ключа перемен:ного тока фазы С, пропускающего ток отрицательного направления, Напряжение О„на выходе преобразователя на промежутке Î,д,к имеет выбросы, 35 определяемые напряжениями на емкостях фильтра преобразователя в моменты спадов выходного. тока к нулю, На промежутках времени работы дополнительного ключа переменного тока напряжение на выходе пре- 40 образователя равно нулю. Выбросы напряжения Ощ можно ограничить использованием обычных демпфирующих RC-цепочек, Обратимся к режиму фиг, 2. До угла 6 45 управление преобразователем аналогично фиг. 1. Однако затем в момент српада тока

lA к нулю ограничивают допустимую зону подачи управляющих импульсов на тиристоры основного ключа переменного тока фазы 50

А. При отсутствии такого ограничения после спада тока фазы А к нулю произошло бы повторное формирование управляющего импульса для тиристоров этой фазы. К моменту формирования этого имульса был бы 55 уже открыт тот тиристор дополнительного ключа переменного тока, который с вновь открывшимся основным ключем переменного тока фазы А образует контур короткого замыкания. Следовательно, нормальная работа и реобраэователя была бы невозможна, Обратимся к режиму фиг, 3. До угла &j процесс аналогичен фиг, 1 и 2, Однако в момент формирования сигнала разрешения для тиристоров основного ключа переменного тока фазы А уже создана допустимая зона подачи управляющих импульсов, Поэтому при угле ® формируют сигнал разрешения Up и сразу открывают тиристор основного ключа переменного тока фазы А, пропускающего ток в положительном направлении, и после этого сразу же снимают сигнал разрешения Ор, т.е. углы f4 и 04 практически совмещают, Далее происходит процесс естественной коммутации между. тиристорами дополнительного и основного ключей переменного тока, который заканчивается при угле 64, и ток нагрузки полностью переходит на тиристор основного ключа переменного тока фазы А, Через угол р = к/m после начала формирования допустимой зоны подачи управляющих импульсов для тиристоров основного ключа переменного тока фазы А формируют аналогичную зону для тиристоров фазы С (напряжение Од.3<) и сразу, же ограничивают допустимую зону для тиристоров фазы А, Далее процесс повторяют для очередного по порядку работы тиристора основного клокоча переменного тока.

При уменьшении угла а(а= o, а= d) для в случая фиг, 3 моменты времени октрытия тиристоров основных и дополнительного ключей переменного тока будут оставаться неизменными, так как эти моменты жестко прйвязаны к временам спада фаэных токов преобразователя к нулю, которые определяются параметрами нагрузки, При достижении углом а некоторого значения может произойти "отрыв" момента спада фазного тока к нулю от конца последующей допустимой эоны подачи управляющих импульсов. На фиг. 3 в качестве примера пунктиром показана возможная зона с углом а = И для тиристоров фазы А, конец которой совпадает с моментом спада тока фазы В к нулю, При таком угле а последующее формирование напряжения Ор возможно .только в допустимой зоне подачи управляющих импульсов тиристоров не фазы А. а фазы С, что приводит к срыву работы преобразователя и возникновению тока короткого замыкания, Поэтому контролируют угол между началом допустимой зоны подачи управляющих импульсов и моментом возникновения тока в тиристорах основного ключа переменного тока каждой фазы, Если он превышает значение уставки буст, то под1746495

5

30

50

1 ачу управляющих импульсов на все тиристоры блокируют и преобразователь полностью прекращает свою работу, Короткие замыкания при этом не возникают, На фиг. 4 и 5 представлена схема преобразователя и схема для его управления, реализующие предложенный способ преобразования m-фазного напряжения в однофазное m-кратной частоты, причем схема управления в целях наглядности дана для случая m = 3.

Преобразователь на фиг, *1 содержит m фаз, каждая из которых А, В, С, ..., М имеет два встречно-параллельно включенных ос-. новных тиристора 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6...;, 2m-1 и 2m, образующие основные ключи переменного тока. Кроме того, в преобразователь входят два встречно-параллельно включенных тиристора 7 и 8, образующие дополнительный ключ переменного тока, Основные ключи переменного тока соединены в m-лучевую звезду, при этом выходом преобразователя является ее общая точка по отношению к нулевому проводу питающей сети и нулевой провод, Нагрузка преобразователя подключается параллельно выходу преобразователя через последовательный резонансный

LC-фильтр 9, настроенный íà m-кратную частоту, т,е. рабочую частоту преобразователя. Сигналы UA, Ов, Uc, ..., UM, пропорциональные соответствующим фазным ЭДС ед, ев, ес, ..., eM, подаются к схеме 10 управления через трансформаторные датчики 11.

Сигналы, которые отражают включенное и выключенное состояния тиристоров основных ключей переменного тока,, Окд, Окв, Окс...„UKM, поступают в схему 10 управления с выходов оптронных датчиков 12 тока, входы которых подключены параллельно основным ключам переменного тока.

Сигналы UA, Ов, Uc поступают на входы первых формирователей 13 — 15 сигналов соответственно. Их выходы подключены к входам формирователей 16 — 18 пилообразного напряжения и первых элементов НЕ 19 — 21. Выходы формирователей пилообразного напряжения присоединены к входам релейных элементов 22 — 24, имеющих общий элемент 25 регулировки уставок. Выходы релейных элементов подключены к входам первых дифференцирующих элементов 26 — 28, выходы которых в свою очередь присоединены с S-входам первых

RS-триггеров 29 — 31 соответственно, R-входы первых RS-триггеров 29 — 31 подключены к выходам первых элементов ИЛИ 32 — 34, а

Q-выходы — к первым входам элементов И

35 — 37, выходы которых через первые формирователи 38 — 40 импульсов подключены к управляющим электродам встречно-параллельно включенных тиристоров 1 и 2, 3 и

4, 5 и 6 основных ключей переменного тока фаз А, В, С соответственно, Выходы оптронных датчиков 12 тока, где формируются сигналы Окд, Окв, Окс, присоединены к входам вторых формирователей 41 -43 сигналов, на выходе которых с задержкой появляется напряжение логической единицы на интервале времени открытого состояния тиристоров основных ключей переменного тока фаз А, В, С соответственно. Выходы вторых формирователей 41 — 43 сигналов. подключены к входам вторых дифференцирующих элементов 44 — 46, вторых элементов Н Е 47 — 49, трехвходового элемента

ИЛИ вЂ” НЕ 50, Выход элемента ИЛИ вЂ” НЕ 50 через первый элемент 51 задержки присоединен к входам второго элемента 52 задержки и третьего дифференцирующего элемента 53.

Выход второго элемента 52 задержки подключен к вторым входам элементов И 35—

37, а выход третьего дифференцирующего элемента 53 через второй формирователь 54 импульсов — к управляющим электродам встречно-параллельно включенных тиристоров 7 и 8 дополнительного ключа переменного тока, Выходы вторых элементов НЕ

47 — 49 подключены. к первым входам двухвходовых элементов И вЂ” НЕ 55 — 57, вторые входы которых присоединены к Q-выходам

RS-триггеров 29 — 31, а выходы — к входам трехвходового элемента И вЂ” НЕ 58. Выход трехвходового элемента И вЂ” НЕ 58 через элемент 59 выдержки времени подключен к

К-входу RS-триггера 60, S-вход которого присоединен к выходу элемента установки положения триггера 61, а Q-выход — к третьим входам схем И 35 — 47. Выходы первых элементов НЕ 19 — 21 подключены к первым входам элементов ИЛИ 32 — 34. Выходы вторых дифференцирующих элементов 44—

46 подключены к вторым входам элементов

ИЛИ 32 — 34. Остальные их входы, число которых на единицу меньше числа основных ключей переменного тока, подключены к выходам первых дифференцирующих элементов 26 — 28, причем таким образом, что для схемы ИЛИ 32 (33, 34), используемой для фазы А (В, С), подведены выходы первых дифференцирующих элементов 27 и 28 (28 и

26, 26 и 27) всех других фаз В и С (С и А, А и

В,) что необходимо, если порядок чередования фаз неизвестен.

Первый и второй формирователи 13 и 41 (14 и 42, 15- и 43) сигналов, формирователь

16 (17, 18) пилообразного напряжения, первый и второй элементы НЕ 19 и 47 (20 и 48, 21 и 49), первый и второй дифференцирую1746495

12 щие элементы 26 и 44 (27 и 45, 28 и 46), элемент ИЛИ 32 (33, 34) первый RS-триггер

29 (30, 31), элемент И 35 (36, 37), первый формирователь 38 (39, 40) импульсов, двухвходовой элемент И вЂ” НЕ 55 (56, 57) образуют канал управления для тиристоров основного ключа переменного тока фазы А (В, С). Число таких каналов равно числу фаз преобразователя (в общем случае m), Элемент ИЛИ вЂ” НЕ 50, первый и второй элементы 51 и 52 задержки, элемент 59 выдержки времени, элемент И вЂ” HE 58, элемент 25 регулировки уставок, третий дифференцирующий элемент 53. второй формирователь .54 импульсов, второй RS-триггер 60 и элемент 61 установки положения триггера являются общими для схемы управления преобразователя и не зависят от числа фаз.

Рассмотрим работу элементов схемы управления в режиме соответствующем фиг. 1. К фазам преобразователя подключены ЭДС ед, ев, ес (фиг. 6). На выходе первых формирователей сигналов 13 — 15 возникают напряжения 01з, Ui4, U>5 прямоугольной формы. Промежутки между импульсами напряжения находятся в области перехода

ЭДС ед, ев, ес через нулевое значение. Ширина промежутков определяется порогом срабатывания первых формирователей сигналов и не превышает нескольких градусов, При поступлении импульса напряжения U5, 014) процесс повторяется.

При угле Î после спада тока в основном ключе переменного тока фазы В и в нагруз.ке к нулю на выхзоде второго формирователя 42 сигналов появится напряжение логического нуля 04, а на выходе элемента

ИЛИ вЂ” HF 50 — напряжение логической единицы 05р. Через время задержки, соответствующее углу Î,д, (на фиг..б — 8 оно не показано), на выходе первого элемента 51 задержки также появится напряжение логической единицы. Оно поступает на вход третьего дифференцирующего элемента 53, на выходе которого при этом формируется импульс напряжения 05з. Он усиливается во втором формирователе 54 импульсов и подается на управляющие электроды тиристоров 7 и 8 дополнительного ключа переменного тока. Открывается тиристор 8, 55

50 пропускающий ток нагрузки в положительном направлении. При этом на всех основных ключах переменного тока формируются напряжения Ок12, Окз4, Ок56, равные ЭДС ед, ев, ес. Через дополнительное время задержки О,,„на выходе второго элемента задержки появляется напряжение логической единицы, которое деблокирует выходы элементов И 35 — 37. Это связано с тем, что второй RS-триггер 60 перед началом работы преобразователя с помощью элемента 61 ,установки переводится е состояние, при котором на его О-выходе и на третьих входах элементов И 35 — 37 существуют напряжения логической единицы, При угле 02, когда напряжение 016 достигает уставки релейного элемента 22, происходит срабатывание последнего и на его выходе появляется напряжение логической единицы 022, что вызывает появление кратковременного импульса 026 на выходе первого дифференцирующего элемента 26 и опрокидывание первого RS-триггера 29. в результате чего на 0-выходе появляется напряжение логической единицы Uzg и начинается отсчет допустимой эоны подачи управляющих импульсов. Этот же импульс через элемент ИЛИ 33 и 34 поступает на

R-входы первых RS-триггеров 30 и 31, однако не изменяет их состояние, так как на их

Q-выходах уже установлены напряжения логического нуля, Напряжение логической единицы возникает также на выходе элемента И 35, что вызывает на выходе первого формирователя 38 импульсов кратковременный мощный сигнал, включающий тиристор 1 основного ключа переменного тока фазы А, Напряжение на этом ключе скачком падает до нуля, происходит естественная коммутация между тиристорами 8 и 1 и ток нагрузки Ig полностью переходит на тиристор 1, На фиг, 6, как и на фг, 7, 8, естественная коммутация показана протекающей мгновенно. С некоторой задержкой по QTHOшению к углу 02, определяемой параметрами второго формирователя 41 (42, 43) импульсов, на выходе последнего появляется напряжение логической единицы 041.

Вследствие этого на выходе элемента ИЛИ вЂ” НЕ 50 напряжение 056 становится равным напряжению логического нуля, Оно через элементы 51 и 52 задержки передается на вторые входы элементов И 35 — 37, тем самым блокируя прохождение сигналов на управляющие электроды тиристоров всех основных ключей переменного тока. Следует отметить, что на закрытых основных ключах переменного тока с тиристорами 3, 4 и

5, 6 в это время существуют линейные на1746495

5

2,5

35

50 пряжения трехфазной системы ЭДС ед, ев, ес, При угле % происходит окончание импульса напряжения О з, На выходе первого элемента НЕ 19 вследствие этого возникает напряжение логической единицы Ощ, которое через элемент ИЛИ 32 воздействует на

R-вход первого RS-триггера 35 и опрокидывает его, что приводит к появлению на его

Q-выходе напряжения логического нуля Uzg и окончанию допустимой зоны подачи управляющих импульсов, Через некоторый угол (нескол ько градусов) кап ряжение U

16 пилообразного напряжения, Когда ток s фазе А преобразователя спадет к нулю, на выходе второго формирователя 41 сигналов появится напряжение логического нуля. Тогда на выходе второго . дифференцирующего элемента 44 появится импульс напряжения Оаа, который через второй вход элемента ИЛИ 32 воздействует на R-вход первого RS-триггера 29. Однако состояние последнего не изменится, так как он уже был опрокинут импульсом напряжения О1я. Далее все повторяется применительно к тиристорам 7 и 6 дополнительного и основного ключей переменного тока.

Обратимся теперь к работе оставшейся части схемы управления в режиме фиг. 1, С небольшой задержкой (несколько градусов) после угла 6, когда в тиристоре 1 основного ключа переменного тока фазы А возникает ток и на выходе второго формирователя сигналов 41 возкикает напряжение логической единицы, нэ выходе второго элемента НЕ 47 появляется напряжение логического нуля

Оат. При угле 62 на Q-выходе первого RSтриггера 29 появляется напряжение логической единицы Uzg. Вследствие кратковременного совмещения напряжений логической единицы 41 и U47 HB выходе двухвходового элемента И вЂ” НЕ 55 кратковременно появляется напряжение логического нуля

Use, а на выходе трехвходового элемента И вЂ” ЕК 58 — напряжение логической единицы

Use. Длительность существования напряжения логической единицы Usa в данном случае намного меньше уставки Оу элемента 59 выдержки времени. Поэтому на выходе последнего сигнал не появляется и схема управления не блокируется, Задержка в срабатывании второго формирователя 41 (42, 43) сигналов необходима для того, чтобы исключить на его выходе кратковременные ложные импульсы на интервалах закрытого состояния основного ключа переменного тока фазы А (В, С) при углах, когда напряжение Оа (Окза, Uf(5o) спадает к нулю, На фиг. 6 при отсутствии задержки ложный импульс на выходе второго формирователя сигналов 41 мог бы появиться в момент окончания коммутации между тиристорами 7 и 6 дополнительного и основного (фаза С) ключей переменного тока, когда капряжение U<>z кратковременно спадает к нулю..Такие импульсы могли бы нарушить нормальную работу схемы управления преобразователя.

Рассмотрим работу схемы управления в режиме фиг, 2, Формирование напряжений

О з — Оп (фиг. 7) происходит аналогично фиг. 6, Уставка релейных элементов 22 — 24 с помощью элемента 25 регулировки уставок снижена по сравнению с фиг. 6. До угла

Щ, начиная от момента снижения тока к нулю в тиристоре 4 основного ключа переменного тока фазы В, процессы в схеме управления аналогичны фиг. 6. Однако затем, когда ток в тиристоре 1 основного ключа переменного тока фазы А снизится к нулю, на выходе второго формирователя 41 сигналов появится напряжение логического нуля U4<, на выходе второго дифференцирующего элемента 44 возникает импульс напряжения U44 и последний попадет на элемент ИЛИ 32, опрокидывается первый

RS-триггер 29 и на его 0-выходе возникнет напряжение логического нуля Uzg, т.е. произойдет ограничение допустимой эоны подачи управляющих импульсов не по факту спадания ед к нулю, как на фиг. 6, а по факту снижения тока в тиристоре 1 к нулю.

Рассмотрим работу схемы управления в режиме, соответствующем фиг. 3. После yrла 01, когда ток в тиристоре 4 спадет к нулю, включится с задержкой О, д,к тиристор 8 дополнительного ключа переменного тока (фиг. 8), затем с дополнительной задержкой

Î <,к на выходе второго элемента 52 задержки появится напряжение логической единицы, которое разблокирует выходы элементов И 35 — 37, Однако к этому времени первый RS-триггер 29 уже будет в таком состоянии, когда на его 0-выходе будет существовать напряжение логической единицы, Поэтому на выходе элемента И 35 сразу же появится напряжение логической единицы, а на выходе первого формирователя 38 импульсов — сигнал, открывающий тиристор

1 (при угле 6 ), Далее в момент времени, соответствующий углу бз, срабатывает релейкый элемент 24, принадлежащий фазе С.

Это приводит к возникновению импульса напряжения на выходе первого дифференцирующего элемента 28. Этот импульс пода15

1746495

16 ется на S-вход первого RS-триггера 31 и через элементы ИЛИ 32 и 33 íà R-входы первых RS-триггеров 29 и 30 соответственно. При этом первые RS-триггера 29 и 31 изменяют свои состояния таким образом, что на Q-выходе первого из них возникает напряжение логического нуля, свидетельствующее об окончании допустимой зоны подачи управляющих импульсов на тиристоры фазы А, а нэ выходе второго — напряжение логической единицы, свидетельствующее о начале аналогичной зоны для фазы С.

Первый RS-триггер 30 своего состояния не изменяет, так как на его 0-выходе уже существовало напряжение логического нуля. На первый вход схемы И 37 поступает напряжение логической единицы, однако иэ-за того, что в тиристоре 1 протекает ток и на вторые входы всех схем И 35 — 37 подается напряжение логического нуля, выходы последних заблокированы, Сигнал на выходе первого формирователя 40 импульсов появится только после спада тока в тиристоре 1 к нулю, когда на вторые входы всех схем И 35 — 37 будет подано напряжение логической единицы. Импульсы напряжения, которые возникнут на выходе второго дифференцирующего элемента 44 и затем на выходе первого элемента НЕ 19, не изменяет состояния первого RS-триггера

29, так как они возникают позже подачи импульса напряжения на элемент ИЛИ 32 от первого дифференцирующего элемента 28 при угле 65, когда срабатывает релейный элемент 24 и на его выходе появляется напряжение логической единицы U24, При угле % напряжение логической единицы на Q-выходе первого RS-триггера 31 попадает не только на первый вход схемы И

37, но и на второй вход двухвходовой схемы

 — НЕ 57. Так как к этому времени тиристор б основного ключа переменного тока фазы

С еще не открыт, то на выходе второго формирователя 43 сигналов существует напряжение логического нуля, а на выходе второго элемента НЕ 49 — напряжение логической единицы, подаваемое на первый вход двух двухвходовой схемы И вЂ” НЕ 57, Поэтому на выходе последней возникает напряжение логического нуля, а на выходе трехвходовой схемы И вЂ” НЕ 58- логической единицы 05в. Напряжение логической единицы Ups существует до тех пор, пока не откроется тиристор 6 основного ключа переменного тока фазы С. На фиг. 8 длительность существования этого напряжения получилась меньшей уставки элемента выдержки времени, поэтому работа схемы управления не блокируется, Однако при уменьшении угла а (при уменьшении уставки релейных элементов) длительность существования напряжения логической единицы и58 может возрасти на столько, что она пре5 высит д . Тогда на выходе элемента 59 выдержки времени появится напряжение логической единицы, которое поступит на

R-вход второго RS-триггера 60. Он опрокинется и íà Q-выходе появится напряжение логического нуля, которое попадет на третьи входы элементов И 35 — 37 и заблокирует их выходы, Работа преобразователя прекратится, Для ее возобновления необходимо увеличить угол а (увеличить уставку

10 релейных элементов 22 — 24) и затем привести второй RS-триггер 60 с помощью элемента установки положения триггера 61 в исходное состояние, при котором на Q-выходе существует напряжение логической

20 единицы.

Максимальное напряжение на выходе преобразователя получается в том случае, л 1 если а= и л+ (1 — — ), т.е., ксгда зона

25 разрешения подачи импульсов управления расположена симметрично относительно максимума фазной ЭДС и ток через основной ключ переменного тока протекает практически в течение времени существования

30 этой зоны, что может быт при чисто активном характере нагрузки.

Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет расширить диапазон регулирования углов

35 отпирания тиристаров основных ключей переменного тока и вследствие этого увеличить выходное напряжение и мощность непосредственного преобразователя mфазного напряжения одной частоты в одно40 фазное m-кратной частоты.

Формула изобретения

1, Способ преобразования m-фазного напряжения одной частоты в однофазное

m-кратной частоты, при котором на основ-.

45 ные ключи переменного тока в виде встречно-параллельно соединенных тиристоров. образующих преобразователь, подают синхронизированные с сетью управляющие импульсы при отсчете от начала положи50. тельной полуволны напряжения сети, приложенного к 1-у основному ключу переменного тока. где i = 1, 2, ..., m, а на встречнопараллельно включенные тиристоры дополнительного ключа переменного тока, шунти55 рующего выход преобразователя. подают управляющие импульсы с задержкой по отношению к моментам спада до нуля выходного тока, по длительности большей времени выключения тиристоров основных

1746495 ключей переменного тока, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей преобразователя, для каждого из основных ключей переменного тока формируют допустимую зону под- 5 ачи управляющих импульсов, начало которой определяют регулируемым углом, отсчитываемым от начала положительной полуволны напряжения сети, приложенного к i-му основному ключу переменного тока, в 10 диапазоне пл< а<(п+1)л; где и =1,2, „„ а конец — углом 1, определяемым моментом возникновения первого из следующих положений: спадом напряжения сети, приложенного к i-му.основному ключу переменного. 15 тока, к нулю: спадом тока в i-м основном ключе переменного тока к нулю; формированием следующей по порядку допустимой зоны подачи управляющих импульсов для следующего по порядку работы основного 20 ключа переменного тока, контролируют протекание тока через i-й основной ключ переменного тока и подают управляющий импульс на тиристоры дополнительного ключа переменного тока через время задер- 25 жки после спада этого тока к нулю, а через дополнительное время задержки, большее ширины этого управляющего импульса, дают разрешение для управления тиристорами всех m основных ключей переменного 30 тока, выбирают основной ключ переменного тока, у которого после появления разрешения существует ближайшая допустимая зона подачи управляющих импульсов, и открывают его сразу, если допустимая зона 35 сформирована раньше момента появления разрешения или в момент появления допустимой зоны, если она сформирована позже момента появления разрешения, а после возникновения тока в цепи упомянутого ос- 40 новного ключа переменного тока запрещают подачу управляющих импульсов на тиристоры всех m основных ключей переменного тока.

2. Способ по и. i, отл и ч а ю шийся 45 тем, что, с целью блокирования неправильной работы основных ключей переменного тока, контролируют у каждого i-.ro основного ключа переменного тока длительность интервала между началом его допустимой зо- 50 ны и моментом открытия его тиристоров, причем если длительность этого интервала превышает значение, соответствующее углу д=л/3mk, где k > 1 — коэффициент запаса, то блокируют подачу управляющих импульсов 55 на тиристоры всех m основных ключей пе ременного тока.

3. Устройство для преобразования mфазного напряжения одной частоты в однофазное m-кратной частоты, содержащее m тиристорных основных ключей переменного тока, тиристорный дополнительный ключ переменного тока на выходе, фильтр в виде последовательной резонансной LC-цепи, настроенный с учетом реактивности нагрузки на m-кратную частоту, а также синхронизированную с сетью систему импульсно-фазового управления, состоящую иэ mканалов напряжения,,и блок управления тиристорами дополнительного ключа переменного тока с первым элемен- . том задержки и вторым формирователем управляющих импульсов, воздействующим на тиристоры дополнительного ключа переменного тока, причем в состав каждого 1-го канала напряжения входит трансформаторный датчик, вход которого, являясь входом I-го канала напряжения, подключен к.i-й . фазе ЭДС сети, а выход — к последовательно соединенным первому формирователю сигналов, формирователю пилообразного напряжения, релейному элементу с регулируемой уставкой, а также первый формировател ь уп равля ющих импульсов,. выход которого одновременно является выходом )-го канала напряжения, воздействующий на тиристоры i-ro основного ключа переменного тока, отл ич а ю ще е с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования напряжения, в состав каждого i-ro канала напряжения дополнительно введены первый элемент НЕ, первый дифференцирующий элемент, первый RS-триггер, первый элемент ИЛИ с числом входов m+1, трехвходовый элемент И, причем выход первого формирователя импульсов соединен дополнительно с входом первого элемента

НЕ, выход которого объединен с первым входом первого элемента ИЛИ, а выход релейного элемента с регулируемой уставкой подключен к первому дифференцирующему элементу, выход которого подключен к входам первых элементов ИЛИ всех каналов напряжения, кроме собственного, и к S-входу первого Rs-триггера, R-вход которого присоединен к выходу первого элемента

ИЛИ, а его выход — к первому входу трехвходового элемента И, выход которого подключен к входу первого формирователя управляющих импульсов, причем выход i-го оптронного датчика тока )-й фазы преобразователя, вход которого, являясь одновременно входом i-ro канала тока, подключен параллельно )-му основному ключу переменного тока, причем- в состав i-го канала тока входят также второй формирователь сигналов, второй элемент НЕ и второй дифференцирующий элемент, входы последних обьединены и подключены к выходу второго формирователя сигналов, вход которого

174б495

20 присоединен к выходу оптронного датчика тока. выход второго дифференцирующего элемента подключен к второму входу первого элемента ИЛИ i-го канала напряжения, а выход второго элемента НЕ присоединен к первому входу.1-го двухвходового элемента .И вЂ” НЕ, второй вход которого подключен к выходу первого RS-триггера i-ro канала напряжения, а выход — к I-му входу m-входового элемента И вЂ” НЕ, причем выход последнего через элемент выдержки времени подключен к R-входу второго RS-триггера, S-вход которого присоединен к элементу установки положения триггера, его выход— к третьим входам трехвходовых элементов

И всех m каналов напряжения, причем выход каждого i-го он гронного датчика тока подключен к 1-му входу m-входовой схемы

ИЛИ-НЕ. выход которой присоединен к первому элементу задержки, выход которой обьединен с вторым элементом задержки и третьим дифференцирующим элементом, выход которого соединен с входом второго формирователя управляющих импульсов, причем выход второго элемента задержки подключен к вторым входам трех трехвходовых элементов И всех m каналов напряжения.

1746495

1746495

Яу

1 — тCs

ass

Llss

Dsp

Uss

gg

grq

Ых

Ыю 6у

0 в

021

023

Ог

028Пгг

Ив

Юг

Яо

Ll2

И

Lh и31

Ыи ——

Им

Ыд

Ыз

gsa

s3

0м

Q s (/ФИ

041

Ll s

1746495

174б495

И ь

g ф

Ив

022

0О

019

Ozc

gg

Lieu

Llew

0з

1746495

Цтв

Ы+.

Ors

017

0:в—

Огг

Пгь

Ив

gay

//г л

Пг

Огя

Цво

ubr

usaf ..0м

0"ь

0во

И 3

Ыи

0@5

4йв . 047

Пв

gyp

ass

Used

087

Ust

Л вЂ” т

% 2. 8

Редактор В.Данко

Составитель Г.Мыцык

Техред М.Моргентал

Корректор M.Ïîæî роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101. Заказ 2401 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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