вентильний перетворювач
Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до області перетворювальної техніки і автоматизованого електроприводу, і може бути використано в електроприводах постійного і змінного струму. Технічним результатом є спрощення та підвищення надійності і точності вимірювання та регулювання. Вентильний перетворювач містить силовий вентильний блок, вихід якого підключений до навантаження, а керуючі ланцюги вентилів - до пристрою, відповідні входи якого з'єднані з блоком регулювання і блоком захистів, встановлені в фазах перетворювача трансформатори змінного струму, до вторинних обмоток яких підключені резистори, що мають загальну точку, m-фазне пристрій виділення модуля випрямленого струму перетворювача, що включає прецизійні однофазні випрямлячі на базі операційних підсилювачів і сум атор, при цьому входи випрямлячів підключені до відповідних резисторам і їх спільної точки, а виходи - до входів суматора, вихід якого підключений до відповідних входів блоків регулювання і захисту. 1 з.п. ф-ли, 3 мул.
Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до області перетворювальної техніки і автоматизованого електроприводу.
Відомий вентильний напівпровідниковий перетворювач, який є основою електроприводу [1] і містить: силовий тиристорний блок, систему імпульсно-фазового управління (СІФУ), блок регулювання, що складається з регуляторів струму і швидкості двигуна; датчик струму, датчик провідності тиристорів, логічний пристрій роздільного управління комплектами тиристорів, блок захисту. Недоліком даної системи регулювання є складність, яка полягає в тому, що для її функціонування необхідне застосування датчиків струму і датчиків провідності тиристорів, що представляють собою складні пристрої. Причому для регулювання струму застосовується датчик струму на виході перетворювача, підключений до шунт, а для пристрою захисту по струму потрібна інформація по повному струму перетворювача, що здійснюється або за допомогою трансформаторів змінного струму, що встановлюються в фазах перетворювача, або за допомогою струмових герконовий реле або інших пристроїв. Таким чином, тут управління регулятором струму, пристроєм струмового захисту і логічним пристроєм роздільного управління здійснюється відповідно від трьох типів спеціальних пристроїв (датчиків), зазначених вище.
Найбільш близьким за технічною сутністю до заявляється рішенням і взятим за прототип є тиристорний перетворювач, який є основою електроприводу ЕПП 1, що випускає ВАТ "Чебоксарский електроапаратний завод" [2].
Тиристорний перетворювач електроприводу ЕПП 1 має структуру, наведену на фіг.1, і містить: силовий тиристорний блок 1, навантаження у вигляді двигуна 2 постійного струму, систему імпульсно-фазового управління (СІФУ) 3, блок 4 регулювання, блок 5 захисту, блок 6 роздільного управління (блок перемиканні), трансформатори 7-9 змінного струму, резистори 10-12, діодний мостовий випрямляч 13 і датчик 14 провідності тиристорів. Недолік прототипу полягає в тому, що доданий мостовий випрямляч 13 вносить значну похибку при виділенні інформації по току перетворювача, особливо при малих значеннях струму. Похибка обумовлена істотним значенням падіння напруги на діодах випрямного моста, яке становить близько 2-3 В. При цьому в реверсивних перетворювачах (на відміну від нереверсивними) використовується додатковий блок 6 перемиканні, який підключений до датчика 14 провідності тиристорів. Даний датчик являє собою досить складний електронний пристрій [2]. Зазначені особливості ускладнюють вентильний перетворювач в цілому, знижують його надійність і точність регулювання струму, особливо при зміні температури навколишнього середовища і в області малих значень струму.
Технічний результат рішення, що заявляється - спрощення вентильного перетворювача, підвищення його надійності і точності регулювання струму. Технічний результат досягається тим, що в вентильний перетворювач, що містить силовий вентильний блок, вихід якого підключений до навантаження, керуючі ланцюги вентилів - до пристрою, відповідні входи якого з'єднані з блоком регулювання і блоком захистів, а в фазах перетворювача встановлені трансформатори змінного струму, до вторинних обмоток яких підключені резистори, що мають спільну точку, введено m-фазне пристрій виділення модуля випрямленого струму перетворювача, що містить прецизійні однофазні Перші випрямлячі на базі операційних підсилювачів і суматор, при цьому входи випрямлячів підключені до відповідних резисторам і їх спільної точки, а виходи - до входів суматора, вихід якого підключений до відповідних входів блоку регулювання і захисту; також введений блок перемиканні, вхід якого підключений до виходу суматора m-фазного пристрої виділення модуля випрямленого струму перетворювача, а вихід - до пристрою.
Відмінною особливістю винаходу є те, що спрощення, підвищення надійності і точності вимірювання та регулювання струму перетворювача досягається за рахунок створення багатофункціонального m-фазного пристрої виділення модуля випрямленого струму перетворювача, що складається з прецизійних однофазних випрямлячів і суматора, з'єднаних відповідним чином між собою, трансформаторами струму, резисторами і їх загальної точкою і підключених до входів блоків регулювання і захисту. При цьому в системах електроприводу з реверсированием і гальмуванням двигуна m-фазне пристрій виділення модуля підключено також до блоку перемиканні, що виконує, наприклад, в реверсивних тиристорних перетворювачах функцію блоку роздільного управління.
Таким чином спрощення, підвищення надійності і точності регулювання струму полягає в створенні і введенні в перетворювач багатофункціонального пристрою з відповідними його сполуками з блоком регулювання, захистів і перемиканні.
На фіг.2 наведена схема заявляється вентильного перетворювача, де прийняті наступні позначення:
1 - силовий вентильний блок перетворювача. В якості перетворювача може бути перетворювач змінної напруги в постійне (фіг.2) або змінної напруги в змінне (фіг.2б);
2 - навантаження, наприклад електродвигун постійного струму (фіг.2) або змінного струму (фіг.2б);
3 - керуючий пристрій, наприклад, система імпульсно-фазового управління (СІФУ);
4 - блок регулювання, наприклад, що містить регулятори струму та швидкості;
5 - блок захисту [2], в тому числі максимально-струмовий і времятоковий;
6 - блок перемикання. Наприклад, в реверсивних тиристорних перетворювачах це блок логіки роздільного управління комплектами тиристорів [2]. У перетворювачах змінної напруги (тиристорних регуляторах) для електроприводу це блок зміни чергування фаз або пристрій динамічного гальмування двигуна;
7-9 - трансформатори змінного струму;
13 - m-фазне пристрій виділення модуля випрямленого струму перетворювача;
15-17 - прецизійні однофазні випрямлячі, виконані на базі операційного підсилювача, що вимірюють модуль вхідного сигналу, в тому числі в міллівольтовом діапазоні;
Uз - задає сигнал, що визначає вихідний параметр, наприклад швидкість двигуна 2;
Uоc - сигнал зворотного зв'язку, наприклад, за швидкістю двигуна;
Iн - струм навантаження;
iА. Iв. IС - струми в фазах перетворювача, виконаного, наприклад, за трифазною мостовою схемою випрямлення.
На Фіг.3 наведена діаграма роботи пристрою 13, де U18 - вихідна напруга суматора 18. У пропонованому пристрої силової вентильний блок 1 по виходу з'єднаний з навантаженням 2, наприклад, з електродвигуном, керуючі ланцюги блоку 1 підключені до пристрою 3, відповідні входи якого з'єднані з блоком 4 регулювання і блоком 5 захисту; силові входи вентильного блоку 1 через трансформатори 7-9 змінного струму підключені до мережі живлення, вторинні обмотки трансформаторів струму зашунтовані резисторами 10-12, мають спільну точку, при цьому резистори 10-12 з'єднані з входами m-фазного пристрої 13 виділення модуля випрямленого струму, що складається з прецизійних однофазних випрямлячів 15-17 і суматора 18, входи якого підключені до виходів випрямлячів 15-17 і спільної точки, а вихід - до блоку 4 регулювання і блоку 5 захисту. Перетворювач може бути застосований для реверсування і (або) гальмування двигуна. Для цього в нього введений блок 6 перемикання, вхід якого підключений до виходу суматора 18 m-фазного пристрої 13 виділення модуля випрямленого струму перетворювача, а вихід - до пристрою 3.
Пристрій працює наступним чином.
Варіант 1. Тут розглядається нереверсивний вентильний перетворювач по фіг. 2, а і 2, б без блоку 6, що відповідає п.1 формули винаходу.
При заданому сигналі Uз на виході блоку 4 виникає регулює сигнал, який надходить на блок 3, визначаючи кут регулювання вентилів силового блоку 1. Крім задає сигналу в блок 4 надходить сигнал основної зворотного зв'язку Uoc. наприклад, за швидкістю двигуна 2. Для виділення сигналу, пропорційного випрямлення струму Iн перетворювача, введено m-фазне пристрій 13 виділення модуля випрямленого струму. На резисторах 10-12 отримуємо падіння напруги, пропорційні фазним струмам iА. Iв. IС. які пропорційні току навантаження Iн. Дані падіння напруги (до 100 мВт) надходять на входи прецизійних випрямлячів 15-17, які разом з сумматором 18 виділяють сигнал, пропорційний величині Iн. Сигнал з виходу 18 використовується як сигнал зворотного зв'язку по струму на входах блоків 4 і 5. При цьому в блоці 4 даний сигнал використовується для вузла струмообмеження, в блоці 5 - для максимально-струмового та времятоковой захисту.
Прецизійні однофазні випрямлячі, виконані на базі операційних підсилювачів, дозволяють з високим ступенем точності вимірювати сигнали, в тому числі міллівольтовом діапазоні. Це забезпечує різке зменшення напруги на виходах трансформаторів струму 7-9, а отже, і скорочує їх габарити, тому що останні визначаються співвідношенням
де W2 - число витків вторинної обмотки трансформаторів струму;
Q - перетин муздрамтеатру трансформатора струму;
Е2 - вторинна ЕРС в обмотці W2, рівна падінню напруги на резисторах 10-12;
З (1) випливає, що габарити трансформаторів 7-9 можна знизити, зменшивши твір (W2 Q) за рахунок зменшення Е2.
У цьому пристрої трансформатори 7-9 контролюють струми всіх фаз перетворювача, в тому числі при аварійних режимах (міжфазне к.з. і замикання на землю).
На фіг.2б використовується та ж структура регулювання, що і на Фіг.2 для перетворювача змінної напруги, який широко застосовується в тиристорних пускателях для двигунів змінного струму.
Варіант 2. Цей варіант поширюється на реверсивний вентильний перетворювач постійного струму по Фиг.2 з блоком 6, а також на реверсивний перетворювач змінної напруги по фіг.2б з перемиканням чергування двох фаз і (або) пристроєм динамічного, гальмування двигуна, що відповідає п. 2 формули винаходу.
Відмінність варіантів полягає у функціональному призначенні перетворювачів, що визначається структурою силового блоку 1 і введенням в керуючу частину системи регулювання блоку 6 перемиканні. Цей блок в реверсивному перетворювачі постійного струму (фіг.2) виконує функцію блоку роздільного управління і функціонує в залежності від вихідного сигналу блоку 13. У прототипі (фіг.1) для цих цілей використовувався складний блок датчика провідності тиристорів. Можливість використання сигналу по струму з виходу суматора 18 для контролю провідності вентилів перетворювача обумовлена високою чутливістю блоку 13, що істотно спрощує пристрій блоку в цілому.
У реверсивному перетворювачі змінного струму (наприклад, в тиристорному пускачі) блок 6 виконує функцію контролю перемикання тиристорів при зміні порядку чергування фаз під час реверсування і (або) динамічному гальмуванні двигуна. Таким чином, пристрій 13 в обох варіантах перетворювачів є однаковим, уніфікованим і багатофункціональним, а саме: обслуговує канал регулювання струму, струмові захисту і в реверсивних перетворювачах - блок перемикань.
1. Перельмутер В.М. Сидоренко В.А. Системи управління тиристорн електроприводами постійного струму. - М. Вища школа, 1988, с.67-90.
2. Електроприводи уніфіковані трифазні серії ЕПУ1М. Промисловий каталог 08.41.11-99, УДК 62-83: 621.9.06 (085), ДРНТІ 45.41.33, стр.7-12.
1. Вентильний перетворювач, що містить силовий вентильний блок, вихід якого підключений до навантаження, а керуючі ланцюги - до пристрою, відповідні входи якого з'єднані з блоком регулювання і блоком захистів, встановлені в фазах перетворювача трансформатори змінного струму, до вторинних обмоток яких підключені резистори, мають спільну точку, що відрізняється тим, що в нього введено m-фазне пристрій виділення модуля випрямленого струму перетворювача, що включає прецизійні однофазні випрямлячі на базі операційних підсилювачів і суматор, при цьому входи випрямлячів підключені до відповідних резисторам і їх спільної точки, а виходи - до входів суматора, вихід якого підключений до відповідних входів блоків регулювання і захисту.
2. Пристрій за п.1, що відрізняється тим, що додатково введено блок перемиканні, вхід якого підключений до виходу суматора m-фазного пристрої виділення модуля випрямленого струму перетворювача, а вихід - до пристрою.