RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY POLSKA Patent dodatkowy do patentunr Zgłoszono: (P ) Int. Cl.5 GtSTI/66 URZĄD PATENTOWY RP Pierwszeństwo Zgłoszenie ogłoszono: Opis patentowy opublikowano: CZTTEIIII OCOIHA Twórcywynalazku: Elżbieta Chmielnik, Zbigniew Fedyczak, Norbert Jągowski, Jerzy Ostrowski, Alicja Żmuda Uprawniony z patentu: Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Metrologii Elektrycznej Lumel", Zielona Góra (Polska) Tyrystorowy sterownik mocy prądu przemiennego Przedmiotem wynalazku jest tyrystorowy sterownik mocy prądu przemiennego jednofazowy ze sterowaniem fazowym, impulsowym lub impulsowo-fazowym nadający się również do stosowa nia w układach trójfazowych jako sterownik główny lub pomocniczy współbieżny. Tyrystorowy sterownik mocy jest urządzeniem energoelektronicznym włączonym pomiędzy źródłem napięcia przemiennego i odbiornikiem energii elektrycznej i umożliwiającym sterowanie mocą dostarczoną do odbiornika w funkcji analogowego sygnału sterującego. Sterownik mocy przeznaczony jest zwłaszcza do stosowania w urządzeniach termotechnicznychjako półprzewodnikowy człon wyko nawczy w układach automatycznej regulacji temperatury. Znany jest tyrystorowy sterownik mocy prądu przemiennego typ 464 firmy Eurotherm, jednofazowy ze sterowaniem fazowym, impulsowym lub impulsowo-fazowym stosowany również w układach trójfazowych jako sterownik główny współpracujący ze sterownikami pomocniczymi ze sterowaniem impulsowym typu WŁĄCZONY-WYŁĄCZONY.Opisywany sterownik mocy zawiera łącznik tyrystorowy i układ wyzwalania bramkowego, który ma synchronizowany fazowy przesuwnik z dwoma wejściami, przy czym jedno z nich połączone jest ze źródłem napięcia przemiennego zasilającego a drugie połączone jest przez węzeł sumacyjny z wyjściem układu przetwarzającego sygnał sterujący oraz z wyjściem układu sprzężenia prądowego i przez styki przełącznika z wyjściem przerzutnika bistabilnego. Jedno z wyjść synchronizowanego fazowego przesuwnika połączone jest z wejściem układu przetwarzającego sygnał sterujący oraz z wejściem wtórnika wyjściowego i z wejściem generatora impulsów wyzwalających przez przerzutnik monostabilny.dwa z wyjść synchronizowanego fazowego przesuwnikapołączone są z dwoma wejściami układu przetwarzającego sygnał sterujący a jedno z wyjść połączone jest z wejściem przerzutnika bistabilnego przez węzeł sumacyjny, do którego przyłączone jest również wyjście układu przetwa rzającego sygnał sterujący. Do układu przetwarzającego sygnał sterujący doprowadzony jest sygnał sterujący i sygnał wstrzymujący wyzwalanie. Wyjście generatora impulsów wyzwalających połączone jest z łączni-

2 kiem tyrystorowym. Jedno z wejść układu sprzężenia prądowego połączonejest z przekładnikiem prądowym łącznika tyrystowego a do drugiego wejścia układu sprzężenia prądowego doprowa dzony jest sygnał wartości zadanej prądu w obwodzie odbiornika, ponadto z wyjścia wtórnika wyjściowego wyprowadzony jest sygnał sterujący sterownnikiem pomocniczym ze sterowaniem impulsowym typu WŁĄCZONY-WYŁĄCZONY w układzie trójfazowym. W opisywanym sterowniku mocy wyjście synchronizowanego fazowego przesuwnika połą czone jest z wejściem generatora impulsów wyzwalających przez przerzutnik monostabilny skraca jący czas wyzwalania generatora do około 1 ms, co powoduje ograniczenie zastosowań sterownika w układach jednofazowych do odbiorników rezystancyjno-indukcyjnych wprowadzających nie wielkie przesunięcie fazowe pomiędzy napięciem i prądem odbiornika ze względu na występowanie zjawiska przewodzenia jednokierunkowego. W układach trójfazowych sterownik ten może współpracować tylko ze sterownikami pomocniczymi ze sterowaniem typu WŁĄCZONY- WYŁĄCZONY, co uniemożliwia zastosowanie go w układach trójfazowych rezystancyjnoindukcyjnych, w których konieczne jest stosowanie współbieżnego sterowania fazowego w celu eliminowania przetężeń prądowych np.: podczas sterowania mocą po stronie pierwotnej transfor matora trójfazowego. Dodatkową niedogodnością opisywanego sterownika mocyjest brak możli wości identyfikacji stanu wyzwalania łącznika tyrystorowego bez stosowania urządzeń pomia rowych. Celem wynalazku jest opracowanie tyrystorowego sterownika mocy prądu przemiennego o szerszym obszarze zastosowań, bez opisanych wyżej niedogodności. Cel ten został osiągnięty w tyrystorowym sterowniku mocy prądu przemiennego według wynalazku zawierającym łącznik tyrystorowy i układ wyzwalania bramkowego z generatorem impulsów wyzwalających i z synchro nizowanym fazowym przesuwnikiem połączonym przez sumacyjny węzeł z wyjściem układu przetwarzającego sygnał sterujący, wyjściem układu sprzężenia prądowego, wyjściem przerzutnika bistabilnego i z wtórnikiem wyjściowym, z którego sygnał wyjściowy podawanyjest do sterownika pomocniczego ze sterowaniem impulsowym typu WŁĄCZONY-WYŁĄCZONYw układzie trój fazowym. W opracowanym tyrystorowym sterowniku mocy wejście synchronizowanego fazowego przesuwnika połączone jest przez znany sumacyjny węzeł ze sterownikiem współpracującym realizującym sterowanie współbieżne w układzie trójfazowym. Pomiędzy wyjściem synchronizo wanego fazowego przesuwnika i wejściem generatora impulsów wyzwalających włączony jest układ ustalający czas trwania sygnału synchronizowanego fazowego przesuwnika przyłączonyjest wskaźnik wyzwalania elektroluminescencyjny. W wykonaniach do układów trójfazowych układ ustalający czas trwania sygnału wyzwalają cego generator impulsów wyzwalających ma dwójnik złożony z diody i rezystora połączonych szeregowo, przy czym jeden koniec dwójnika połączony jest z wejściem układu ustalającego czas trwania sygnału wyzwalającego a drugi koniec dwójnika połączony jest z wejściem sterującym napięcia kluczowego, którego wyjście połączone jest z wyjściem układu ustalającego czas trwania sygnału wyzwalającego. W wykonaniu do układów jednofazowych układ ustalający czas trwania sygnału wyzwalającego generator impulsów wyzwalających ma układ różniczkujący, złożony z kondensatora, dwóch rezystorów i diody, przy czym wejście układu różniczkującego połączonejest z wejściem układu ustalającego czas trwania sygnału wyzwalającego a wyjście układu różniczkują cego połączone jest z wejściem sterującym klucza napięciowego, którego wyjście połączone jest z wyjściem układu ustalającego czas trwania sygnału wyzwalającego. Wynalazek umożliwia realizację tyrystorowych sterowników mocy, które mogą być stoso wane w układach jednofazowych z dowolnymi odbiornikami rezystancyjno-indukcyjnymi, nato miast w układach trójfazowych mogą być stosowane jako sterowniki główne lub pomocnicze z realizacją sterowania współbieżnego wymuszanego przez sterownik główny, co umożliwia zasto sowanie tych sterowników do sterowania mocą po stronie pierwotnej transformatora trójfazo wego. Sterownik mocy według wynalazku zawiera wskaźnik elektroluminescencyjny, zapewnia jący identyfikację stanu wyzwalania łącznika tyrystorowego. Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig.l przedstawia schemat blokowy tyrystorowego sterownika mocy, fig. 2 - schemat ideowoblokowy układu ustalającego czas trwania sygnału wyzwalającego generator impulsów wyzwalają cych w wykonaniu do układów trójfazowych, fig. 3 - schemat ideowo-blokowy układu ustalają-

3 cego czas trwania sygnału wyzwalającego generator impulsów wyzwalających w wykonaniu do układów jednofazowych. Tyrystorowy sterownik mocy prądu przemiennego zawiera tyrystorowy łącznik 1 i układ wyzwalania bramkowego 2, który ma generator impulsów wyzwalających 3 i synchronizowany fazowy przesuwnik 4, który zawiera układ synchronizacji 5 oraz generator napięcia piłokształtnego 6 i komparator 7. Do wejścia układu synchronizacji 5 dołączonejest źródło napięcia zasilającego 8 we wszystkich wykonaniach tyrystorowego sterownika mocy, natomiast wejście komparatora 7 połączonejest przez sumacyjny węzeł 9 ze sterownikiem 10 pomocniczym lub głównym w wykona niach sterownika mocy do sterowania współbieżnego w układzie trójfazowym. Ponadto wejście komparatora 7 połączone jest przez sumacyjny węzeł 9 z jednym z wyjść integratora 11 znajdują cego się w układzie 12 przetwarzającym sygnał sterujący w wykonaniach ze sterowaniem fazowym lub z wyjściem bistabilnego przerzutnika 13, w wykonaniach ze sterowaniem impulsowym, oraz z wyjściem układu 14 sprzężenia prądowego. Wyjście komparatora 7 przez wejście 15 synchronizo wanego fazowego przesuwnika 4 połączone jest z wejściem generatora impulsów wyzwalających 3 przez układ 16 ustalający czas trwania sygnału wyzwalającego generator impulsów wyzwa lających 3. W wykonaniach do układów trójfazowych układ 16 ustalający czas trwania sygnału wyzwala jącego generator impulsów 3 ma dwójnik 17 złożony z diody D54 i rezystora R22 połączonych szeregowo, przy czym jeden koniec dwójnika 17 połączonyjest z wejściem A układu 16 ustalającego czas trwania sygnału wyzwalającego a drugi koniec dwójnika 17połączonyjest z wejściem sterują cym klucza napięciowego 18, którego wyjście połączone jest z wyjściem B układu 16 ustalającego czas trwania sygnału wyzwalającego. W wykonaniach do układówjednofazowych układ 16 ustalający czas trwania sygnału wyzwa lającego ma układ różniczkujący 19 złożony z kondensatora C12, dwóch rezystorów R22, R23 i diody D14, przy czym wejście układu różniczkującego 19 połączone jest z wejściem A układu 16 ustalającego czas trwania sygnału wyzwalającego a wyjście układu różniczkującego 19 połączone jest z wejściem sterującym klucza napięciowego 18, którego wyjście połączone jest z wyjściem B układu 16 ustalającego czas trwania sygnału wyzwalającego. Wyjście komparatora 7połączonejest ponadto przez wyjście 15 synchronizowanego fazowego przesuwnika 4 z jednym z wejść sterowa nego przełącznika 20, znajdującego się w układzie 12 przetwarzającym sygnał sterujący oraz z wejściem elektroluminescencyjnego wskaźnika wyzwalania 21 i z wejściem wyjściowego wtórnika 22 w wykonaniach do współpracy ze sterownikiem mocy ze sterowaniem impulsowym typu WŁĄCZONY-WYŁĄCZONY w układach trójfazowych. Układ synchronizacji 5 ma trzy wyjścia, z których wyprowadzone są sygnały synchronizujące na zewnątrz synchronizowanego fazowego przesuwnika 4. Jedno z wyjść układu synchronizacji 5 połączone jest z wejściem układu wstrzymywania wyzwalania 23 znajdującego się w układzie 12 przetwarzającym sygnał sterujący. Drugie wyjście układu synchronizacji 5 połączonejest zjednym z wejść sterowanego przełącznika 20 znajdującego się w układzie 12 przetwarzającym sygnał sterujący. Trzecie wyjście układu synchronizacji 5 połączone jest z wejściem bistabilnego przerzut nika 13 przez węzeł sumacyjny 24, do którego dołączonejest również jedno z wyjść integratora 11 w wykonaniach ze sterowaniem impulsowym. Układ 12 przetwarzający sygnał sterujący zawiera jeszcze kwadrator 25 i wejściowy układ 26, do wejścia którego doprowadzany jest analogowy sterujący sygnał 27. Sygnał 28 wstrzymujący wyzwalanie tyrystorowego łącznika 1 doprowadzony jest do wejścia układu wstrzymującego wyzwalanie 23 natomiast sygnał 29 do sterowania sterowni kiem pomocniczym ze sterowaniem impulsowym typu WŁĄCZONY-WYŁĄCZONYw układzie trójfazowym wyprowadzony jest z wyjścia wyjściowego wtórnika 22. Do jednego z dwóch wejść układu 14 sprzężenia prądowego doprowadzony jest sygnał wyjściowy z przekładnika prądowego umieszczonego w tyrystorowym łączniku 1 a do drugiego wejścia doprowadzony jest sygnał 30 wartości zadanej prądu w obwodzie odbiornika. Współczynnik wypełnienia prostokątnego sygnału wyjściowego komparatora 7 zależy od wartości napięcia doprowadzonego do wejścia komparatora 7 z sumacyjnego węzła 9 i porówny wanego z przebiegiem wyjściowym generatora napięcia piłokształtnego 6 doprowadzonym do (Jrugiego wejścia komparatora 7. Tymsamym wartość współczynnika wypełnienia prostokątnego

4 sygnału wyjściowego komparatora 7 a następnie rodzaj realizowanego przez tyrystorowy sterow nik mocy sterowania zależy od stosowanego wykonania układu wyzwalania bramkowego 2 i wartości sygnałów sterujących zewnętrznych doprowadzonych do układu wyzwalania bramko wego 2. Zastrzeżenia patentowe 1. Tyrystorowy sterownik mocy prądu przemiennego jednofazowy ze sterowaniem fazowym, impulsowym lub impulsowo-fazowym zawierający łącznik tyrystorowy i układ wyzwalania bram kowego z generatorem impulsów wyzwalających i z synchronizowanym fazowym przesuwnikiem połączonym przez sumacyjny węzeł z wyjściem układu przetwarzającego sygnał sterujący, wyjś ciem układu sprzężenia prądowego, wyjściem przerzutnika bistabilnego i z wtórnikiem wyjścio wym, z którego sygnał wyjściowy podawany jest do sterownika pomocniczego ze sterowaniem impulsowym typu WŁĄCZONY-WYŁĄCZONY w układzie trójfazowym, znamienny tym, że wejście synchronizowanego fazowego przesuwnika (4) połączonejest przez znany sumacyjny węzeł (9) ze sterownikiem współpracującym realizującym sterowanie współbieżne w układzie trójfazo wym a pomiędzy wyjściem (15) synchronizowanego fazowego przesuwnika (4) i wejściem genera tora impulsów wyzwalających (3) włączony jest układ (16) ustalający czas trwania sygnału wyzwa lającego generator impulsów wyzwalających (3), natomiast do wyjścia (15) synchronizowanego fazowego przesuwnika (4) przyłączony jest elektroluminescencyjny wskaźnik wyzwalania (21). 2. Tyrystorowy sterownik mocy według zastrz. 1, znamienny tym, że w wykonaniu do układów trójfazowych układ (16) ustalający czas trwania sygnału wyzwalającego generator impulsów wyz walających (3) ma dwójnik (17) złożony z diody (D54) i rezystora (R22) połączonych szeregowo, przy czym jeden koniec dwójnika (17) połączony jest z wejściem (A) układu (16) ustalającego czas trwania sygnału wyzwalającego a drugi koniec dwójnika (17) połączonyjest z wejściem sterującym klucza napięciowego (18), którego wyjście połączone jest z wyjściem (B) układu (16) ustalającego czas trwania sygnału wyzwalającego. 3. Tyrystorowy sterownik mocy według zastrz. 1, znamienny tym, że w wykonaniach do układów jednofazowych układ (16) ustalający czas trwania sygnału wyzwalającego generator impulsów wyzwalających (3) ma różniczkujący układ (19) złożony z kondensatora (C12), dwóch rezystorów (R22), (R23) i diody (D14), przy czym wejście układu różniczkującego (19) połączone jest z wejściem (A) układu (16) ustalającego czas trwania sygnału wyzwalającego a wyjście układu różniczkującego (19) połączone jest z wejściem sterującym klucza napięciowego (18), którego wyjście połączone jest z wyjściem (B) układu (16) ustalającego czas trwania sygnału wyzwalającego.

5 *E % i6^j±=il id-." 2?'" J_L 20 Ti i ^r PrTV}\ 25 \G?<-4 >»={ ii N a 22 id Hii / /ty / ń *f-łzi-&ł \PV )f?r22 OJ4 16 Fig.2 Si Cii & w 3 /ó / B n Fig. 3