Устройство для управления тиристорными ключами

 

(iö 535734

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 17.12.74 (21) 2084544/07 с присоединением зая вки № (23) Приоритет (51) М Кл г Н ОЗК 17/56

Н 02Р 13/1б

Государственный комитет

Совета Министров СССР о делам изобретений Опубликовано 15.11.76. Бюллетень № 42 (53) УДК 621.314.5 (088.8) и открытий

Дата опубликования описания 22.11.7б (72) Автор изобретения

В. В. Андрущук (71) Заявитель

Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М. И. Калинина (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМИ

КЛЮЧАМИ

Изобретение о11носится к области преобразовательной технички и может быть использовано для управления тиристорными ключами, регулирующими напряжение на активно-индуктивной нагрузке, например двигателе или реле.

В известных устройствах для управления тиристорными клю ами вырабатываются импульсы прямоугольной формы, относительная продолжительность у которых является функцией напряжения управления U .

В качестве простейшего модулятора длительности импульсов может быть использован управляемый мультивибратор с источником управляющего напряжения в цепях перезаряда емкостей (1). Управляющее напряжение воздействует на скорость изменения напряжения перезаряда емкостей. Возможны два способа управления. При первом способе напряжение U, вводится непосредственно в цепь перезаряда конденсаторов, при втором способе на пряжение управления воздействует на сопротивления, включенные в цепи перезаряда конденсаторов. Изменение времени перезаряда конденсаторов мультивибрагора приводит к изменению относительной продолжительности выходного импульса. Однако в таком мультивибраторе при больших управляющих сигналах возможен переход транзисторов в режим глубокого насыщения и срыв колебаний. К недостаткам мультивибратора относятся также ограниченный диапазон изменения у, который определяется минимальным временем, необходимым для подготовки схемы к очередному периоду работы, и наличие зоны нечувствительности.

В качестве модуляторов длительности импульсов могут быть использованы также управляемые блокинг-генераторы, представляю1ð щие собой усилители с положительной обратной связью, осуществляемой при помощи насыщающегося трансформатора (2). Недостатками этих модуляторов являются ограниченный диапазон изменения у, уменьшение ча15 стоты колебаний блокинг-генератора с у величением U, наличие гальванической связи между выходным каскадом и цепью управления, затрудняющей введение обратных связей, низкий коэффициент усиления по на20 пряжению, наличие зоны нечуствительности.

Прототипом изобретения является модулятор длительности, состоящий из последовательно включенных интегратора, порогового

25 устройства и формирователя импульсов (3).

Пилообразные импульсы на выходе интегратора получаются в результате периодического замыкания интегрирующей емкости контактами реле, управляемого пороговым устЗО ройством. Изменением напряжения на входе

535734

15 интегратора регулируют длительность выходных импульсов. Однако такой модулятор обеспечивает только частотно-импульсное управление тиристорами, при котором частота включений тиристоров увеличивается с увеличением сигнала управления. Такой закон регулирования неэкономнчен, так как с увеличением частоты увеличиваются потери на перезаключение. Обычно в ключах используют обратную зависимость частоты переключения тиристоров от напряжения управления. Кроме того, данная схема создает высокий уровень пульсаций тока в нагрузке, так как в зоне малых сигналов управления и, следовательно, малых нагрузок частота переключений наименьшая. При постоянной частоте коммутации уровень пульсаций достигает максимума при у=0,5, поэтому для снижения уровня пульсаций необходимо повышать частоту коммутации в области з =0,5. Переключение напряжения на конденсаторе интегратора осуществляется при помощи реле, которое снижает надежность работы схемы и уменьшается срок ее службы.

Предлагаемое устройство позволяет расширить диапазон изменения относительной продолжительности импульсов управления и увеличить их частоту в области средних значений управляющего сигнала. Это достигается тем, что оно содержит нелинейный дифференциальHûé сумматор, выход которого подключен ко входу интегратора, инвертирующий вход сумматора через два дополительных резистора, а неинвертирующий вход через третий дополнительный резистор и диоды подключены к источнику управляющего сигнала, причем средняя точка первых двух дополнительных резисторов зашунтирована цепочкой из дополнительных диодов.

На чертеже дана принципиальная схема описываемого устройства.

Выход интегратора 1 соединен со входом компаратора 2 и входом нуль-органа 3 формирователя импульсов. Выход компаратора 2 соединен через две параллельные цепочки, состоящие из резистора 4, диода 5 и резистора 6, диода 7, со входом интегратора 1. Выход нелинейного дифференциального сумматора 8 подключен «о входу интегратора 1, инвертирующий вход .сумматора через два дополнительных резистора 9 и 10 соединен с выходом источника 11 управляющего сиг.нала, а неи нвертирующий вход через третий дополнительный резистор 12 и диоды 13 — 15 также соединен с выходом источника 11 управляющего сигнала, который подключен ко входу нуль-органа 3 формирователя импульсов. Второй вход компаратора 2 соединен с источником опорного напряжения Ui. Средняя точка резистора 9 и 10 через диоды 16 и

17 подключена к нулевой шине. Конденсатор

18, соединяющий неинвертирующий вход и выход нуль-органа 3, осуществляет положительную обратную связь и способствует уско20

65 вению переходных процессов, ITo улучшает фронты выходных импульсов.

Устройство раоотает сле: ующпм образом.

Г1рн подаче напряжения питания и отсутствия управляюн1его сигнала компаратор 2 находится в исходном состоянии и его выходное напряжение через резистор 4 и диод 5 подается на вход интегратора 1. На выходе интегратора 1 появляется напряжение, изменяющееся по линейному закону с относительно небольшой скоростью, так как резистор 4 выбирают достаточно большим (например, с сопротивлением 50 кОм).

По достижении уровня срабатывания компаратора 2, задаваемого источником напряжения U>, последний переключается, изменяет полярность выходного напряжения, и на вход интегратора 1 подается напряжение через резистор 6 и диод 7. Скорость уменьшения напряжения на выходе интегратора 1 велика, так как резистор 6 выбирают небольшим по величине. (например, с сопротивлением 1 кОм), и интегратор практически мгновенно возвращает компаратор 2 в исходное со c To я н ие.

В дальнейшем процесс переключения компаратора 2 повторяется и на выходе интегратора 1 формируется пилообразное напряжение, имеющее практически вертикальный задний фронт.

Выходное напряжение интегратора 1 сравнивается с напряжением управляющего источника 11 в нуль-органе 3 формирователя импульсов. В момент равенства этих напряжений нуль-орган 3 срабатывает и остается в этом положении до тех пор, пока пилообразное напряжение интегратора 1 не уменьшится до уровня управляющего напряжения. Изменяя величину управляющего напряжения, можно регулировать длительность выходных импульсов нуль-органа 3.

После открытия диодов 16 и 17 напряжение на выходе сумматора 8 остается постоянным и не зависит от величины управляющего сигнала.

При дальнейшем увеличении входного сигнала открываются диоды 13 — 15. Напряжение на входе дифференциального сумматора

8 начинает уменьшаться и при некотором значении управляющего сигнала достигает нулевого значения. Таким образом, на выходе сумматора 8 формируется напряжение трапециевидной формы, имеющее постоянное значение в области средних значений входного сигнала. Изменяя количество и тип диодов во входных цепях сумматора 8, можно изменять форму выход ного напряжения. Это напряжение также подается на вход интегратора 1 и суммируется с напряжением, поступаемым на интегратор с выхода компаратора

2. На участке плавного изменения выходного напряжения интегратора 1 добавочное напряжение увеличивает наклон пилы и тем самым повышает частоту работы интегратора, Частота достигает максимального значе535734 ния в области средних значений напряжения управления, т, е. в области средних значений у. При малых и больших значениях у частота снижается и удерживается на зада ином уровне, определяемом допустимыми величинами временных и нтервалов тиристорных ключей. Степень подъема частоты легко регулируется резистором 19. Изменением числа диодов, использованием стабилитронов или других нелинейных элементов можно получить требуемую зависимость изменения частоты в области средних значений у и оптимальную характеристику управления тиристорными ) лючами.

Экономический эффект предлагаемого устройства заключается в улучшении регулировочных характеристик силовых тиристорных преобразователей и в повышении энергетических показателей регуляторов мощности.

Формула изобретения

Устройство для управления тиристорными ключами, содержашее интегратор, компаратор, выход которого через встречно-,параллельноо включенные диоды и резисторы подключен ко входу интегратора, нуль-орган формирователя импульсов и источник управляющего сигнала, отл ич а ющееся тем, что, с целью расширения диапазона изменения относительной продолжительности импульсов управления и увеличения их частоты в области средних значений управляющего сигнала, оно снабжено дополнительными резисторами, диодами и нелинейным дифференциальным сумматором, выход которого подключен ко входу интегратора, инвертирующий вход сумматора через два первых дополнительных резистора, а неинвертирующий вход через третий дополнительный резистор и диоды подключены к

10 источнику управляющего сигнала, причем средняя точка первых двух дополнительных резисторов подключена через цепочку из дополнительных диодов к общей шине устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. С. В. Куликов «Управляемые мульти20 вибраторы на транзисторах», изд. «Энергия», 19бб.

2. А. Н. Киселев «Транзисторно-магнитные пм,пульсные усилители среднего значения тока» в со. «Полупроводниковые прибо25 ры и Нх применение», изд. «Соврадио», 1961, вып. 7.

3. 10. Н. Гришанов «Частотно-импульсные модуляторы на основе УПТ с импульсной обратной gâÿçüþ» в сб. «Электронная техника

30 в автоматике», изд. «Соврадио», 1973, вып.

4, стр. 100 — 107 (прототип) .

535734

Составитель В. Климов

Техред М. Семенов

Редактор А. Пейсоченко

Корректор М. Лейзерман

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2359/14 Изд. ¹ 1751 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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