устройство синхронизации для систем электропитания с нулевым проводом

Формула изобретения

Устройство синхронизации для систем электропитания с нулевым проводом, содержащее шины фаз А, В, С, шесть компараторов, причем выход первого и второго, третьего и четвертого, пятого и шестого компараторов подключены ко входам первого, второго и третьего блоков логической функции «2И» соответственно, вторые входы второго, четвертого и шестого компараторов подключены к шине нулевого потенциала, выходы блоков «2И» соединены с соответствующей выходной клеммой устройства, отличающееся тем, что в него вводят вспомогательные шины фаз А₂, В ₂, С₂, шесть сумматоров и два адаптивных апериодических фильтра первого порядка, причем первый сумматор входами подключают к шине фазы А и нулевому проводу, второй сумматор подключают к шинам фазы В и С, а их выходы соединяют со входами адаптивных апериодических фильтров первого порядка соответственно, выходы фильтров подключают к первому и второму входу третьего и четвертого сумматоров соответственно, выход третьего сумматора подключают к первому входу пятого и шестого сумматоров, второй вход шестого и седьмого сумматоров подключают к выходу четвертого сумматора, выходы третьего, пятого и шестого сумматоров формируют шины фаз А₂, В₂ и С₂ соответственно, шину А₂ соединяют с первым входом первого и второго компараторов и подключают ко второму входу третьего компаратора, шину фазы В₂ подключают к первому входу третьего и четвертого компараторов и соединяют со вторым входом пятого компаратора, шину фазы С₂ подключают к первому входу пятого и шестого компараторов и соединяют со вторым входом первого компаратора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться в системах управления тиристорными выпрямителями, выполненными по трехфазной нулевой схеме.

Известно устройство синхронизации (Комплектные тиристорные электроприводы. Справочник. / Под ред. В.М.Перельмуттера. - М.: Энергоиздат, 1988, стр.66, рис.2. 8), содержащее входной фильтр и компаратор с регулируемыми порогами переключения.

Недостатком устройства является его низкая точность в условиях нестабильности напряжения сети.

Кроме того, известно устройство синхронизации (RU 2449456, опублик. 27.04.2012), являющееся прототипом предлагаемого изобретения, содержащее шины фаз А, В, С, шесть компараторов, причем выход первого и второго, третьего и четвертого, пятого и шестого компараторов подключены ко входам первого, второго и третьего блоков логической функции «2И» соответственно, вторые входы второго, четвертого и шестого компараторов подключены к шине нулевого потенциала, выходы блоков «2И» соединены с соответствующей выходной клеммой устройства, а также вспомогательные шины фаз , , и шесть интегрирующих развертывающих преобразователей, из которых каждый содержит последовательно включенные первый операторный четырехполюсник, сумматор, интегратор, релейный элемент, выход которого через второй операторный четырехполюсник подключен ко второму входу сумматора, вход первого операторного четырехполюсника является входом развертывающего преобразователя, а выход интегратора является выходом развертывающего преобразователя, причем вход первого развертывающего преобразователя подключен к шине фазы А, а его выход соединен с входом второго развертывающего преобразователя, вход третьего развертывающего преобразователя подключен к шине фазы В, а его выход соединен с входом четвертого развертывающего преобразователя, вход пятого развертывающего преобразователя подключен к шине фазы С, а его выход соединен с входом шестого развертывающего преобразователя, выходы второго, четвертого и шестого развертывающих преобразователей подключены к шинам фаз , , соответственно, шина соединена с первыми входами первого и второго компараторов и подключена ко второму входу третьего компаратора, шина фазы подключена к первым входам третьего и четвертого компараторов и соединена со вторым входом пятого компаратора, шина фазы подключена к первым входам пятого и шестого компараторов и соединена со вторым входом первого компаратора.

К недостаткам устройства-прототипа следует отнести излишнее количество адаптивных апериодических фильтров первого порядка, на основе синхронизированных сетью интегрирующих развертывающих преобразователей, что усложняет реализацию системы управления.

Задача изобретения - обеспечение стабильных синхронизирующих импульсов для системы управления тиристорного выпрямителя при наличии искажающих гармонических составляющих в питающей сети при использовании меньшего количества фильтрующих апериодических звеньев.

Поставленная задача достигается тем, что в известное устройство синхронизации введены вспомогательные шины фаз А₂, В₂, С₂, шесть сумматоров и два адаптивных апериодических фильтра первого порядка, причем первый сумматор входами подключены к шине фазы А и нулевому проводу, второй сумматор подключен к шинам фазы В и С, а их выходы соединены со входами адаптивных апериодических фильтров первого порядка соответственно, выходы фильтров подключены к первому и второму входу третьего и четвертого сумматоров соответственно, выход третьего сумматора подключен к первому входу пятого и шестого сумматоров, второй вход пятого и шестого сумматоров подключен к выходу четвертого сумматора, выходы третьего, пятого и шестого сумматоров формируют шины фаз А₂, В₂, С₂ соответственно, шина А соединена с первым входом первого и второго компараторов и подключена ко второму входу третьего компаратора, шина фазы B₂ подключена к первому входу третьего и четвертого компараторов и соединена со вторым входом пятого компаратора, шина фазы С₂ подключена к первому входу пятого и шестого компараторов и соединена со вторым входом первого компаратора.

Устройство синхронизации (УС) включает два адаптивных апериодических фильтра первого порядка (1, 2), шесть сумматоров (3, 4, 5, 6, 7, 8), шесть компараторов (9, 10, 11, 12, 13, 14) и три блока функции «2И» (15, 16, 17). Блок-схема предлагаемого устройства синхронизации приведена на фиг.1.

Первый сумматор (3) соединен своим вторым входом с нулевым проводом, а первым входом подключен к шине фазы А. Первый сумматор обладает единичным коэффициентом передачи по обоим своим входам. Выход первого сумматора подключен к входу одного из адаптивных апериодических фильтров (1) первого порядка. Второй сумматор (4) своим первым входом подключен к линии В, а вторым входом подключен к линии С. Коэффициенты передачи второго сумматора по обоим своим входам равны , для первого и второго входа соответственно. Выход второго сумматора (4) соединяется с входом второго адаптивного апериодического фильтра (2) первого порядка. Выход первого фильтра (1) подключен к первому входу третьего сумматора (5), другой вход которого соединен с выходом второго фильтра (2) первого порядка. Выходы адаптивных апериодических фильтров (1, 2) первого порядка также соединены с обоими входами четвертого сумматора (6) соответственно. Коэффициенты передачи по входам третьего и четвертого сумматоров равны единице, за исключением второго входа третьего сумматора (5), соединенного с выходом второго фильтра (2). Выход третьего сумматора (5) формирует линию A₂ и подключен к первому входу пятого (7) сумматора. Коэффициент передачи по входу пятого сумматора, к которому подключен выход третьего сумматора, равен -0,5. Второй вход пятого сумматора, к которому подключен выход четвертого сумматора, обладает коэффициентом передачи . Выходы третьего и четвертого сумматоров подключены к первому и второму входу шестого сумматора (8) соответственно. Причем коэффициент передачи по первому входу шестого сумматора равен -0,5, а по второму входу равен . Выход пятого сумматора (7) формирует линию В₂ . Выход шестого сумматора (8) формирует линию С₂. Далее шина A₂ соединена с первым входом первого (9) и второго (10) компараторов и подключена ко второму входу третьего (11) компаратора. Шина фазы В₂ подключена к первому входу третьего (11) и четвертого (12) компараторов и соединена со вторым входом пятого (13) компаратора. Шина фазы С₂ подключена к первому входу пятого (13) и шестого (14) компараторов и соединена со вторым входом первого компаратора (9). Вторые входы второго (10), четвертого (12) и шестого (14) компараторов соединены с нулевым проводом. Выход первого и второго (9, 10), третьего и четвертого (11, 12), пятого и шестого (13, 14) компараторов подключены к входам первого, второго и третьего (15, 16, 17) блоков логической функции «2И» соответственно. Выходы блоков «2И» соединены с соответствующей выходной клеммой устройства.

Предлагаемое устройство синхронизации функционирует следующим образом.

Сумматоры (3, 4) из трех фазных напряжений А, В, С формируют вращающийся обобщенный вектор U трехфазного напряжения. Далее каждая из двух координат этого вектора поступает на соответствующий вход адаптивных апериодических фильтров первого порядка (1, 2). Фильтры обладают идентичной структурой и имеют основной настраиваемый параметр, частота среза ( _ср), равный частоте питающего напряжения, то есть осуществляют одинаковую фильтрацию и задержку сигнала. Иными словами можно сказать, что поворачивается обобщенный вектор трехфазного напряжения на заранее известный угол (фиг.2), образуя новый вектор , при этом фильтруются высшие гармонические составляющие. Далее, за счет сумматоров (5, 6) происходит восстановление обобщенного вектора трехфазного напряжения на прежний угол, то есть осуществляется компенсация временной задержки, возникающей при пропускании гармонического сигнала через апериодические звенья (1, 2). После восстановления угла обобщенный вектор восстанавливается до трехфазной последовательности А₂, В₂, С₂, соответствующей основной последовательности входных напряжений А, В, С с уменьшенным содержанием высших гармонических составляющих. Тем самым осуществляется достаточная фильтрация искаженных сигналов питающих напряжений, необходимых для точной синхронизации выпрямительного устройства, что подтверждается временным диаграммами, изображенными на фиг.3, где отображены входные искаженные сигналы питающего напряжения А, В, С и выходные отфильтрованные сигналы, соответствующие линиям А₂, В₂, С₂. Компараторы 10, 12, 14 выделяют сигнал «1», когда напряжение соответствующей фазы А, В, С имеет положительную полярность (фиг.4 б, г, ж, к; сигналы "a", "b", "c").

Компараторы 9, 11, 13 переключаются в «1» в случае, когда напряжение на втором входе превышает величину сигнала на первом входе. В результате формируются импульсы "а-с" (фиг.4в), "b-а" (фиг.4е) и "с-b" (фиг.4и).

С помощью элемента 15 логической функции «2И» сравниваются сигналы "а-с" и "а" (фиг.4в, г), в результате чего формируется сигнал «1-2» (фиг.4д), соответствующий диапазону 1-2 (фиг.4а) регулирования угла управления силовым тиристором фазы А. Аналогичным образом с помощью блока 16 производится сравнение напряжений "b-а" (фиг.4е) и "b" (фиг.4ж). В итоге формируется импульс «3-4» (фиг.4з), соответствующий диапазону 3-4 (фиг.4а) регулирования тиристора фазы В. Сигнал «5-6» (фиг.4л) диапазона 5-6 (фиг.4а) получается в результате сравнения элементом 17 «2И» сигналов "с-b" (фиг.4и) и "с" (фиг.4к) с выхода компараторов 17, 18.

В итоге, на выходах 18-20 формируются сигналы синхронизации трехфазной нулевой схемы управляемого выпрямителя.

Таким образом, такое техническое решение обеспечивает формирование стабильных синхронизирующих импульсов для системы управления тиристорного выпрямителя при наличии искажающих гармонических составляющих в питающей сети при использовании меньшего количества фильтрующих апериодических звеньев.