Устройство для управления тиристорным регулятором мощности (его варианты)

 

1, Устройство для управления тиристорным регулятором мощности, содержащее задатчик угла управления, синхронизирующий блок, подключенный к генератору линейно изменяющегося напряжения, нуль-орган, выходные каскады , отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено нелинейным блоком, реализующим функциональную зависимость oL () в соответствии с выражением 2 sin 2 ti- sin 4 о(. 2 sin 2уь sin kg, блоком суммирования , двумя блоками вычитания, четырьмя компараторами, шестью формирователями коротких импульсов, четырьмя парами элементов И, двумя элементами ИЛИ, элементом НЕ, амплитудным деуектором с делителем на выходе, причем выход задатчика угла управления -v. соединен с входом нелинейного блока и с первыми входами блока суммирования и первого блока вычитания, первый вход второго блока вычитания соединен с выходом нелинейного блока, второй вход через амплитудный детектор с делителем на выходе - с выходом генератора линейно изменяющего напряжения, вторые входы блока суммирования и первого блока вычитания соединены с выходом делителя, выходы блока суммирования и блоков вычитания соединены с первыми входами соответственно первого , второго и третьего компараторов , вход четвертого компаратора подключен к выходу нелинейного блока, вторые входы всех компараторов подключены к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения, выход каждого компаратора через соответствующий формирователь коротких импульсов Подключен к первым входам элементов И одноименных пар, вторые входы первых элементов И каждой пары соединены с выходом нуль-органа непосредственно , а вторых элементов И каждой пары - через элемент НЕ, выходы элементов Н первой и четвертой пар предназначены для подключения через выходные каскады к управляющим электродам коммутирующих тиристоров, выходы первых элементов И второй и третьей пар подключены к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, выходы вторых элементов И этих пар подключены к первому и второму входам второго элемента ИЛИ, третий вход первого элемента ИЛИ через соответствующий формирователь коротких импульсов подключен к выходу нуль-органа, третий вход второго элемента ИЛИ через соответствую1ций формирователь коротких импульсов - к выходу элемента НЕ, выходы элементов ИЛИ предназт1ачены

(19) (11) .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛВСТВУ (21) 3472385/24-07 (22) 21 ° 07.82 (46) 30.10.84. Бюл. ¹ 40 (72) В.И. Агеев, В.В. Барашев, К.А. Палагута и В.Ф. Котов (71) Завод-ВТУЗ при Московском автомобильном заводе им. И.А. Лихачева (53) 621.316.727(088.8) (56) 1. Поскробко А.А., Братолюбов В.Б.

Бесконтактные коммутирующие и регулирующие устройства. М., ",Энергия", 1978, с. 21.

2. Там же, с. 48-50. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ YIIPABJIEHHH ТИРИС-.

T0PHbIN РЕГУЛЯТОРОМ МОЩНОСТИ (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1. Устройство для управления тиристорным регулятором мощности, содержащее задатчик угла управления, синхронизирующий блок, подключенный к генератору линейно изменяющегося напряжения, нуль-орган, выходные кас- кады, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено нелинейным блоком, реализующим функциональную зависимость с(.= Е(у) в соответствии с выражением 2 sin 2 Ы- sin 4 с6=

= 2 sin 2+ sin 4у, блоком суммирования, двумя блоками вычитания, четырьмя компараторами, шестью формирователями коротких импульсов, четырьмя парами элементов И, двумя элементами

ИЛИ, элементом НЕ, амплитудным детектором с делителем на выходе, причем выход задатчика угла управления соединен с входом нелинейного блока и с первыми входами блока суммирования и первого блока вычитания, первый вход второго блока вычитания соединен с выходом нелинейного блока, второй вход через амплитудный детектор с делителем на выходе — с выходом генератора линейно изменяющего напряжения, вторые входы блока суммирования и первого блока вычитания соединены с выходом делителя, выходы блока суммирования и блоков вычитания соединены с первыми входами соответственно первого, второго и третьего компараторов, вход четвертого компаратора подключен к выходу нелинейного блока, вторые входы всех компараторов подключены к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения, выход каждого компаратора через соответствую- g

С2 щий формирователь коротких импульсов подключен к первым входам элементов

И одноименных пар, вторые входы первых элементов И каждой пары соединены с выходом нуль-органа непосредствен- Ф но, а вторых элементов И каждой пай ры — через элемент VE, вь.ходы элементов I" первой и четвертой пар пред>азначены для подключения через выходные каскады к управляющим электродам коммутирующих тиристоров, выходы первых элементов И второй и третьей пар подключены к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, выходы вторых элементов И этих пар подключены к первому и второму входам второго элемента ИЛИ, третий вход первого элемента ИЛИ через соответствующий фор- Ъ» мирователь коротких импульсов подключен к выходу нуль-органа, третий вход второго элемента ИЛИ через соответствующий формирователь коротких импульсов — к выходу элемента НЕ, выходы элементов ИЛИ предназначены

1121767

l5

20 для подключения к управляющим электродам основных тиристоров.

2. Устройство для управления тиристорным регулятором мощности, содержащее задатчик угла управления, синхронизирующий блок, подключенный к генератору линейно изменяющегося напряжения, нуль-орган, выходные каскады, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено нелинейным блоком, реализующим функцио. нальную зависимость oL = K (p), в соответствии с выражением 2 з п 20I. — а п М=

2 вin 2p- sin 4р, задатчиком уровня, двумя блоками вычитания, четырьмя компараторами, шестью формирователями коротких импульсов, четырьмя парами элементов И, двумя элементами ИЛИ и элементом НЕ, причем выход задатчика угла управления р соединен с входом нелинейного блока, с первым входом первого блока вычитания и с первым входом первого компаратора, выход нелинейного блока соединен с первым входом второго блока вычитания и с первым входом второго компаратора, вторые входы блоков вычитания соединены с выходом задатчика уровня, а их выходы соединены с первыми входами третьего и четвертого

Изобретение о носится к электротехнике, в частности к бесконтактным регуляторам мощности на тиристорах.

Известен регулятор мощности, обес печивающий регулирование действующе- 5

ro значения напряжения на нагрузке в широких пределах 1 ).

Недостатком известного регулятора является то, что он даже при чисто активной нагрузке генерирует в сеть широкий спектр гармонических составляющих тока, что может привести к серьезным нарушениям в работе стандартного оборудования, искажению формы напряжения сети, перенапряжениям на косинусных конденсаторах и

ТеДе

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является компараторов, вторые входы всех компараторов соединены с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, выход каждого компаратора через соответствующий формирователь коротких импульсов подключен к первым входам элементов И одноименных пар, вторые входы первых элементов И каждой пары соединены с выходом нульоргана непосредственно, а вторых элементов И каждой пары — через элемент НЕ, выходы элементов И первой и четвертой пар предназначены для ,подключения через выходные каскады к управляющим электродам коммутирующих тиристоров, выходы первых элементов И второй и третьей пар подключены к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, выходы вторых элементов И этих пар подключены к первому и второму входам второго элемента ИЛИ, третий вход первого элемента

ИЛИ через соответствующий формирователь коротких импульсов подключен к выходу нуль-органа, третий вход второго элемента ИЛИ через соответствующий формирователь коротких импульсов — к выходу элемента НЕ, выходы элементов ИЛИ предназначены для подключения к управляющим электродам основных тиристоров. устройство для управления тиристорным регулятором мощности, содержащее эадатчик угла, синхронизирующий блок, генератор линейно изменяющегося напряжения, нуль-орган, формирователь коротких импульсов, элементы И, выходные каскады. Устройство выдает управляющий импульс на тиристор, имеющий на аноде положительный потенциал, с запаздыванием (2 ).

Недостатком данного устройства является то, что оно не может обеспечить управление с обеспечением высокого порядка высших гармоник в кривой потребляемого Тока.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в первом варианте устройз 11217 ство для управления тиристорным ре°" гулятором мощности, содержащее задатчик угла управления, синхронизирующий блок, подключенный к генератору линейно изменяющегося напряжения, 5 нуль-орган, выходные каскады, снабжено нелинейным блоком, реализующим функциональную зависимость oh= f(y) в соответствии с выражением 2 sin 2Ы sin 4А 2 sin 2 + sin 4 -, блоком суммирования, двумя блоками вычитания, четырьмя компараторами, шестью формирователями коротких импульсов, четырьмя парами элементов И, двумя элементами ИЛИ, элементами НЕ и амп15 литудным детектором с делителем на выходе, причем выход задатчика угла управления з соединен с входом нелинейного блока и с первыми входами блока суммирования и первого блока

20 вычитания, первый вход второго блока вычитания соединен с выходом нелинейного блока, второй вход через амплитудный детектор с делителем на выходе — с выходом генератора линейно

25 изменяющегося напряжения, вторые входы блока суммирования и первого блока вычитания соединены с выходом делителя, выходы блока суммирования и блоков вычитания соединены с первыми входами соответственно первого, второго и третьего компараторов, вход . четвертого компаратора подключен к выходу нелинейного блока, вторые входы всех компараторов подключены к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения, выход каждого компаратора через соответствующий формирователь коротких импульсов подключен к первым входам элементов И одно-, именных пар, вторые входы первых

40 элементов И каждой пары соединены с выходом нуль-органа непосредственно; а вторых элементов И каждой пары— через элемент НЕ, выходы элементов

И первой и четвертой пар предназначены для подключения через выходные каскады к управляющим электродам коммутирующих тиристоров, выходы первых элементов И, второй и третьей пар подключены к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, выходы вторых элементов И этих пар подкЫочены к первому и второму входам второго элемента ИЛИ, третий вход первого элемента ИЛИ через соответствующий 55 формирователь коротких импульсов подключен к выходу нуль-органа, третий вход второго элемента ИЛИ через

Ь7 соответствующий формирователь коротких импульсов — к выходу элемента

НЕ, выходы элементов ИЛИ предназначены для подключения к управляющим электродам основных тиристоров.

По второму варианту устройство для управления тиристорным регулятором мощности, содержащее задатчик угла управления, синхронизирующий блок, подключенный к генератору линейноизменяющегося напряжения, нульорган, выходные каскады, снабжено нелинейным блоком, реализующим функциональную зависимость о = Е(р) в соответствии с выражением 2 sin 2dtsin 4сС = 2 sin 2 p — sin 4р, задатчиком уровня, двумя блоками вычитания, четырьмя:компараторами, шестью формирователями коротких импульсов, четырьмя парами элементов И, двумя элементами ИЛИ и элементом НЕ, причем выход задатчика угла управления р соединен с входом нелинейного блока, с первым входом первого блока вычитания и с первым входом первого компаратора, выход нелинейного блока соединен с первым входом второго блока вычитания и с первым входом второго компаратора, вторые входы блоков вычитания соединены с выходом задатчика уровня, а их выходы соединены с первыми входами третьего и четвертоFo компараторов, вторые входы компараторов соединены с выходом генератора линейноизменяющегося напряжения, выход каждого компаратора через соответствующий формирователь коротких импульсов подключен к первым входам элементов И одноименных пар, вторые входы первых элементов И каждой пары соединены с выходом нуль-органа непосредственно, а вторых элементов И каждой пары — через элемент НЕ, выходы элементов И первой и четвертой пар предназначены для подключения через выходные каскады к управляющим электродам коммутирующих тиристоров, выходы первых элементов И второй и третьей пар подключены к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, выходы вторых элементов И этих пар подключены к первому и второму входам второго элемента ИЛИ, третий вход первого элемента ИЛИ через соответствующий формирователь коротких импульсов подключен к выходу нульоргана, третий вход второго элемента

ИЛИ через соответствующий формирова1121767 тель коротких импульсов — к выходу элемента НЕ, выходы элементов ИЛИ предназначены для подключения к основным тиристорам. На фиг.1 и 2 показана схема устройства по первому и второму вариантам соответственно.

Устройство (фиг. 1) состоит из задатчика 1 угла, нелинейного блока 2, например, стандартного блока с диодно-резисторными ячейками, делителя 3, синхронизирующего блока 4, генератора 5 линейно изменяющегося напряжения (ГЛИНа), амплитудного детектора 6, делителя 7, нуль-органа 8, блока 9 сложения аналоговых сигналов, блоков 10 и 11 вычитания аналоговых сигналов, компараторов 12—

15, формирователей 16 — 21 коротких импульсов из фронта сигнала, элемента НЕ 22, элементов И 23 — 30, элементов ИЛИ 31 и 32 и выходных касI кадов 33 — 38.

Выход задатчика 1 угла у соединен 5 с входом нелинейного блока 2 и с одним из двух входов блоков сложения 9 и вычитания 11, причем данный вход блока вычитания является инверсным, т.е. сигнал, поступающий на данный вход, берется со знаком "минус".

Вторые входы блоков сложения 9 и вычитания 11 подключены к выходу делителя 7. Выход нелинейного блока 2 соединяется с инверсным входом блока

10 вычитания и одним из двух входов компаратора 13. На вход делителя 3 подается сетевое напряжение, а выход делителя 3 подключен к входам синхронизирующего блока 4 и нуль-органа

8. Выход синхронизирующего блока 4

40 соединен с входом ГЛИНа 5, выход которого подключен к входу амплитудного детектора 6 и к одному из двух входов компараторов 12-15. Выход амплитудного детектора 6 подключен к вхо45 ду делителя 7 и к прямому входу блока 10 вычитания. Выход .блока 9 сло" жения подсоединен к второму входу компаратора 14, а выходы блоков 10 и 11 вычитания — к вторым входам компараторов 12 и 15 соответственно, выходы компараторов 12 — 15 подключены к входам формирователей 16 - 19 соответственно, а выход нуль-органа

8 к входам элемента НЕ 22, формирователя 20 и к одному из двух входов элементов И 23, 25, 27 и 29.

Выход элемента НЕ 22 соединен с входом формирователя 21 и с одним из двух входов элементов И 24, 26, 28, 30. Вторые входы элементов И 23 и

24 подключены к выходу формирователя 16, элементов И 25 и 26 — к выходу формирователя 17, элементов И 27, 28 — к выходу формирователя 18, элементов И 29, 30 — к выходу формирователя 19. Выход формирователя 20 подключен к одному из трех входов элемента ИЛИ 31, второй вход которого соединен с выходом элемента И 29, а третий — с выходом элемента И 23.

Выход формирователя 21 соединен с одним из трех входов элемента ИЛИ 32, второй вход которого подключен к выходу элемента И 30, а третий — к выходу элемента И 24. Выходы элементов ИЛИ 31 и 32 подключен соответственно к входам выходных каскадов 37 и 38, а выходы элементов И 25 — 28— I к входам выходных каскадов 33 — 36, соответственно. Выходы выходных каскадов 33 — 38 соединены с управляющими электродами тиристоров регулятора мощности.

Устройство работает следующим образом.

При переходе от отрицательного к положительной полуволне напряжения сети срабатывает нуль-орган 8, выходной сигнал которого изменяется от низкого уровня к высокому (с "0" на

"1"), в результате чего изменяется с "1" на "0" выходной сигнал элемента

НЕ 22. При этом разрешается прохождение импульсов через элементы И 23, 25, 27 и 29 и блокируется прохождение импульсов через элементы И 24, 26, 28 и 30. Одновременно формирователь 20 формирует короткий импульс положительной полярности, который через элемент ИЛИ 31 и выходной каскад 37 поступает на основной тиристор регулятора и включает его. При переходе через "0" сетевого напряжения синхронизирующий блок 4 вновь запускает ГЛИН 5, а амплитуда напряжения на выходе ГЛИНа в предыдущем полупериоде запоминается амплитудным детектором 6, с выхода которого эта величина (U ) поступает на прямой вход блока 10 вычитания и вход делителя 7 с постоянным коэффициентом выделения; равным "2". С выхода делителя 7 сигнал U><> поступает на один из входов блока 9 сложения и прямой вход блока 11 вычитания. На выходе

7 112176 задатчика 1 угла . присутствует сигнал U, который поступает на второй вход блока 9 сложения, инверснпi вход блока 11 вычитания и вход нелинейного блока 2, который по сигналу

U вырабатывает сигнал U+, поступающйй с выхода нелинейного блока 2 на инверсный вход блока 10 вычитания и один из входов компаратора 13. На выходе блока 9 сложения присутствует !О сигнал (U

U g — П (и U+<> — U<, которые и посту- !5 пают соответственно на один из входов компараторов 12 и 15. На второй вход каждого из компараторов 12 — 15 подается линейно нарастающее напряжение с выхода ГЛИНа 5. При достиже- 2О нии этим линейно нарастающим напряжением значения Ug срабатывает компаратор 13, его выходной сигнал переходит от состояния логического "0" в состояние логической "1" (от низ- 25 кого уровня к высокому), в результате чего срабатывает формирователь 17 и короткий импульс, проходя через элемент И 25 и выходной каскад 33, включает вспомогательный тиристор регулятора, тем самым обеспечивая выключение основного тиристора. При нарастании напряжения на выходе

ГЛИНа 5 до величины Vol 2 — U срабатывает компаратор 15, переходя в состояние логической "1", в результате чего формирователь 19 вырабатывает короткий импульс, который, проходя. через элемент И 29, элемент

ИЛИ 31 и вйходной каскад 37, вновь включает основной тиристор регулятора. При дальнейшем нарастании сигнала на выходе ГЛИНа 5 до уровня

U <> + U .логическая ",1" появляется .на выходе компаратора 14, срабатывает формирователь 18 и короткий импульс, пройдя через элемент И 27 и выходной каскад 35, включает вспомогательный тиристор, в результате чего выключается основной тиристор регулятора. При достижении сигнала на выходе ГЛИНа 5 уровня U — U срабатывает компаратор 12, на его выходе появляется сигнал логической

"1", формирователь 16 вырабатывает короткий импульс, который, пройдя

5S через элемент И 23, элемент ИЛИ 31 и выходной каскад 37, в третий раз за полпериода включает основной ти7 8 ристор регулятора, выключение которого происходит в результате естественной коммутации при переходе к отрицательной полуволне сетевого напряжения, в этот же момент синхронизирующий блок 4 вновь запускает

ГЛИН 5, и на выходах всех компараторов !2 — 15 вновь появляется низкий уровень (сигнал логического "О") но при переходе от высокого уровня к низкому формирователи 16 — 19 не срабатывают. B этот момент срабатывает. формирователь 21, на входе которого сигнал меняется от логического

"0" к логической "1", и короткий импульс с выхода этого формирователя, пройдя через элемент ИЛИ 32 и выходной каскад 38, включает второй основной тиристор регулятора.

В дальнейшем работа первой системы управления аналогична ее работе в положительную полуволну напряжения сети, но короткие импульсы проходят через элементы И 24, 26, 28, 30Ä элемент ИЛИ 32, выходные каскады

34, 36, 38 и включают соответствующие тиристоры регулятора, находящиеся под прямым напряжением.

В качестве нелинейного блока 2 может быть использован стандартный блок на диодно-резисторных ячейках, количество которых зависит от точности аппроксимации кривой зависимости угла о(от угла у отрезками прямых, но, как правило, находится в пределах 4-5 °

Введение амплитудного детектора

6 позволяет исключить влияние нестабильности частоты сетевого напряжения на точность работы системы управления, а медленный характер этого процесса позволяет использовать амплитудный детектор 6 без схемы принудительного сброса, учитывая естественное уменьшение напряжения на его выходе за счет утечек конденсатора хранения.

Устройство (фиг.2) содержит задатчик 39 угла р, нелинейный блок 40, формирующий сигнал, пропорциональный углу 3 задатчика 41 уровня, блоки

42 и 43 вычитания аналоговых сигналов, делитель 44, синхронизирующий блок 45, нуль-орган 46 и генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) 47.

Выход задатчика 39 угла д соединен с входом нелинейного блока 40

9 1121 и с одним из двух входов (инверсным) блока 43 вычитания, а также с одним из двух входов компаратора 14. Выход нелинейного блока 40 соединен с инверсным входом блока 42 вычитания и с.одним из двух входов компаратора 13. Вторые входы блоков 42 и 43 вычитания подключены к выходу эадатчика 41 уровня. На вход делителя 44 подается сетевое напряжение, à его выход подключен к входам синхронизирующего блока 45 и нуль-органа 46.

Выход синхрониэирующего блока 45 соединен с вхохом ГЛИНа 47, выход которого подключен к одному из входов компараторов 12 — 15. Выходы блоков

42 и 43 вычитания подключены к вторым входам компараторов 12 и 15 соответственно. Выход нуль-органа 46 подключен к входам элемента НЕ 22 и к одному из двух входов каждого из элементов И 23, 25, 27 и 29. Структура связей между остальными блоками устройства управления сохраняется прежней, соответствующей первому варианту.

Устройство работает следующим образом.

Задатчик 39 угла управления формирует напряжение U, соответствующее углу ф . Сигнал с выхода задатчика 39 поступает на вход нелинейного блока 40 и на инверсный вход бло ка 43 вычитания и на первый вход компаратора 14. Нелинейный блок 40, реализующий нелинейную зависимость

767

10 ю(.= f(3) в соответствии с уравнением (2), формирует на выходе сигнал И, пропорциональный углу ь, который подается на HBBBpcHbBI вход блока 42

5 вычитания и на первый вход компаратора 13. На прямые входы блоков 42 и

43 вычитания подается выходной сигнал задатчиком 41 уровня, который соответствует максимальному напряжению

1О ГЛИНа 47, т.е. значению угла равному 180О В результате на выходе блоков 42 и.43 вычитания формируются соответственно сигналы UTj g и Up@ соответствующие углам (Ji-оО и (17-p) °

15 Все упомянутые сигналы (0,(,U,Up

Uy ) подаются на первые входы компараторов 12 — 15, на вторые входы которых подается выходное напряжение

ГЛИНа 47. Компараторы 12 — 15 (как и в первой системе) вырабатывают логические сигналы, которые используются для управления силовыми и коммутирующими тиристорами регулятора;

25 формирователи 16 - 19 и 21 формируют импульсы управления тиристорами, элементы И 23 - 30 распределяют их по тиристорам регулятора, а выходные . каскады усиливают импульсы управления по мощности и обеспечивают гальваническую развязку устройства.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства для управления тиристорным регулятором мощности s вариантах выполнения..

f121767

1121767

Заказ 7995/43 Тирам 666 ское

4адиаа ППП Патент, г.Ук ород, уи.Проектируя, 4