CN2731832Y - 相序自适应式相控整流器 - Google Patents

Abstract

一种相序自适应式相控整流器，属整流技术领域，用于解决整流全控桥触发脉冲的相序相位问题。其技术方案是：它包括电流互感器、三相可控硅全控整流桥、触发控制器、同步信号生成电路，在同步信号生成电路中，U1为电压跟随器，可调电阻VR1、电容C2组成移相电路，U2和U3为电压比较器，它们的输出端接主回路触发控制器的外部中断管脚，利用CPU进行相序、相位的判断。采用这种结构的相控整流器，可以由它的同步信号生成电路产生两路相位相差30°的同步信号，由触发控制器自动判断后，给出正确的触发脉冲次序。本实用新型简化了三相可控整流器的安装调试过程，具有电路设计简单的优点。

Description

相序自适应式相控整流器

技术领域

本实用新型涉及一种改进的相控整流器，属整流器技术领域。

背景技术

相控整流器是采用可控硅全控或半控整流桥作为主回路，通过控制各桥臂可控硅的触发相位来改变输出直流电压。在实际操作中，安装调试相控整流器需要匹配主回路和同步信号的相序相位，这是一项很烦琐的工作，涉及到整流变压器和同步变压器接线组别及RC移相电路的设计，在高压应用时还需要配有差分探头和双踪示波器辅助测量。因此，设计一种在取得同步信号的前提下、能够自动识别整流桥的相序相位的整流器就成为技术人员研究的课题，但截止到目前为止，人们所提出的一些方法都需要知道主回路和同步信号的相位关系，这仍然不能满足人们在实际工作中的需要，如能进一步改进将具有较大的实用意义。

发明内容

本实用新型用于克服现有可控整流器存在的缺陷而提供一种能够自动判断主回路的相序相位、确定正确的触发脉冲次序的相序自适应式相控整流器。

解决上述问题的技术方案是：

一种相序自适应式相控整流器，它的主回路包括主变压器B、电流互感器LG、可控硅全控整流桥、触发控制器，另外，它还设有一个同步信号生成电路，所述同步信号生成电路由运算放大器U1、U2、U3、可调电阻VR1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、电容C1、C2组成，运算放大器U1接成跟随器电路，其正相端经电阻R1、R2组成的电阻分压电路连接220V单相电源，输出端同时接运算放大器U3和U2的正相端，运算放大器U2和U3的输出端分别经电阻R8、R7接主回路触发控制器的外部中断管脚，它们的负相端接地，电阻R4、电容C1组成滤波电路，接在U3的输入端，可调电阻VR1、电容C2组成移相电路，接在U2的输入端。

上述相序自适应式相控整流器，所述触发控制器由CPU、信号输出电路U4、脉冲变压器TR1、电流互感器HG组成，其中，CPU的P0.1、P0.2分别接同步信号生成电路的两路中断信号INT1、INT2，CPU的输出端P2.2接信号输出电路U4的信号输入端，后者输出连接脉冲变压器TR1，脉冲变压器的输出接至可控硅SCR的触发极，电流互感器LG整流后的直流信号接至CPU的P1.1端，给定信号接至P1.2，信号输出电路U4采用达林顿管芯片。

上述相序自适应式相控整流器，在运算放大器U2和U3输出端与触发控制器外部中断管脚之间接入光耦隔离器。

上述相序自适应式相控整流器，在电阻R2上并联电阻3。

上述相序自适应式相控整流器，运算放大器U1的正相端可用同步变压器代替电阻R1。

采用这种结构的相控整流器，可以由它的同步信号生成电路产生两路相位相差30°的同步信号，送入主回路触发控制器的外部中断管脚，由触发控制器自动判断主回路相序相位，确定正确的触发脉冲次序。这种整流器还简化了三相可控整流器带感性负载时安装调试过程，并具有电路设计简单的优点。

附图说明

图1是本实用新型主回路电原理图；

图2是同步信号生成电路电原理图；

图3是触发控制器电原理图。

具体实施方式

相序自适应式相控整流器包括电流互感器HG、三相可控硅全控整流桥、分流器、触发控制器、同步信号生成电路，其中电流互感器HG、三相可控硅全控整流桥、触发控制器构成相控整流器的主回路。同步信号生成电路产生两路相位相差30°的同步信号，送入主回路的触发控制器的外部中断管脚，由触发控制器自动判断主回路相序相位，确定正确的触发脉冲次序。

图2显示的同步信号生成电路由运算放大器U1、U2、U3、可调电阻VR1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、电容C1、C2组成。本电路从220V单相电源取出一相电压作为同步信号，该单相电源不一定来自主回路，也可以来自不同的电网或变压器。220V由电阻R1、R2、R3分压，输出4V左右电压信号进入运算放大器U1。并联的电阻R2、R3是为了提高电路的稳定性，当然，在电阻上也可以再并联一只5V的稳压管。运算放大器U1接成电压跟随器，起阻抗隔离作用，使下一级的RC移相更准确。与U1输出端相连接的一组电阻R4、电容C1的数值很小，只起到高频滤波作用，对移相不会产生影响。另一组可调电阻VR1及电容C2，两者的数值都可调整，以获得30°的移相。这两路相位相差30°的信号分别送入运算放大器U3和U2。U2、U3是两个电压比较器，输出的是方波信号。电阻R5、R8起限流作用，电阻R5、R6起电位提拉作用。上述方波信号还可再经过一个光耦隔离电路，以排除电路之间的干扰。隔离后的信号送入触发控制器的外部中断管脚，如AT89C51的INT0和INT0，TMS320F24XX系列的XINT1和XINT2等，或者其它能处理两路中断的CPU芯片。本实用新型中的同步信号电路未用同步变压器，如果以同步变压器代替电阻R1，220V单相电压经同步变压器降压后再接U1正相端，可进一步提高可靠性。

本实用新型所采用的运算放大器U1、U2、U3，其型号为LM339芯片，该芯片将上述3个运算放大器集成在一块芯片上，在图2中已经标注出该芯片的各功能管脚。

图3显示的是一款与8051兼容的CPU，其型号为C8051F310。电流反馈信号从三相主回路的电流互感器上经整流取得，给定数据由外部电位器取得，根据实际工况，可以表示为转速给定或电流给定等。电流信号与给定信号分别接入C8051F310的P1.1和P1.0，这两个引脚可配置为内部A/D引脚，由CPU实现A/D转换。INT1和INT2由图1同步信号生成电路取得，P0.1和P0.0可配置为外部中断引脚，接收同步信号中断。P2.2至P2.7分别接至达林顿管芯片2003的基极，2003的输出接脉冲变压器的初级，控制24V电源通断，从而在脉冲变压器的副边形成高频脉冲序列，触发可控硅的触发极。六路触发信号驱动全控整流桥的六个桥臂。相序相位自适应算法由C8051F310微触发控制器编程实现。

在本实用新型中，由同步信号生成电路产生两路相位相差30°的同步信号，送入主回路触发控制器的外部中断管脚，由触发控制器自动判断主回路相序相位。确定正确的触发脉冲相序的方法是：感性负载(负载阻抗角接近90°)的负载电流和端电压有比较固定的关系，即电流相位滞后电压接近90°。三相相控整流桥带感性负载时，若在某一时刻触发一对桥臂导通，测算出这一次触发导通产生的电流峰值时间(可由A/D采样与定时器配合连续比较计时计算求得)可推算触发时刻与施加的线电压之间的相位关系。触发时刻由同步信号(经电网某一相电压经过零比较电路产生)的过零点确定。由变压器接线组别原理可知，不论何种电压等级，同步信号与线电压相位必然是30°的整倍数。以30°为间隔，主回路线电压为正序和负序时各有12种相位关系。由三相相控整流器工作原理可知，每路线电压的自然换相点都位于该线电压60°相位，并对应其它两路线电压的0°和120°，即只有同步信号与某路线电压相位是0°、60°或120°，才是有效的同步信号。而当相位为30°、90°、150°时，不是60°的整倍数，不会成为自然换相点。因此利用同步信号产生电路形成两路相差30°的同步信号(一路可由220V控制用电源经过降压过零比较取得，另一路在前一路的基础上移相30°产生)。若一路不是60°的整倍数。则另一路一定是。一旦推算出某一路同步信号不会成为自然换相点，则取另一路为正确的同步信号。

在同步信号过零点触发整流桥的一对晶闸管，共有6种组合，即T12、T23、T34、T45、T56、T61。6种触发依次在负载上施加6种线电压，或者说6种触发对应6种线电压，即UAB、UBA、UBC、UCB、UAC、UCA，其中只有3种是有效正电压，形成电流，另外3种为负电压，不能导通。同步信号与3种有效正电压的相位关系也有3种，即0°、60°、120°，位于线电压60°相位时，即为该路线电压自然换相点，而位于0°相位的那路线电压相当于滞后60°相位线电压120°，若触发该桥臂序号位于60°相位的那对桥臂序号之后，则三相主回路电压为正序，反之为负序。最终确定了同步信号是哪一相的自然换相点，并确定了相序。同步信号过零中断应该触发的一对桥臂由上述方法确定，其它5路同步信号可利用定时器将工频六倍频，并由定时器中断产生，触发次序由已确定的相序决定。触发时刻由控制系统给定并经过计算转化为定时器延时中断来实现。

由于同步信号与主回路电压的相位关系是30°的整倍数，由电流峰值时间推算同步信号与主回路电压相位关系时，只要负载阻抗角不小于70°，都可以正确判断，但负载阻抗角较小，如小于65°，加上采样测量及定时器误差，会引起相位关系的误判。

Claims (5)

1.一种相序自适应式相控整流器，它的主回路包括主变压器B、电流互感器LG、可控硅全控整流桥、触发控制器，其特征在于：它还设有一个同步信号生成电路，所述同步信号生成电路由运算放大器U1、U2、U3、可调电阻VR1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R6、R7、电容C1、C2组成，运算放大器U1接成跟随器电路，其正相端经电阻R1、R2组成的电阻分压电路连接220V单相电源，输出端同时接运算放大器U3和U2的正相端，运算放大器U2和U3的输出端分别经电阻R8、R7接主回路触发控制器的外部中断管脚，它们的负相端接地，电阻R4、电容C1组成滤波电路，接在U3的输入端，可调电阻VR1、电容C2组成移相电路，接在U2的输入端。

2.根据权利要求1所述的相序自适应式相控整流器，其特征在于：上述相序自适应式相控整流器，所述触发控制器由CPU、信号输出电路U4、脉冲变压器TR1、电流互感器HG组成，其中，CPU的P0.1、P0.2分别接同步信号生成电路的两路中断信号INT1、INT2，CPU的输出端P2.2接信号输出电路U4的信号输入端，后者输出连接脉冲变压器TR1，脉冲变压器的输出接至可控硅SCR的触发极，电流互感器LG整流后的直流信号接至CPU的P1.1端，给定信号接至P1.2，信号输出电路U4采用达林顿管芯片。

3.根据权利要求2所述的相序自适应式相控整流器，其特征在于：在运算放大器U2和U3输出端与触发控制器外部中断管脚之间接入光耦隔离器。

4.根据权利要求3所述的相序自适应式相控整流器，其特征在于：在电阻R2上并联电阻3。

5.根据权利要求4所述的相序自适应式相控整流器，其特征在于：上述相序自适应式相控整流器，运算放大器U1的正相端用同步变压器代替电阻R1。

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