Вентильный преобразователь

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области преобразовательной техники и автоматизированного электропривода, и может быть использовано в электроприводах постоянного и переменного тока. Техническим результатом является упрощение и повышение надежности и точности измерения и регулирования. Вентильный преобразователь содержит силовой вентильный блок, выход которого подключен к нагрузке, а управляющие цепи вентилей - к управляющему устройству, соответствующие входы которого соединены с блоком регулирования и блоком защит, установленные в фазах преобразователя трансформаторы переменного тока, к вторичным обмоткам которых подключены резисторы, имеющие общую точку, m-фазное устройство выделения модуля выпрямленного тока преобразователя, включающее прецизионные однофазные выпрямители на базе операционных усилителей и сумматор, при этом входы выпрямителей подключены к соответствующим резисторам и их общей точке, а выходы - к входам сумматора, выход которого подключен к соответствующим входам блоков регулирования и защиты. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области преобразовательной техники и автоматизированного электропривода.

Известен вентильный полупроводниковый преобразователь, являющийся основой электропривода [1] и содержащий: силовой тиристорный блок, систему импульсно-фазового управления (СИФУ), блок регулирования, состоящий из регуляторов тока и скорости двигателя; датчик тока, датчик проводимости тиристоров, логическое устройство раздельного управления комплектами тиристоров, блок защиты. Недостатком данной системы регулирования является сложность, заключающаяся в том, что для ее функционирования необходимо применение датчиков тока и датчиков проводимости тиристоров, представляющих собой сложные устройства. Причем для регулирования тока применяется датчик тока на выходе преобразователя, подключенный к шунту, а для устройства защиты по току требуется информация по полному току преобразователя, что осуществляется либо с помощью трансформаторов переменного тока, устанавливаемых в фазах преобразователя, либо с помощью токовых герконовых реле или других устройств. Таким образом, здесь управление регулятором тока, устройством токовой защиты и логическим устройством раздельного управления осуществляется соответственно от трех типов специальных устройств (датчиков), указанных выше.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению и взятым за прототип является тиристорный преобразователь, являющийся основой электропривода ЭПУ 1, выпускаемого ОАО “Чебоксарский электроаппаратный завод” [2].

Тиристорный преобразователь электропривода ЭПУ 1 имеет структуру, приведенную на фиг.1, и содержит: силовой тиристорный блок 1, нагрузку в виде двигателя 2 постоянного тока, систему импульсно-фазового управления (СИФУ) 3, блок 4 регулирования, блок 5 защиты, блок 6 раздельного управления (блок переключении), трансформаторы 7-9 переменного тока, резисторы 10-12, диодный мостовой выпрямитель 13 и датчик 14 проводимости тиристоров. Недостаток прототипа заключается в том, что диодный мостовой выпрямитель 13 вносит значительную погрешность при выделении информации по току преобразователя, особенно при малых значениях тока. Погрешность обусловлена существенным значением падения напряжения на диодах выпрямительного моста, которое составляет около 2-3 В. При этом в реверсивных преобразователях (в отличие от нереверсивных) используется дополнительный блок 6 переключении, который подключен к датчику 14 проводимости тиристоров. Данный датчик представляет собой довольно сложное электронное устройство [2]. Указанные особенности усложняют вентильный преобразователь в целом, снижают его надежность и точность регулирования тока, особенно при изменении температуры окружающей среды и в области малых значений тока.

Технический результат заявляемого решения - упрощение вентильного преобразователя, повышение его надежности и точности регулирования тока. Технический результат достигается тем, что в вентильный преобразователь, содержащий силовой вентильный блок, выход которого подключен к нагрузке, управляющие цепи вентилей - к управляющему устройству, соответствующие входы которого соединены с блоком регулирования и блоком защит, а в фазах преобразователя установлены трансформаторы переменного тока, к вторичным обмоткам которых подключены резисторы, имеющие общую точку, введено m-фазное устройство выделения модуля выпрямленного тока преобразователя, содержащее прецизионные однофазные выпрямители на базе операционных усилителей и сумматор, при этом входы выпрямителей подключены к соответствующим резисторам и их общей точке, а выходы - к входам сумматора, выход которого подключен к соответствующим входам блока регулирования и защиты; также введен блок переключении, вход которого подключен к выходу сумматора m-фазного устройства выделения модуля выпрямленного тока преобразователя, а выход - к управляющему устройству.

Отличительной особенностью изобретения является то, что упрощение, повышение надежности и точности измерения и регулирования тока преобразователя достигается за счет создания многофункционального m-фазного устройства выделения модуля выпрямленного тока преобразователя, состоящего из прецизионных однофазных выпрямителей и сумматора, соединенных соответствующим образом между собой, трансформаторами тока, резисторами и их общей точкой и подключенных к входам блоков регулирования и защиты. При этом в системах электропривода с реверсированием и торможением двигателя m-фазное устройство выделения модуля подключено также к блоку переключении, выполняющему, например, в реверсивных тиристорных преобразователях функцию блока раздельного управления.

Таким образом упрощение, повышение надежности и точности регулирования тока заключается в создании и введении в преобразователь многофункционального устройства с соответствующими его соединениями с блоком регулирования, защит и переключении.

На фиг.2 приведена схема заявляемого вентильного преобразователя, где приняты следующие обозначения:

1 - силовой вентильный блок преобразователя. В качестве преобразователя может быть преобразователь переменного напряжения в постоянное (фиг.2а) или переменного напряжения в переменное (фиг.2б);

2 - нагрузка, например электродвигатель постоянного тока (фиг.2а) или переменного тока (фиг.2б);

3 - управляющее устройство, например, система импульсно-фазового управления (СИФУ);

4 - блок регулирования, например, содержащий регуляторы тока и скорости;

5 - блок защиты [2], в том числе максимально-токовый и времятоковый;

6 - блок переключения. Например, в реверсивных тиристорных преобразователях это блок логики раздельного управления комплектами тиристоров [2]. В преобразователях переменного напряжения (тиристорных регуляторах) для электропривода это блок изменения чередования фаз либо устройство динамического торможения двигателя;

7-9 - трансформаторы переменного тока;

10-12 - резисторы;

13 - m-фазное устройство выделения модуля выпрямленного тока преобразователя;

15-17 - прецизионные однофазные выпрямители, выполненные на базе операционного усилителя, измеряющие модуль входного сигнала, в том числе в милливольтовом диапазоне;

18 - сумматор.

U_з - задающий сигнал, определяющий выходной параметр, например скорость двигателя 2;

U_оc - сигнал обратной связи, например, по скорости двигателя;

I_н - ток нагрузки;

i_А, i_В, i_С - токи в фазах преобразователя, выполненного, например, по трехфазной мостовой схеме выпрямления.

На фиг.3 приведена диаграмма работы устройства 13, где U₁₈ - выходное напряжение сумматора 18. В предлагаемом устройстве силовой вентильный блок 1 по выходу соединен с нагрузкой 2, например, с электродвигателем, управляющие цепи блока 1 подключены к управляющему устройству 3, соответствующие входы которого соединены с блоком 4 регулирования и блоком 5 защиты; силовые входы вентильного блока 1 через трансформаторы 7-9 переменного тока подключены к питающей сети, вторичные обмотки трансформаторов тока зашунтированы резисторами 10-12, имеющими общую точку, при этом резисторы 10-12 соединены с входами m-фазного устройства 13 выделения модуля выпрямленного тока, состоящего из прецизионных однофазных выпрямителей 15-17 и сумматора 18, входы которого подключены к выходам выпрямителей 15-17 и общей точке, а выход - к блоку 4 регулирования и блоку 5 защиты. Преобразователь может быть применен для реверсирования и(или) торможения двигателя. Для этого в него введен блок 6 переключения, вход которого подключен к выходу сумматора 18 m-фазного устройства 13 выделения модуля выпрямленного тока преобразователя, а выход - к управляющему устройству 3.

Устройство работает следующим образом.

Вариант 1. Здесь рассматривается нереверсивный вентильный преобразователь по фиг. 2, а и 2, б без блока 6, что соответствует п.1 формулы изобретения.

При задающем сигнале U_з на выходе блока 4 возникает регулирующий сигнал, который поступает на блок 3, определяя угол регулирования вентилей силового блока 1. Кроме задающего сигнала в блок 4 поступает сигнал основной обратной связи U_oc, например, по скорости двигателя 2. Для выделения сигнала, пропорционального выпрямленному току I_н преобразователя, введено m-фазное устройство 13 выделения модуля выпрямленного тока. На резисторах 10-12 получаем падения напряжения, пропорциональные фазным токам i_А, i_В, i_С, которые пропорциональны току нагрузки I_н. Данные падения напряжения (до 100 мВт) поступают на входы прецизионных выпрямителей 15-17, которые вместе с сумматором 18 выделяют сигнал, пропорциональный величине I_н. Сигнал с выхода 18 используется как сигнал обратной связи по току на входах блоков 4 и 5. При этом в блоке 4 данный сигнал используется для узла токоограничения, в блоке 5 - для максимально-токовой и времятоковой защиты.

Прецизионные однофазные выпрямители, выполненные на базе операционных усилителей, позволяют с высокой степенью точности измерять сигналы, в том числе милливольтовом диапазоне. Это обеспечивает резкое уменьшение напряжения на выходах трансформаторов тока 7-9, а следовательно, и сокращает их габариты, т.к. последние определяются соотношением

где W₂ - число витков вторичной обмотки трансформаторов тока;

Q - сечение магнитопровода трансформатора тока;

В_m - индукция;

Е₂ - вторичная эдс в обмотке W2, равная падению напряжения на резисторах 10-12;

К - коэффициент.

Из (1) следует, что габариты трансформаторов 7-9 можно снизить, уменьшив произведение (W₂Q) за счет уменьшения Е₂.

В данном устройстве трансформаторы 7-9 контролируют токи всех фаз преобразователя, в том числе при аварийных режимах (межфазное к.з. и замыкание на землю).

На фиг.2б используется та же структура регулирования, что и на фиг.2а для преобразователя переменного напряжения, который широко применяется в тиристорных пускателях для двигателей переменного тока.

Вариант 2. Этот вариант распространяется на реверсивный вентильный преобразователь постоянного тока по фиг.2а с блоком 6, а также на реверсивный преобразователь переменного напряжения по фиг.2б с переключением чередования двух фаз и (или) устройством динамического, торможения двигателя, что соответствует п.2 формулы изобретения.

Отличие вариантов заключается в функциональном назначении преобразователей, что определяется структурой силового блока 1 и введением в управляющую часть системы регулирования блока 6 переключении. Этот блок в реверсивном преобразователе постоянного тока (фиг.2а) выполняет функцию блока раздельного управления и функционирует в зависимости от выходного сигнала блока 13. В прототипе (фиг.1) для этих целей использовался сложный блок датчика проводимости тиристоров. Возможность использования сигнала по току с выхода сумматора 18 для контроля проводимости вентилей преобразователя обусловлена высокой чувствительностью блока 13, что существенно упрощает устройство блока в целом.

В реверсивном преобразователе переменного тока (например, в тиристорном пускателе) блок 6 выполняет функцию контроля переключения тиристоров при изменении порядка чередования фаз при реверсировании и (или) динамическом торможении двигателя. Таким образом, устройство 13 в обоих вариантах преобразователей является одинаковым, унифицированным и многофункциональным, а именно: обслуживает канал регулирования тока, токовые защиты и в реверсивных преобразователях - блок переключений.

Источники информации

1. Перельмутер В.М., Сидоренко В.А. Системы управления тиристорными электроприводами постоянного тока. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с.67-90.

2. Электроприводы унифицированные трехфазные серии ЭПУ1М. Промышленный каталог 08.41.11-99, УДК 62-83:621.9.06 (085), ГРНТИ 45.41.33, стр.7-12.

Формула изобретения

1. Вентильный преобразователь, содержащий силовой вентильный блок, выход которого подключен к нагрузке, а управляющие цепи - к управляющему устройству, соответствующие входы которого соединены с блоком регулирования и блоком защит, установленные в фазах преобразователя трансформаторы переменного тока, к вторичным обмоткам которых подключены резисторы, имеющие общую точку, отличающийся тем, что в него введено m-фазное устройство выделения модуля выпрямленного тока преобразователя, включающее прецизионные однофазные выпрямители на базе операционных усилителей и сумматор, при этом входы выпрямителей подключены к соответствующим резисторам и их общей точке, а выходы - к входам сумматора, выход которого подключен к соответствующим входам блоков регулирования и защиты.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно введен блок переключении, вход которого подключен к выходу сумматора m-фазного устройства выделения модуля выпрямленного тока преобразователя, а выход - к управляющему устройству.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3