Способ управления тиристорным преобразователем частоты с тремя @ -фазными источниками напряжений несущей частоты

 

Способ заключается в том, что задают уставку тока в каждой фазе нагрузки в отдельности в пределах, при которых продолжительность сигнала управления лежит в диапазоне Т/2 т 2Т/3, где Т - период изменения тока нагрузки; тпродолжительность сигнала управлений. Если ток нагрузки превышает уставку, то подают сигналы управления на одну группу тиристоров в соответствии с требуемой полярностью выходного напряжения, а если ток нагрузки меньше уставки, то сигналы управления подают на обе группы тиристоров, причем не более чем в одной фазе нагрузки. Устройство содержит формиро-. ватель импульсов (ФИ), логические элементы (ЛЭ) и электронные ключи, При запуске сигналы от ФИ подаются через ЛЭ на четыре группы тиристоров, а при появлении тока нагрузки, коммутация производится автоматически. 5 ил., 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ И СТИЧ Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 М 5/27

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (/)

С:

К. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ . (21) 4763330/07 (22) 28.11.89 (46) 30,03.93. Бюл. N 12 (71) Киевский политехнический институт им.

50-летия Великой Октябрьской социалистической революции и Научно-исследовательский институт Завода "Электротяжмаш" (72) А.М.Глалиновский, Ю.А.Шумилов, С.П.Семидел, Ю.Е.Савельев и В.B.Êóçüìèí (56) Авторское свидетельство СССР № 1104639, кл. Н 02 P 13/00, 1983, Авторское свидетельство СССР

¹ 1339821, кл. Н 02 М 5/42, 1985. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ С

ТРЕМЯ M-ФАЗНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ НАПРЯЖЕНИЙ НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЫ (57) Способ заключается в том, что задают уставку тока в каждой фазе нагрузки в. отдельности в пределах, при которых продолИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления тиристорными преобразователями частоты, работающими по принципу преобразования биений напряжения, Цель изобретения — упрощение способа управления.

На фиг,1 приведена принципиальная схема тиристорного преобразователя частоты, управления которым может быть осуществлено предлагаемым способом; на фиг.2— временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя частоты; на фиг,3 — функциональная схема устройства для управления тиристорным преобразователем частоты; на фиг.4 — принципиальная схема формирователя импульсов и его подключе. ния к преобразователю частоты; на фиг.5—

„„5Q ÄÄ 1805534 А1 жительность сигнала управления лежит в диапазоне Т/2 < т< 2Т/3, где Т вЂ” период изменения тока нагрузки; т — продолжительность сигнала управлений. Если ток нагрузки превышает уставку, то подают сигналы управления на одну группу тиристоров в соответствии с требуемой полярностью выходного напряжения, а если ток нагрузки меньше уставки, то сигналы управления подают на обе группы тиристоров, причем не более чем в одной фазе нагрузки, Устройство содержит формиро-. ватель импульсов (ФИ), логические элементы (ЛЭ) и электронные ключи, При запуске сигналы от ФИ подаются через ЛЭ на четыре группы тиристоров, а при появлении тока нагрузки, коммутация производится автоматически. 5 ил., 2 табл. временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Тиристорный преобразователь частоты (фиг.1) содержит источник биения напряжений, выполненный в виде каскадного преобразователя 1, состоящего из двух трехфазных асинхронных машин 2 и 3, сидящих на одном валу с приводным двигателем (не показан), первичные обмотки 4 и 5 первой 2 и второй 3 машин подключены к питающей сети 6, вторичные обмотки 7 и 8 первой 2 и второй 3 машин состоят иэ трех одинаковых трехфазных секций 9,10,11 и

12,13,14,.соответственно, вентильный коммутатора 15, состоящий из трех пар трехфазных групп 16 и 17, 18 и 19 и 21 встречно-параллельно включенных тиристоров 22 — 39, соединенных по нулевой схеме, к выводам переменного тока которых

1805534 предназначены для подключения преобра- 5 зователем частоты (фиг.3) в нулевой провод

30

40

ИЛИ-НЕ подключены ко вторым входам со- 50 ответственно первого 67, второго 68, третьего 69 и четвертого 70 элементов 2 ИЛИ, 55 присоединены начала всех фаз а11, Ь11, с11; аг1, Ь21, с21; аз1, Ь31, сз1 трехфаэных секций

9,10,11 вторичной обмотки 7 первой машины 2, управляющие электроды тиристоров каждой группы 16 — 21 тиристоров 22-39 соответственно включены датчики 40-45 тока нагрузки, причем общая точка каждой пары датчиков 40 и 41, 42 и 43, 44 и 45 тока соединена с одной из фаз А,В и С трехфазной нагрузки 46, а потенциально развязанные выходы датчиков 40-45 тока предназначены для подключения к входам устройства для управления преобразователем частоты (фиг.3).

Устройство для управления тиристорным преобразователем частоты (фиг,3) содержит формирователь 47 импульсов (фиг.4) состоящий из двух трехфазных цепочек 48 и

49, каждая фаза б11, б21 бз1 и 111, 121 131 которых представляет собой последовательно соединенные диод и резистор — соответственно 50 и 51, 52 и 53, 54 и 55, 56 и

57, 58 и 59, 60 и 61 и пять элементов 62-66

2И, выход формирователя 47 импульсов подключен к первому входу первого элемента 62 2И, а входы второго 63, третьего 64 и четвертого 65 элементов 2И предназначены для подключения к датчикам 40-45 тока нагрузки преобразователя частоты (фиг.1), В устройство введены четыре элемента 67-70

2 ИЛИ, один элемент 71 ЗИЛИ, шесть элементов 72-77 3 ИЛИ-НЕ и один элемент 78

6 ИЛИ-НЕ, причем"входы второго 63, третьего 64 и четвертого 65 элементов 2И соединены со всеми входами элемента 78 6

ИЛИ-НЕ и с первыми входами каждого из шести элементов 72-77 3 ИЛИ-НЕ, а входы — со всеми тремя входами элемента 71 3

ИЛИ, выход которого подключен ко вторым входам всех шести элементов 3 ИЛИ-.НЕ, выход элемента 6 ИЛИ-HE подключен к третьим входам всех шести элементов 72-77

3 ИЛИ-НЕ и ко второму входу первого элемента 62 2И, выход которого соединен с первыми входами всех четырех элементов

67-70 2 ИЛИ, выходы которого 73, третьего

74, четвертого 75 и пятого 76 элементов 3 входы которых, а также выходы первого 72 и шестого 77 элементов 3 ИЛИ-НЕ предназначены для подключения к управляющим электродам тиристоров 22-39 преобразователя частоты (фиг.1), одни выводы фаз б11, бг1, б31 и 111, 121, i31 соответственно каждой трехфазной цепочки 48 и 49 формирователя

47 импульсов соединены в звезду и предназначены для подключения соответственно к общим точка фаз а12 Ь22 С32 и b12 с22 а32 источника биения напряжений (фиг.4), а другие выводы фаз б11, б21, б31 и 111, 121, 131 соответственно цепочек 48 и 49 предназначены для подключения к другим выводам фаз а11, с21, Ь31 и Ь11, а21, с31 источника биения напряжений причем в одну иэ фаз б11 и 131 каждой трехфазной цепочки 48 и 49 включен электронный ключ 79 и 80 соответственно развязанный (например, оптронами и герконами) от формирователя 47 импульсов, а выходы электронных ключей

79 и 80 каждой трехфазной цепочки 48 и 49

5 соединены с входами пятого элемента 66

2И. выход которого является выходом формирователя импульсов. Для передачи сигналов управления на управляющие электроды тиристоров 22-39 могут быть использованы любые известные устройства, например блок 81 распределения и усиления управляющих импульсов.

Способ управления тиристорным преобразователем частоты (например, изобра5 женным на фиг.1) реализуется при помощи устройства, изображенного на фиг.3 и 4, следующим об разом.

Первичные обмотки 4 и 5 трехфазных асинхронных машин 2,3 подключены.к питающей сети 6 таким образом, чтобы враще- ние создаваемых ими частоты осуществлялось в противоположных на-. правлениях, Тогда на выходах всех фаз вторичных обмоток 4 и 5, соединенных между собой, наводятся суммарные ЭДС:

1аА = 1а12 + lа11 = EmSln (@at) СО$ ЙМ

IbA=Ib12+ lb11= Emsln(щд — 120 соз во1

1cA =, Ic 12 + 1с11 = E ms in (в„ t — 240о) cos глв1 (фиг. 2а), 1аЯ = 1Ьгг + 1сг1 = EmSIn flQt) C0$ (Оа1-

-120")

ibB = 1сгг + 421 = Em sin (nest - 120 1 cos ,(ом — 120 )

IcII = 1а22 + 1Ь21 = Em Sin ((6н t — 240") COS

5 (соИ вЂ” 120 ) (фиг,2б)

1ас = Iсзг + 1ьз1 = Em sin (в 1) соз (nWt—

-240 )

1ьс = 432 + Ic31 Em sin (вн t — 120 ) cos

t — 240о)

lсс Ib32 + 431 = EmSin (Щу t — 240 ) СО$ (®в t — 240 ) (Фиг 28)

Здесь

1аА,, 1сс — суммарная ЭДС соответствующих фаз:

411, .,,lc31 — эДс соответствующих фаз первой машины 2;

41 lc32 — ЭДМ соответствующих фаз второй машины 3;

Е п — амплитудное значение ЭДС;

Ag — несущая частота напряжения;

1805534

5 вб — частота биений напряжения, Эти ЭДС можно получить, если одна из машин (например, первая машина 2) работает в режиме электромагнитного тормоза, а вторая машина 3 — в режиме генератора.

В исходном состоянии токи в фазах А,В и С нагрузки 46, а следовательно, и в датчиках 40-45 тока нагрузки, равны нулю, При этом нулевые сигналы присутствуют на всех входах второго 63, третьего 64 и четвертого

65 элементов 2И, элементы 78 6 ИЛИ- НЕ и на первых входах всех шести элементов 7277 3 ИЛИ вЂ” НЕ, На выходах второго 63, третьего 64 и четвертого 65 элементов 2И и на всех входах элемента 71 3 ИЛИ также нулевые сигналы, что обеспечивает нулевой сигнал на входе элемента 71 3 ИЛИ и на вторых входах всех шести элементов 72 — 77 3 ИЛИНЕ. На выходе элемента 78 6 ИЛИ вЂ” НЕ присутствует единичный сигнал, который поступает на второй вход первого элемента

62 2И и на третьи входы всех шести элементов 72...3ИЛИ-НЕ, что обеспечивает нулевые сигналы на их выходах и на входах всех четырех элементов 67 — 70 2 ИЛИ. При отсутствии сигналов с выхода формирователя 47 импульсов на выходе первого элемента 62 2

И, и следовательно, на всех входах блока 81 распределения и усиления управляющих импульсов также нулевые сигналы. Таким . образом, импульсы управления на управляющие электроды тиристоров 22-39 не поступают, а последние закрыты.

Биения напряжений поступают на входы формирования 47 импульсов. В фазах

á», d21, d31 и l». 121, 131 соответственно цепочек 48 и 49 выделяются напряжения несущей частоты, показанные на фиг.5а, 5б, причем на фиг.5а показаны напряжения: линии без значков — в фазах а», а12 линии с черточкой — в фазах с21, Ü22 линии с крестиком — в фазах Ьз1, сз2 на фиг.5б соответственно; в фазах b11 b12 в фазах а21, с22 в фазах сз1, Ьз2

При этом электронный ключ 79 в фазе б» цепочки 48 откроется в моменты, показанные на фиг.5в, а электронный ключ 80 в фазе 1з1 цепочки 49 — на фиг.52, Импульсы с выходов электронных ключей 79 и 80 поступают на входы пятого элемента 66 2 И, с выхода которого (а следовательно. и с выхода формирователя 47 импульсов) подаются на первый вход первого элемента 62 2И (фиг,5д).

Согласно предлагаемому способу сигналы управления должны подаваться на одну группу тиристоров и соответствии с требуемой полярностью, если ток в соответствующей фазе нагрузки превышает уставку датчика тока нагрузки, и на обе группы тиристоров в противном случае, Поскольку при запуске токи в фазах А,В

5 и С нагрузки 46 равны нулю (т.е. меньше уставки тока) то для предотвращения одновременного включения всех шести групп

16 — 21 тиристоров 22 — 39 служат формирователь 47 импульсов, первый элемент 62 2И и

10 четыре элемента 67 — 70 2 ИЛИ. При этом на выходе 78 6 ИЛИ-HE и на втором входе первого элемента 62 2И единичные сигналы, а на выходе первого элемента 62 2И единичные сигналы будут появляться тогда

15 же, когда и на формирователе 47 импульсов, Это обеспечит появление единичных сигналов на первых входах и выходах всех четырех элементов 67 — 70 2. ИЛИ и на соответствующих управляющих электродах

20 тиристоров 22 — 24,28 — 33,37 — 39. Таким образом, при запуске обеспечивается включение двух rpynn 18 и 19 тиристоров 28 — 33 не более, чем в одной фазе нагрузки 46 (в данном случае в фазе В) и по одной группе 16 и

25 21 тиристоров 22 — 24 и 37 — 39 соответственно в двух других фазах А и С нагрузки 46, При появлении тока в нагрузке 46, первая гармоника которого показана на фиг.2г— е, срабатывает по крайней мере один из

30 датчиков 40 — 45 тока нагрузки, в результате чего на одном из входов элемента 78 6 ИЛ ИНЕ появляется единичный сигнал, à íà его выходе — нулевой сигнал, который поступает на второй вход первого элемента 62 2И.

35 запирая его для импульсов запуска от формирователя 47 импульсов, и на первые входы всех шести элементов 72-77 3 ИЛИ вЂ” НЕ снимая запрет на управление от датчиков

40 — 45 тока нагрузки. На фиг,2г-е показаны

40 пределы регулирования уставки тока, при которых продолжительность, подачи сигналов управления может в пределах т< 2Т/3 — штрихпунктирная линия с одной точкой, t> Т/2 — штрихпунктирная линия с двумя

45 точками, Пунктирными линиями показаны моменты равенства токов в двух фазах.

Выходы датчиков 40 — 45 тока нагрузки подключены к первым входам элементов

72-77 3 ИЛИ вЂ” НЕ соответственно, а выходы

50 последних присоединены так, что выход первого элемента.72 3 ИЛИ вЂ” НЕ подключен управляющим электродам группы 17 тиристоров 25 — 27, выход второго элемента 73 через элемент 67 2 ИЛИ вЂ” к группе 16 тири-55 сторов 22 — 24. Аналогично выход третьего элемента 74 через второй элемент 68 подключен к группе 19 тиристоров 31-33, выход. четвертого элемента 75 через третий эле-. мент 69 — к группе 18 тиристоров 28-30, 1805534 выход пятого элемента.76 через четвертый элемент 70 — к группе 21 тиристоров 37-39 и выход шестого элемента 77 — к группе 20 тиристоров 34 — 36. Все выходы логических элементов подключены к управляющим 5 электродам тиристоров через блок 81 распределения и усиления управляющих импульсов.

В течение одного периода модулирующего напряжение низкой частоты сигналы 10 управления подаются на группы 16 — 21 тиристоров 22 — 39 в соответствии с диаграммами, изображенными на фиг,2ж — 2м, на которых заштрихованными участками показаны промежутки времени, когда включены 15 соответствующие группы тиристоров, причем на фиг.2ж — 2и время подачи сигналов управления составляет т<: 2Т/3-(tb+ to), а на фиг.2к — м — z> Т/2+(tb+ to), где tb, to время включения и отключения тиристоров. 20

Это позволяет выбрать уставки датчиков

40-45 тока нагрузки в широких пределах. что облегчает их подбор и настройку.

При этом тиристоры включаются согласно показанному в табл.1 в моменты вре- 25 мени, изображенные на диаграммах фиг.2н-р, на которых показаны графики напряжения на фазах нагрузки 46, В момент перехода тока нагрузки через нуль переключение тиристоров происходит 30 автоматически согласно паказанному в табл,2

В результате такой естественной коммутации тиристоров 22 — 39 вентильного коммутатора 15 на трехфазной нагрузке 46 35 появляются напряжения, показанные на диаграммах (фиг.2н — р), При появлении по какой-либо причине в обоих группах тиристоров одной из фаэ нагрузки46тока, превышающего уставкутока, 40 на входах и на выходе одного из элементов

63 — 65 2И появятся единичные сигналы, При этом единичный сигнал с выхода элемента

71 3 ИЛИ поступит на вторые входы элементов 72-77 3 ИЛИ вЂ” НЕ, запирая их для сигна- 45 лов от датчиков 40-45 тока что приведет к запиранию тиристоров 22-39 и отключению нагрузки 46. Сигнал от элемента 71.3 ИЛИ может быть использован для сигнализации аварийного режима и для предотвращения 50 (при необходимости) автоматического повторного запуска преобразователя, например, через RS-триггер блокировать сигнал запуска, Таким образом, предлагаемые технические решения позволяют упростить реализацию способа и устройство, реализующее способ за счет уменьшения каналов управления тиристорами преобразователя частоты, Формула изобретения

Способ управления тиристорным преобразователем частоты с тремя m-фазными источниками напряжений несущей частоты, промодулированных соответствующими фазными напряжениями модулирующей частоты, причем одноименные фазы источников напряжений несущей частоты соединены в звезду, образуя m потенциально разделенных звезд, каждый m-фазный источник подключен через соответствующие гл-фазные нулевые анодные и катодные группы тиристоров к соответствующей фазе нагрузки, заключающийся в том, что формируют для каждой фазы сигнал, пропорциональный току нагрузки, определяют его полярность, формуют общий для всех фаз сигнал установки тока, сравнивают сигнал, пропорциональный току нагрузки, с сигналом уставки тока и, если он меньше сигнала уставки тока. формируют сигналы включе-. ния. тиристоров и подают их на все тиристоры соответствующей фазы нагрузки, а если он больше сигнала уставки тока, формируют сигналы включения тиристоров и подают их на анодную или катодную группу тиристоров в соответствии с полярностью сигнала, пропорционального току фазы нагрузки, о тл и ч а ю щи и с ятем, что, с цельюупрощения, контролируют наличие токов фаз нагрузок, сигнал уставки тока формируют на интервале Т/2 < z < 2T/3, где Т вЂ” период повторения модулирующего напряжения при отсутствии тока нагрузки или Т вЂ” период йовторения тока нагрузки при наличии тока хотя бы в одной из фаз нагрузки, причем подачу сигналов включения на все тиристоры осуществляют не более чем в одной фазе нагрузки, а в других фазах нагрузки подают сигналы включения на анодную или катодную группу тиристоров.

1805534 откр

25,33,35,27,32.34

26.31.36,25,33,35

24,32,34,23,31,36

22,33,35,24,32,34

23.31,36,22,33,35

24,32.37,23,31,39

22,33,38,24,32.37

23,31,39,22,33,38

24,29,37,23,28,39

22.30,38,24,29,37

23.28.39,22,30,38

27,29,37,26,28,39

25,30,38,27,29,37

26,28,39,25,30,38

27,29.34,26,28,36

25,30,35,27,29,34

26,28,36,25,33,35

27,32,34,26,31,36

Момент времени

01

02

Оз

Q4

Qs

Qs

Q7

Qs

09

01О

011

012

Q13

Q14

Q16

01т

Q18

Тиристоры вающиеся

Фазы, по которым протекает ток д11Э12с21Ь22Ь31с32

Ь11Ь12Э21с22с31э32 с11с12Ь21Э22Э31Ь32

Э11Э12с21Ь22Ь31с32

b11b12à21à22ñ31àç2

С11С12Ь21С22Э31Ь32 д11Э12с21Ь22Ь31с32

Ь 11Ь 12д21Э22с31э32 с11с12Ь21Э22Э31Ь32 а11Э 12С21Ь22Ь31С32

b11b12а21с22с31д32

С»C12b21a22a31b32

Э11Э12С21Ь22Ь31С32

Ь11Ь 12а21с22сз1аз2 с11с12Ь21Э22д31Ь32

Э11Э12С21Ь22Ь31С32

Ь11Ь12Э21с22сз1э32 с11с12Ь21э22Э31Ь32

Та блица!

Примечание

Инверторный режим см, табл.2

Инверторный режим см. табл.2

Инверторный режим см. табл.2

Инверторный режим см, табл.2

Инверторный режим см. табл.2

Инверторный режим см. табл.2

Таблицэ2

1805534 г.я ем ееА

1805534

1 м!

I 1 и

I я, Рюсс 2!

uP c

Рд

Ij

I 1

) — .

I! I

I !

1! ! ! 1 (I (! 1 1

l 1

1 р! д р

t j !

I !

l l !

Уо grt Юв 3к а,Prs!

I !!

l ! .ф +(.iv 95 %,У7 !Ух p9 gl(t !У((Яд

Фиг.Рр! ! 1 1 !

1

I! ! ! ! ! !

-! 1 ..!! !

t

t

I (1805534

1805534

1805534

Ъ.

Сося еитель О Парфенова

Техред М.Моргентал Корректор Н.Шмакова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 946 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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