УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ


RU (11) 2012984 (13) C1

(51) 5 H02M3/10 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 11.01.2009 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5045141/07 
(22) Дата подачи заявки: 1992.06.01 
(45) Опубликовано: 1994.05.15 
(71) Заявитель(и): Рейнгольд Ю.Р.; Кленчева Т.С.; Бенедиктов А.А.; Шухтерева Г.С. 
(72) Автор(ы): Рейнгольд Ю.Р.; Кленчева Т.С.; Бенедиктов А.А.; Шухтерева Г.С. 
(73) Патентообладатель(и): Рейнгольд Юрий Рудольфович 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ 

Изобретение относится к электротехнике. Устройство содержит управляемый элемент - трансформатор-фазовращатель только в одной из фаз. Две другие фазы вместо трансформаторов-фазовращателей содержат фазосдвигающие фильтры, обеспечивающие при соответствующей настройке сдвиг выходного синусоидального напряжения трансформатора-фазовращателя на угол +2/3 и -2/3 . При этом реализуется передаточная функция фильтра Kф(p) = 1-RфCфp/1+RфCфp . В результате модуль напряжения на выходе фильтра относительно общей шины схемы при управлении фазой остается неизменным. Благодаря тому, что форма напряжения на выходе трансформатора-фазовращателя, выполненного по симметричной схеме, очень близка к синусоидальной при соответствующем подборе сопротивления резистора и фиксированной емкости конденсатора фильтра, достигается высокая точность управления тиристорным преобразователем. В рабочем диапазоне разброс управляющих импульсов по фазам не превышает 1 - 2 эл. град. 4 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для импульсно-фазового управления трехфазным тирис- торным преобразователем.

Наибольшее распространение в общепромышленных тиристорных электроприводах получили чисто электронные системы импульсно-фазового управления (СИФУ), работающие по "вертикальному" принципу.

В многоканальных СИФУ в качестве опорного в каждой фазе преобразователя используется синусоидальное или пилообразное напряжение. Импульс формируется в момент равенства опорного напряжения и сигнала управления.

Известны трехфазные одноканальные электронные СИФУ, в которых опорное напряжение формируется только в одной фазе, а управляющие импульсы для других двух фаз создаются с помощью цепей временных задержек различного вида.

Известно одноканальное устройство для фазового управления тиристорным преобразователем, содержащее общий управляемый генератор, соединенный с источником управляющего напряжения и распределителем импульсов, снабженное сумматором, цифроаналоговым преобразователем, широтно-импульсным демодулятором, реверсивным счетчиком, дизъюнктором и тремя формирователями узких импульсов, входы которых служат для подключения к питающей сети, причем выходы формирователей импульсов подключены к входам дизъюнктора, выход которого подключен к входу сложения реверсивного счетчика, вход вычитания которого подключен к выходу управляемого генератора, выход первого разряда через широтно-им- пульсный демодулятор - к входу сумматора, другой вход которого через цифроаналоговый преобразователь подключен к выходам остальных разрядов реверсивного счетчика, а выход сумматора подключен к входу управляемого генератора.

Известно также одноканальное синхронное фазосдвигающее устройство, содержащее формирователь синхроимпульсов, связанный первым выходом с входом узла сдвига основных импульсов и вторым выходом - с входом узла сдвига приоритетных импульсов, распределитель импульсов, соединенный входами с выходами узлов сдвига импульсов, снабженное неуправляемым элементом задержки, а узлы сдвига основных импульсов и приоритетных импульсов образованы n последовательно включенными управляемыми элементами задержки импульсов, где n > 3 - число, ограничиваемое допустимой ошибкой преобразования управляющего напряжения в фазу импульсов, причем неуправляемый элемент задержки введен между выходом формирователя синхроимпульсов и узлом сдвига основных импульсов.

Недостатком как многоканальных, так и одноканальных чисто электронных СИФУ, работающих по "вертикальному" принципу, является относительная сложность устройств, что вызывает трудности при обслуживании их средним техническим персоналом. Устройство обладают недостаточной помехозащищенностью, особенно в условиях искажений и глубоких просадок напряжения сети. Для питания устройств требуются источники с высокой степенью стабилизации выходного напряжения, которые сами по себе являются достаточно сложными изделиями.

Для таких объектов, как электроприводы экскаваторов, стационарных и передвижных буровых установок и других аналогичных механизмов, работающих в условиях искажения и глубоких просадок питающей сети (часто автономной и соизмеримой мощности), нашли применение "горизонтальные" СИФУ, в которых используется в качестве управляемого фазорегулятора трансформатор-фазовращатель.

Как показывает опыт эксплуатации (5--7), СИФУ на базе трансфазовращателей в указанных выше условиях (3, 8, 9) обладает высокой надежностью, стабильностью характеристик и повышенной помехозащищенностью. В них отсутствуют элементы, требующие в процессе эксплуатации подрегулировки. Для питания СИФУ не нужны прецизионные источники, так как стабильность ее характеристик управления при колебаниях напряжения сети определяется внутренними свойствами трансформатора-фазовращателя, представляющего собой магнитный мост, в котором взаимное фазовое положение векторов входной и выходной обмоток моста сохраняется при изменении их абсолютной величины, т. е. изменяется только масштаб векторной диаграммы. Повышенная помехозащищенность обеспечивается благодаря наличию гальванической развязки между цепями управления и обмотками переменного тока.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является устройство для импульсно-фазового управления трехфазным тиристорным преобразователем, содержащее трансформа- тор-фазовращатель с дополнительной обмоткой смещения резистивным делителем на его выходе, дискриминатор в каждой фазе, состоящий из двух интегральных компараторов со стробирующим, прямым и инверсным входами, двух узлов блокировки управляющих импульсов, при этом узлы блокировки подключены между стробирующими входами соответствующих компараторов и средней точкой делителя напряжения, входы узлов блокировки управляющих импульсов фазы А подключены к выходам соответствующих компараторов фазы В, входы узлов блокировки фазы В подключены к выходам соответствующих компараторов фазы С, входы узлов блокировки фазы С подключены к выходам соответствующих компараторов фазы А.

Это устройство имеет ряд недостатков, которые обуславливают недостаточную точность управления, повышенные производственные затраты при изготовлении и создают ряд неудобств при его эксплуатации:

в состав СИФУ входят три трансфазовращателя (по одному в каждый канал), которые представляют собой сложные и по сравнению с другими комплектующими элементами относительно дорогие изделия. От их стоимости в значительной степени зависит цена СИФУ в целом;

разброс управляющих импульсов по фазам целиком зависит от того насколько близки друг другу характеристики управления, входящих в СИФУ трансфазовращателей. Поскольку при изготовлении полной идентичности трансфазовращателей получить не удается, в ряде случаев для трехфазных СИФУ возникает необходимость подбора элементов по тройкам. Это обстоятельство дополнительно удорожает производство и усложняет комплектацию объекта запасными изделиями. В среднем разброс характеристик трехканальных СИФУ по фазам обычно составляет 3-4 эл. градуса;

Фазировку СИФУ с сетью необходимо производить отдельно для каждой фазы устройства путем изменения фазы напряжения на входе трансфазовращателя с помощью фазосмещателя того или иного типа. Это усложняет процесс фазировки при эксплуатации преобразователя и вносит в установку начального угла управляющих импульсов по фазам дополнительные погрешности;

габаритные размеры устройства в основном определяются трансфазовращателем и при использовании трех элементов существенно увеличиваются, а полезное заполнение блока управления уменьшается.

Целью изобретения является повышение точности управления при одновременном упрощении устройства, его обслуживании, сокращении габаритных размеров и массы, снижении затрат на производство и стоимости изделия.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для импульсно-фазового управления трехфазным тиристорным преобразователем, содержащее трансформа- тор-фазовращатель с дополнительной обмоткой смещения и резистивным делителем на его выходе, дискриминатор в каждой фазе, состоящий из двух интегральных компараторов со стробирующим, прямым и инверсным входами, двух узлов блокировки управляющих импульсов, при этом узлы блокировки подключены между стробирующими входами соответствующих компараторов и средней точкой делителя напряжения, входы узлов блокировки управляющих импульсов фазы А подключены к выходам соответствующих компараторов фазы В, входы узлов блокировки фазы В подключены к выходам соответствующих компараторов фазы С, входы узлов блокировки фазы С подключены к выходам соответствующих компараторов фазы А, снабжено двумя фазосдвигающими фильтрами RC соответственно в фазе А и фазе С, двумя усилителями напряжения с резистивной нагрузкой, при этом общая точка резистивной нагрузки усилителей соединена со средней точкой делителя трансформатора-фазовращателя, входы усилителей в противофазе подключены к соответствующим выводам резистивного делителя трансформатора-фа- зовращателя, входные клеммы RC-фильтров фаз А и С подключены в противофазе к выходам усилителей, а общие выводы резистора и конденсатора фильтров подключено к противофазным входам соответствующих компараторов фаз А и С, два других противофазных входа компараторов фаз А и С через резисторы соединены с общей шиной, а в фазе В одноименные входы компараторов подключены к общей шине, а два других - к выходам усилителей, при этом трансформатор-фазовращатель выполнен по схеме симметричного магнитного моста, а фазосдвигающий фильтр выполнен реализующим передаточную функцию вида

Kф(P) = , где Rф - сопротивление фильтра;

Сф - емкость фильтра;

Р - оператор Лапласа.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство является одноканальным и содержит управляемый элемент-трансфазовращатель только в одной из фаз. Одноканальные аналоги предлагаемому устройству, использующие "горизонтальный принцип" управления неизвестны. Две другие фазы вместо трансформаторов-фазовращателей содержат фазосдвигающие фильтры, обеспечивающие при соответствующем выборе Rф и Сф сдвиг выходного синусоидального напряжения управляемого элемента - трансформатора-фазовращателя строго на угол + и - . Это достигается благодаря включению двух фильтров RC в противофазе через два усилителя, образующих на выходе трансформатора-фазовращателя линейный двухтактный усилитель, по мостовой схеме, в которой два плеча образует резистивная нагрузка усилителя. При этом реализуется передаточная функция фильтра Kф(P) = (см. приложение). В результате модуль напряжения на выходе фильтра относительно общей шины схемы при управлении фазой остается неизменным. Благодаря тому, что форма напряжения на выходе трансформатора-фазовращателя, выполненного по симметричной схеме, очень близка к синусоидальной, при соответствующем подборе сопротивления резистора и фиксированной емкости конденсатора фильтра, достигается более высокая точность управления тиристорным преобразователем. В рабочем диапазоне разброс управляющих импульсов по фазам не превышает 1-2 эл. градусов.

Устройство значительно проще в производстве, имеет вдвое меньшие габаритные размеры, массу и стоимость. При его изготовлении на стадии заводской регулировки перед заливной компаундом не требуется строгого подбора характеристик трансформаторов-фазовращателей. Достаточно лишь обеспечить их относительную линейность на рабочем участке. Причем это требование существенно главным образом для реверсивных преобразователей. Устройство более удобно в эксплуатации. Так, например, фазировка управляющих импульсов с сетью производится одним фазосмещателем сразу для всех трех фаз преобразователя. Вследствие взаимозаменяемости ячеек сокращается количество запасных изделий. Конструктивно предлагаемое устройство импульсно-фазового управления выполнено в виде двух стандартных ячеек (ЯФУ-ячейка фазового управления с транс- фазовращателем и ЯФИ-ячейка формирования импульсов с фазосмещающими фильтрами и компараторами). Суммарная ширина лицевых панелей ячеек составляет всего 70 мм (в прототипе - 150 мм), что в большинстве случаев позволяет разместить в одной стандартной кассете БУК МЭК также систему автоматического регулирования и источник питания.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - векторная диаграмма фазосдвигающих фильтров; на фиг. 3 - векторная диаграмма напряжений на входе компараторов относительно общей шины схемы; на фиг. 4 - временные диаграммы напряжений в различных точках функциональной схемы; на фиг. 1 приложения - расчетная схема устройства и исходные уравнения Кирхгофа для построения векторных диаграмм; на фиг. 2 - расчетная схема для передаточной функции фильтра.

Устройство для импульсно-фазового управления трехфазным тиристорным преобразователем содержит трансформа- тор-фазовращатель 1 с входной обмоткой 2, обмоткой 3 управления, обмоткой 4 смещения, выходной обмоткой 5, резистивный делитель 6 на его выходе, усилители 7 и 8 с резистивной нагрузкой 9, при этом общая точка резистивной нагрузки 9 усилителей 7, 8 соединена со средней точкой делителя 6 трансформатора-фазовращателя 1, входы усилителей 7 и 8 в противофазе подключены к соответствующим выводам резистивного делителя 6 трансформатора-фазовращателя 1, два фильтра 10 (резистор 11, конденсатор 12), 13 (резистор 14, конденсатор 15). Входные клеммы RC-фильтров 10 и 13 фаз А и С подключены в противофазе к выходам усилителей 7 и 8. В фазе А содержится дискриминатор 16 с двумя интегральными компараторами 17 и 18, в фазе В - дискриминатор 19 с интегральным компараторами 20 и 21, в фазе С - дискриминатор 22 с интегральными компараторами 24 и 24, причем в каждой фазе содержит по два узла 25-30 блокировки управляющих импульсов. Общие точки резистора 11 и конденсатора 12 фильтра 10, резистора 15 и конденсатора 14 фильтра 13 подключены к противофазным входам компараторов 17, 18 фазы А и компараторов 23, 24 фазы С, два других противофазных входа компараторов 17, 18 и 23, 24 фаз А и С через резисторы соединены с общей шиной, а фазе В одноименные входы компараторов 20, 21 подключены к общей шине, а два других - к выходам усилителей 7, 8. Входы узлов 25, 26 блокировки управляющих импульсов фазы А подключены к выходам компараторов 20, 21 фазы В. Входы узлов 27, 28 блокировки фазы В подключены к выходам компараторов 23, 24 фазы С. Входы узлов 29, 30 блокировки фазы С подключены к выходам компараторов 17, 18 фазы А, при этом трансформатор-фазовращатель 1 выполнен по схеме симметричного магнитного моста, фазосдвигающий фильтр выполнен реализующим передаточную функцию вида

Kф(P) = , где Rф - сопротивление фильтра,

Сф - емкость фильтра;

р - оператор Лапласа.

Устройство работает следующим образом.

Регулируемое по фазе выходное напряжение трансформатора-фазовращателя 1 подается на входы усилителей 7, 8 с резистивной нагрузкой 9 и усиливается до напряжения 10 В. Выбор параметров фазосдвигающих фильтров 10 и 13 осуществляется таким образом, что напряжения на их выходе оказываются сдвинутыми относительно друг друга на угол . Из рассмотрения диаграммы фиг. 2 следует, что напряжение UOF фазы А опережает напряжение UОЕ прямого канала фазы В на угол , а напряжение UOG фазы С отстает на такой же угол. Из диаграммы следует, что на входе компараторов относительно общей шины схемы с помощью двух мостовых фильтров 10, 13 образуются четыре напряжения UOF, UOG, UOD, UOE, сдвинутые относительно друг друга на углы кратные . Напряжения UOF, UOE, UOG, образующие симметричную трехфазную систему, для управления тиристорами анодной группы выпрямителя подключаются к одноименным (инверсным) входам компараторов 18, 21, 24 соответственно фаз А, В, С. При этом в отрицательную полуволну напряжений на выходе компараторов образуются прямоугольные импульсы длительностью (см. фиг. 4).

Напряжения UOF, UD и UOG, образующие несимметричную трехфазную систему, используются для формирования импульсов такой же длительности катодной группы выпрямителя. Для этого напряжения UOF и UOG подаются на прямой вход компараторов 17 и 23 фазы А и фазы С, а напряжение UOD на инверсный вход компаратора 20 прямого канала фазы В. При отсутствии стробирующего сигнала прямоугольные импульсы имеют длительность, равную (заштрихованы на фиг. 4 сплошными и пунктирными линиями). Импульсы с наклонной штриховкой вправо относятся к анодной группе тиристоров, а с наклоном влево к катодной группе. С помощью узлов блокировки и 25-30, подключенных к стробирующим входам компараторов, формируются управляющие импульсы тиристоров длительностью . Для этого вход узла блокировки 25 фазы А подключен к выходу компаратора 20 фазы В, вход узла 27 блокировки фазы В подключен к выходу компаратора 23 фазы С, вход узла 29 блокировки фазы С подключен к выходу компаратора 17 фазы А. Полученные таким образом на выходе компараторов 17, 20, 23 управляющие импульсы длительностью после усиления (на фиг. 1 усилитель мощности не показан) служат для управления тиристорами катодной группы мостовой схемы преобразователя.

Аналогичным образом на выходе компараторов 18, 21 и 24 с помощью узлов блокировки 26, 28, 30 формируются управляющие импульсы длительностью для анодной группы тиристоров преобразователя.

Изобретение позволяет повысить точность управления при одновременном упрощении устройства и его обслуживания, сократить габаритные размеры и массу, снизить затраты на производство и стоимость изделия.

Для положительных направлений напряжений, указанных на фиг. 1, уравнения Кирхгофа имеют следующий вид:

UDE = UDF + UFE;

UOF = UDF - UDO; или в других обозначениях

UDE = URФ1 + UCФ1; (1)

UOF = URФ1 - UDO, где URФ1 = UDF - падение напряжения на резисторе фильтра Ф1 (поз. 1) на фиг. 1)

UCФ1 = UFE - падение напряжения на конденсаторе фильтра Ф1; для фазы С аналогично получают

UDE = UQE + UDG = URФ2 + UCФ2, (2)

UOG = UOE - UGE = UOE - URФ2

По уравнениям (1) и (2) на фиг. 2 и фиг. 3 построены векторные диаграммы фазосдвигающих фильтров и напряжений на входе компараторов относительно общей шины схемы устройства.

Для расчетной схемы фиг. 2 можно составить следующие уравнения:

IФ+IФRФ-Uo= 0,

IФ-IoRo-Uвых= 0,

Io= . Решая эти уравнения относительно Uвых, получают

Uвых= Если на вход принять падение напряжения на сопротивлении Ro Uвх = , то передаточная функция для ненагруженного фильтра будет иметь вид

Kф(P) = = Из полученной передаточной функции следует, что модуль функции не зависит от параметров фильтра и частоты питающего напряжения. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ, содержащее трансформатор-фазовращатель с дополнительной обмоткой смещения и резистивным делителем на его выходе, дискриминатор в каждой фазе, состоящий из двух интегральных компараторов со стробирующим, прямым и инверсным входами, двух узлов блокировки управляющих импульсов, при этом узлы блокировки подключены между стробирующими входами соответствующих компараторов и средней точкой делителя напряжения, входы узлов блокировки управляющих импульсов фазы A подключены к выходам соответствующих компараторов фазы B, входы узлов блокировки фазы B - к выходам соответствующих компараторов фазы C, входы узлов блокировки фазы C - к выходам соответствующих компараторов фазы A, отличающееся тем, что оно снабжено двумя фазосдвигающими RC-фильтрами соответственно в фазах A и C, двумя усилителями напряжения с резистивной нагрузкой, при этом общая точка резистивной нагрузки усилителей соединена со средней точкой делителя трансформатора-фазовращателя, входы усилителей в противофазе подключены к соответствующим выводам резистивного делителя трансформатора-фазовращателя, входные клеммы RC-фильтров фаз A и C подключены в противофазе к выходам усилителей, а общие выводы резистора и конденсатора фильтров - к противофазным входам соответствующих компараторов фаз A и C, два других противофазных входа компараторов фаз A и C через резисторы соединены с общей шиной, а в фазе B одноименные входы компараторов подключены к общей шине, а два других - к выходам усилителей, при этом трансформатор-фазовращатель выполнен по схеме симметричного магнитного моста, фазосдвигающий фильтр выполнен реализующим передаточную функцию вида

Kф(P)= ,

где Rф - сопротивление фильтра;

Cф - емкость фильтра;

P - оператор Лапласа.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru