RU1815769C - Способ управлени трехфазным тиристорным преобразователем - Google Patents

Abstract

Способ управлени  трехфазным тири- сторным преобразователем заключаетс  в том, что формируют импульсы синхронизации синфаэно с напр жением питающей сети , формируют импульсы управлени , сдвинутые по фазе относительно импульсов синхронизации на угол, определ емый сигналом управлени , и подают их на тиристо- ры силового преобразовател , импульсы управлени  подают в фазе и в противофазе на тиристоры силово го преобразовател , подключенные к одному из фазовых или межфазных напр жений питающей сети, после чего таким же образом подают импульсы управлени  на тиристоры. св занные со следующим фазовым напр жением питающей сети. 1 з.п. ф-лы, 20 ил.

Description

Изобретение относитс  к области эле,к- тротехники и может быть использовано дл  питани  импульсным током при размерной электрохимической обработке.

Целью изобретени   вл етс  повышение качества регулировани  импульеного тока за счет увеличени  выходной мощности .

На фиг. 1 представлено устройство, реализующее способ управлени  трехфазным тиристорным преобразователем; на фиг. 2 - блок запрета, изображенный на фиг. 1 условно; на фиг. 3 - возможное подключение выходных элементов блока запрета; на фиг. 4-20 представлены диаграммы напр жений и токов, по сн ющие принцип работы устройства .

Предлагаемое устройство дл  управлени  трехфазным тиристорным преобразователем (см. фиг. 1) содержит блок тиристоров

1...6, управл ющие электроды которых подключены к блокам управлени  7...12. На чертеже тиристоры 1...6 показаны включенными по трехфазной мостовой схеме с питанием от вторичной обмотки силового трансформатора 13 и с нагрузкой 14 в цепи выпр мленного тока.

Новым в описываемом устройстве  вл етс  наличие согласующего трансформатора 15, выключател  16 и двух одинаковых блоков запрета 17 и 18.

Каждый блок запрета (см. фиг. 2) имеет формирователь 19 тактовых импульсов, счетчик 20 импульсов, подключенный счетным входом с к выходу формировател  19, дешифратор 21, соединенный с выходом счетчика 20, три транзисторные ключа 22...24 управлени , св занные с выходом дешифратора 21, и схему совпадени  25, соединенную выходом с установочным вхоел XI

о

дом R счетчика 20, а одними.из входов - с выходом дешифратора 21, при этом другие входы схемы совпадени  25 св заны, например , через схему И-НЕ 26 и резистор 27 с выключателем 16 (см. фиг. 1).

Выключатель 16 на чертеже изображен упрощенно в виде контакта 28 и последовательно включенного с ним резистора 29.

На фиг, 1. 2, 3 входы и выходы блоков запрета пронумерованы последовательными числами с 1 по 7, заключенными в скобки.

Формирователь 19 тактовых импульсов (см. фиг. 2) блоков запрета 17 и 18 (см. фиг. 1} подключены к питающей сети своими входами (1) и (2) в противофазе друг относительно друга через согласующий трансформатор 15.

Ключи 22...24 управлени  блока запрета

17 своими выходами.(4)...(6) соединены с блоками управлени  7,..9, а блока запрета

18 - с блоками управлени  10... 12,

Третий ключ управлени  24 и схема совпадени  25 соединены с выходом дешифратора 21 через врем задающие цепочки, содержащие конденсаторы 30 и 31, резисторы 32 и 33, а также шунтирующие диоды 34 и 35. При этом врем задающа  цепочка ключа управлени  24 имеет схему совпадени  36.

Ключи управлени  22...24 в базовых цеп х имеют резисторы 37..,39 положительного смещени , токоограничивающие резисторы 40...42 и резисторы 43...45 отрицательного смещени .

Резисторы 46...48 положительного смещени  имеютс  также в цеп х установочного входа R счетчика 20 и на входе схем совпадени  25 и 36.

Формирователь 19 тактовых импульсов содержит преобразователь синусоидального напр жени  в трапециедальные импульсы , выполненный на стабилитроне 49, подключенном к согласующему трансформатору 15 через диод 50 и резистор 51. К указанному преобразователю подключена оптопэра 52 через резистор 53. Оптопара 52 своим выходом, подключенным к резистору смещени  54, соединена с одним из входов операционного усилител  55 через резистор 56. Инвертирующий вход усилител  55 подключен к делителю напр жени  на резисторах 57...59 через резистор 60. К выходу усилител  55 через резистор 61 и шунтирующий диод 62 последовательно включены две схемы И-НЕ 63 и 64.

Предложенное устройство имеет фазо- сдвигающий блок 65, через который к согласу- ющему трансформатору 15 подключены формирователи 19 тактовых импульсов блоков запрета 17 и 18, Фазосдвигзющий блок 65 имеет переменный 66 и посто нный 67 резисторы и конденсатор 68.

В блоке запрета (фиг. 2) транзисторные

ключи 22...24 своими базами подключены к соседним выходам 1...3 дешифратора 21. Аналогичное подключение ключей 22...24 к дешифратору 21, показанное на фиг. 3, выполнено через один выход дешифратора:

1-3-5.

В исходном положении, когда контакт 28 выключател  16 разомкнут, положительный потенциал с резистора 29 поступает на входы (3) блоков запрета 17 и 18. Поэтому на

5 входе схемы И-НЕ 26 будет логическа  1, а на выходе О, который обеспечивает отсутствие сигнала на выходе схемы совпадени  26 и на установочном входе R счетчика 20. Счетчик 20 в этом состо нии не

0 работает, хот  с формировател  19 на его счетный вход с поступают с частотой питающей сети тактовые импульсы, изображенные на фиг. 4 и 8 дл  соответствующих блоков запрета 17 и 18. При этом выходы

5 дешифратора 21 заперты и положительным смещением с резисторов 37.,.39 открыты ключи управлени  22,..24 которые шунтируют формирователи запускающих тири- сторы 1,,,6 импульсов в блоках управлени 

0 7..,12. Тиристорный преобразователь не работает .

Дл  пуска тиристорного преобразовател  замыкают контакт 28 выключател  16. На входе (3) обоих блоков запрета 17 и 18исче5 зает положительный потенциал. Поэтому на выходе схемы И-НЕ 26 этих блоков по вл етс  логическа  1, котора  поступает на одни из входов схемы совпадени  25, имеющей к этому моменту такую же 1 на других

0 входах с дешифратора 21. На выходе схемы И 25 возникает положительный потенциал , поступающий на вход Р счетчика 20 и запускающий последний в работу.

Счетчик 20 производит счет при исчез5 новении положительного потенциала на его входе с, т.е. по заднему фронту тактовых импульсов, вырабатываемых формирователем 19, и показанных на фиг. 4 и 8.

В блоках управлени  7... 12 формируют

0 импульсы синхронизации 69,..71 (см, фиг. 5,,.7 и 9...11), синфазные с напр жением питающей сети, синусоиды которого обозначены теми же цифрами 69...71 на фиг. 12 и соответствуют межфазным напр жением

5 Uaa, Dec и Uca вторичной обмотки трансформатора 13. В тех же блоках 7...12 формируют импульсы управлени , но до начала работы счетчиков 20 блоков запрета 17 и 18 формирователи этих импульсов шунтированы транзисторными ключами 22...24 блоков запрета 17 и 18, и импульсы управлени  на тиристоры 1...6 не поступают, а ток в нагрузке 14 отсутствует.

В св зи с тем, что тактовые импульсы, изображенные на фиг. 4 и 8 и формируемые в блоках запрета 17 и 18, сдвинуты относительно друг друга на половину периода пи- тающего напр жени , то счет этих импульсов начинает счетчик 20 одного из блоков запрета 17 или 18. Пусть после поступлени  логической Г на входы R счетчиков 20 первый спад тактового импульса, т.е. переход из логической 1 в О, происходит на входе с счетчика 20 блока запрета 17. Тогда в этом блоке 17 на выходе 1 дешифратора 21 по вл етс  логический О и в соответствии с диаграммой 72 фиг. 5 на базе транзисторного ключа 22 (см. фиг. 2) по вл етс  отрицательное смещение. Транзистор 22 закрываетс , формирователь блока управлени  7 дешунтируетс  и последний подает импульсы 73 (см. фиг. 5, 12. 13 и 16) на управл ющие электроды ти- ристоров 1 и 4 мостовой схемы выпр млени . Импульсы 73 сдвинуты по фазе относительно синхронизирующего напр жени  69 на угол, определ емый сигналом управлени , поступающим в блок 7. На фиг. 12,13 и 16 сдвиг показан в виде временного интервала г и по углу соответствует.60 электрическим градусам, т.е. 1 /6 части периода питающего напр жени  (1/6Т). Тиристоры 1 и 4.открываютс  и на нагрузке 14 по вл етс  первый импульс напр жени , показанный на фиг. 19, в соответствии с синусоидой 69 (см. фиг. 5 и 12). Этот импульс формируетс  напр жением Оав И завершаетс  после снижени  указанного напр жени  до 0.

. Через половину периода питающего напр жени  относительно блока запрета Т7 начинает счет тактовых импульсов счетчик 20 блока запрета 18 (см, фиг. 1, 2, 4 (диагр. 8 и 9). В этом блоке на выходе Г дешифратора 21 по вл етс  логический О и в соответствии с диаграммой 74 фиг. 9 на базе транзисторного ключа 22 по вл етс  отрицательное смещение, закрывающее транзистор . Блок управлени  10 подает импульсы 75 (см. фиг. 4 диаграммы (9, 12, 14 и 15) на управл ющие электроды тиристоров 2 и 3. Импульсы 75 приход т на отрицательную полуволну синусоиды 69. сдвинуты по фазе относительно импульсов 73 (см. также фиг. 4 диаграммы (13 и 16) на половину периода, а относительно синхронизирующего напр жени  69 на тот же угол, что и импульсы 73, определ емый сигналом управлени , поступающим в блок 10 и аналогичным таким сигналам дл  всех блоков 7...9. 11 и 12. Тиристоры 2 и 3 открываютс  и на нагрузке 14 имеем второй импульс напр жени , изображенный на фиг. 19 и соответствующий отрицательной полуволне синусоида 69 (см. фиг. 5 4 (диаграммы 9 и 12).

Спад второго тактового импульса блока запрета 17 (см. фиг. 20 4 (диаграммы 4...6), поступившей на вход с счетчика 20, вызывает восстановление на выходе Г дешиф0 ратора 21 логической Г и по вление на выходе 2 логического О. Поэтому транзисторный ключ 22 открываетс , запреща  по вление импульсов управлени  на выходе блока, а ключ 23 закрываетс  отрицатель5 ным смещением и включает в работу блок управлени  8. На фиг. 6 диаграмма 76 дает представление об изменении напр жени  на базе транзисторного ключа 23 блока запрета 17, а импульсы управлени  77. форми0 руемые в блоке 8, показаны смещенными относительно синхронизирующей синусоиды 70 на упом нутый угол, заданный сигналом управлени  и соответствующий временной задержке т. При этом из фиг.

5 5 и 6 видно, что импульс управлени  77 следует . после импульса 73 через период плюс 1/3 периода питающего напр жени  (Т1 1 1/ЗТ). Блок управлени  8 подает импульсы 77 на тиристоры 3 и 6(см. фиг. 1.4 (диаграммы 12,

0 15 и 18). На нагрузке 14 (см. фиг. 4 (диаграммы 19) формируетс  третий силовой импульс из синусоиды 70 (напр жение Uec), сдвинутый относительно начала первого такого же импульса на 1 1 /ЗТ (периода). Окончание

5 рассматриваемого импульса совпадает с переходом синусоидального напр жени  70 через 0.

В блоке запрета 18 спад второго тактового импульса наступает через период пита0 ющего напр жени  Т (см. фиг. 4, диаграмма 8). При этом, аналогично описанному, в блоке запрета 18 открываетс  транзистор 22 и закрываетс  в соответствии с диаграммой 78 фиг. 10 транзисторный ключ 23, вызыва 

5 по вление на выходе блока управлени  11 импульсов 79. Импульсы 79 поступают на тиристоры 4 и 5 при обратном значении синусоидального напр жени  70 (см. фиг. 4 (диаграммы 12,16,17 и 19) и в соответствии

0 с последним формирует четвертый силовой импульс в нагрузке 14.

Спадами третьих тактовых импульсов (см. фиг. 4 диаграммы 4 и 8, 7 и 11) в соответствии с диаграммами 80 и 82 изменени 

5 напр жени  на базе транзисторных ключей 24 (см. фиг. 2) блоков запрета 17 и 18 (см. фиг. 1) формируютс  импульсы управлени  81 и 83 в блоках управлени  9 и 12. Сначала блок 9 выдает импульсы 81 на тиристоры 2 и 5. формиру  п тый силовой импульс на

нагрузке 14 из синусоиды 71 (см. фиг. 12, 14, 17 и 19) а через половину периода блок 12 посылает на тиристоры 1 и 6 импульсы 83 (см. фиг, 13 и 18), образу  из обратной полуволны синусоиды 71 шестой силовой импульс (см, фиг. 4 диаграмма 19).

Дл  обеспечени  полного угла регулировани  импульсов напр жени  блоками 9 и 12 введена дополнительна  задержка т на закрытие транзисторного ключа 24 блоков запрета 17 и 18 (см. фиг. 4 диаграммы 7 и 11) относительно спада третьих тактовых импульсов (см. фиг. 4 диаграммы 4 и 8). Эта задержка обеспечена RC-цепочкой из резистора 32 и конденсатора 30 (см. фиг. 2) и схемой совпадени  36. При логической 1 на выходе 3 дешифратора 21 конденсатор 30 зар жен положительным напр жением, обеспечивающим логические 1 на входах и выходах схемы И 36 и открытое состо ние транзисторного ключа 24. После спада третьего тактового импульса на выходе 3 дешифратора 21 по вл етс  логический О, но ключ 24 остаетс  в открытом состо нии на врем  разр да конденсатора 30 через резистор 32 на открытый выход 3 дешифратора 21. Только после разр да конденсатора 30 на входах и выходе схемы И 36 по вл ютс  логический О, транзистор 24 закрываетс , разреша  по вление управл ющих импульсов 81 и 83 на выходах блоков 9и 12.

При спаде четвертого тактового импульса по вл етс  логический О на выходе 4 дешифратора 21, а такой О по вл етс  на одних сходах схемы совпадени  25 не сразу, а после разр да конденсатора 31 через резистор 33 на открытый выход 4. Здесь задержка нужна на сброс счетчика 20, который происходит после по влени  логических О на выходе схемы 25 и на установочном входе R счетчика 20, чтобы сформировать импульс сброса.

После сброса счетчика 20 четвертым тактовым импульсом новый счет начинаетс  следующим спадом п того импульса, а формирование управл ющих и силовых импульсов напр жени  повтор етс  в соответствии с описанным выше и с циклограммами , приведенными на фиг. 4...19. При этом на фиг. 13...18 показаны импульсы управлени  соответственно тиристорами с 1 по 6, а как представлено на фиг. 5 и 9 общий период повторени  цикла блоками управлени  7.„12 составл ет четыре периода питающего напр жени  (4Т).

Отключение управл ющих сигналов импульсов производ т размыканием контакта 28 выключател  16.

Согласно приведенному описанию работы трехфазного тиристорного преобразовател  новым в предложенном способе управлени  таким преобразователем  вл етс  то, что импульсы управлени  формируют и подают дважды через половину периода в фазе и противофазе питающего напр жени  на тиристоры, подключенные к одному межфазному или фазному напр 0 жению, и после этого таким же образом осуществл ют включение тиристоров, принадлежащих другим межфазным или фазным напр жени м. В описанном преобразователе период повторени  парных силовых

5 импульсов составл ет 1 1/3 периода (Т) питающего напр жени . При изображенной на фиг. 19 длительности каждого импульса в 1/3 периода (Т) такого напр жени , скважность силовых импульсов, представ0 л юща  отношение продолжительности периода повторени  к длительности импульсов равна 2:

1 1/ЗТ:(1/ЗТх2) 2.

Но в предложенном преобразователе

5 каждый силовой импульс можно измен ть от полного значени  полуволны питающего напр жени  практически до исчезновени  этого напр жени . При этом без уменьшени  амплитуды силового импульса регули0 рование производитс  по длительности от 1 /2 до 1 /4 периода (Т) питающего напр жени . Такое регулирование обеспечивает изменение скважности от 1,33 до 2,67.

В указанном диапазоне изменени 

5 скважности поддерживаетс  стабильное значение мощности импульсов тока.

Скважность импульсов может иметь и более высокие значени , когда транзисторные ключи 22...24 (см. фиг. 3) и цепь сброса

0 счетчика 20 подключены к дешифратору 21 через один выход, что можно выполнить с использованием переключател . При использовании такого подключени  по вление последующих спаренных импульсов,

5 как показано на фиг. 20, происходит с дополнительной задержкой, равной периоду питающего напр жени  (Т). Работа преобразовател  с использованием подключени  согласно фиг. 3 аналогична описанной, но

0 период повторени  здесь больше на целый период питающего напр жени  (Т) и равен: Т2 2 1/3 Т, Поэтому скважность силовых импульсов в этом случае можно регулировать без снижени  амплитуды и мощности

5 этих импульсов в диапазоне от 2.33 до 4,67. Возможно и дальнейшее увеличение скважности импульсов путем повышени  емкости счетчика 20 и дешифратора 21с соответствующим изменением подключени  к последнему транзисторных ключей 22...24 и

цепи сброса счетчика 20 с пропуском 2-х, 3-х и т.д. цифровых выходов, когда период по-  влени .спаренных силовых импульсов тока в нагрузке 14 составл ет 3 1/3, 4 1/3 и т.д. периодов питающего напр жени . При этом увеличение продолжительности паузы между спаренными импульсами и периода повторени  этих импульсов кратно периоду питающей сети.

Ниже приводим пример использовани  предложенного способа управлени  трехфазным тиристорным преобразователем при электрохимической обработке.

Производилась обработка деталей из титанового сплава в проточном электролите . Первоначально установили ступень напр жени  импульсного тока в 50 В по амплитуде при холостом ходе преобразовател  (фактически при минимальной нагрузке в начале электрохимической обработки). Длительность импульсов в начале обработки была 0,0075 сек,, а период повторени  импульйов установлен в 0,026.7 сек.

Начальна  скважность составила 1,78. При обработке по мере роста площади обработки и импульсного тока длительность импульсов уменьшали путем изменени  сдвига по фазе импульсов управлени  за счет регулировани  сигнала управлени . Параметры обработки достигли следующих значений: амплитуда напр жени  - 45 В, амплитуда тока - 5000 А, длительность импульсов тока - 0,0067 сек, скважность импульсов тока - 2. В дальнейшем длительность импульсов сократили до 0,005 сек. при увеличении амплитуды тока до 6000 А, а амплитуда напр жени  снизилась до42 В за счет естественной нагрузочной характеристики силового трансформатора .преобразовател . При этом скважность импульсов тока составила 2.67. Во все врем  обработки анодное растворение вели спаренными импульсами тока, которые получали за счет того, что импульсы управлени  формировали и подавали дважды через половину периода на тиристоры, подключенные к одному межфазному напр жению: .сначала в фазе, а затем в противофазе упом нутого напр жени  - после этого таким же образом включали тиристоры, подключенные на другие межфазные напр жени . Перед окончанием обработки включили чистовой режим за счет увеличени  паузы тока на период питающего напр жени  без изменени  амплитудных значений тока и напр жени , а также длительности их импульсов (6000 А, 42 В и 0.005 сек.). При этом период повторени  импульсов достиг 0,0467 сек, а скважность составила 4,67.

В результате электрохимической обработки деталей из титановых сплавов с использованием предложенного преобразовател , управл емого описанным способом повы- шена чистота обрабатываемой поверхности на один класс и достигнута более высока  точность профил  деталей.

Упом нутые достижени  стали возможны благодар  повышению качества регулировани  импульсного тока, обеспеченному предложенным способом управлени  трехфазным тиристорным преобразователем и устройством дл  его осуществлени . Пред- ложен,ный способ управлени  позвол ет

увеличить выходную мощность импульсов тока за счет формировани  спаренных мм- пульсов, образуемых из последовательно следующих друг за другом фазы и противо- фазы питающего напр жени . Это исключает вынужденное намагничивание силового трансформатора и улучшает энергетические показатели управлени . При этом предложенное техническое решение позвол ет расширить диапазон регулировани  как

длительности импульсов тока, так и скважности импульсов без снижени  амплитудных значений тока и напр жени  в импульсах, что дало положительные результаты в его использовании при электрохимической обработке за счет локализации процесса анодного растворени .

Claims (2)

1. Способ управлени  трехфазным тиристорным преобразователем, заключающийс  в том, что формирует импульсы синхронизации синфазно с напр жением питающей сети, формируют импульсы управлени , сдвинутые по фазе относительно импульсов синхронизации на угол, определ емый сигналом управлени , и подают их на тиристоры силового преобразовател , отличающийс  тем, что, с

целью уменьшени  установленной мощности элементов силового преобразовател , импульсы управлени  подают в фазе и в противофазе на тиристоры силового преобразовател , подключенные к одному из фазовых или мехфазных напр жений питающей сети, после чего таким же образом подают импульсы управлени  на тиристоры , св занные со следующим фазовым напр жением питающей сети.

2. Способ по п. 1, отличающийс  тем, что.подачу импульсов управлени  на тиристоры, св занные со следующим фазовым напр жением питающей сети, производ т с задержкой по времени, кратной периоду питающей сети.

-t

ГГ П  8

77

II 85К I t фцг.13

Фиг.14 t Фиг.15

JL Фиг1б L фигЛ7

г 83

I . I I II ь

i. Фи&.ш

t Фиг.19