NL8000852A - Stuurinrichting voor een driefasige thyristorketen. - Google Patents

Description

803063/Ti/AA/vL * -1-

Aanvraagster: LA TELEMECAHIQUE ELECTRIQUE, te UANTEERE, Er ankrijk Korte aanduiding: Stuurinrichting voor een driefasige thyristorketen

De uitvinding heeft betrekking op de sturing van driefasige thyristorketens, zoals cmzetters, gradatieketens en andere die gesynchroniseerd moeten worden met een draaistrocmnetwerk met een vaste frequentie van 50 Hz of 60 Hz of in het geval van besturing van meerfasige asynchro-5 ne machines met rotorwikkeling door middel van een draaistroomspanning met een continu variabele frequentie (bij voorbeeld in de orde van 35 tot 65 Hz), met een constante verhouding tussen de amplitude en de frequentie.

Dergelijke stuurinrichtingen hebben vaak drie ketens, waarvan elk 10 bedoeld is cm de ontsteking van een stel thyristors te besturen en bestaan in hoofdzaak uit een tussen twee fasen van de synchronisatiespanning aangesloten êên-fasige transformator, een zaagtandspanninggenerator werkend op de frequentie van de synchronisatiespanning, of elk ander middel zoals een 90 °-f as ever schuiver, waarmee uitgaande van de synchronisatiespanning 15 een hulpspanning wordt verkregen, die steeds gedurende elke halve periode van de synchronisatiespanning in dezelfde richting varieert, een amplitudevergelijker, die de voorflanken van rechthoeksgolven afgeeft steeds wanneer de amplitude van de hulpspanning gelijk is aan de amplitude van een continue stuurspanning, welke naar de vergelijker gevoerd wordt en filter-20 ketens voor modellering en versterking.

De uitvinding beoogt o.a. de vereenvoudiging van dergelijke inrichtingen en hen te laten bestaan uit een enkele eenfasige transformator, een enkele zaagtandgenerator en een enkele amplitudevergelijker, die uitgaande van elk van de door deze vergelijker afgegeven voorflanken van 25 rechthoeksgolven een reeks van 6 impulsen verschaffen, die geschikt zijn cm naar de stuur ingangen van de thyristors gevoerd te worden.

De verschillende oplossingen die voorgesteld zijn om dit probleem op te lossen en die bij voorbeeld het gebruik van een faseverwerkingslus gebruiken met een EXCLUSIEVE OF-poort gevolgd door een Johnson teller, 30 vertonen nadelen en leiden tot relatief complexe ketens, welke o.a. niet geheel betrouwbaar zijn indien de synehronisatiefrequentie variabel is.

De uitvinding beoogt deze nadelen op te heffen door middel van een stuur inrichting-van de bovenbedoelde soort in welke de door de amplitude- 8000852 -2- * vergelijker af gegeven voorflank naar een fasevergelijker van een fase-verwerkingslus worden gevoerd, welke laatste verder de uitgangsfrequentie van een als frequentiedeler werkende teller ontvangt met als kenmerk, dat de teller is ingericht cm de frequentie van een in de lus opgencmen span-5 ning gestuurde oscillator door 6 te delen en voor het afgeven op drie uitgangen van drie telgegevens met resp. gewichten 1, 2 en k in binair gecodeerde decimaalvorm, dat de telgegevens in een decodeerketen gedecodeerd worden voor het afgeven bij elke periode van zes opeenvolgende stuurkan-telen met elk een elektrische duur van 60° en die resp. naar zes bestuurde 1 o onderbrekers gevoerd worden voor het vrijgeven of blokkeren van de transmissie via zes vermogenversterkers, waarbij de signalen door een locale oscillator geleverd worden waarvan de frequentie veel hoger is dan die van de lusoscillator.

Verder is volgens een ander kenmerk van de uitvinding een flip-flop 15 tussen de uitgang van de amplitudevergelijker en een ingang van de fasevergelijker opgencmen voor het onthouden van de eerste door de amplitudevergelijker geleverde voorflank bij elk periode van de synchronisatie-spanning.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening.

20 Fig. 1 toont een eerste uitvoeringsvom van de uitvinding; fig. 2 toont signaalvormen die de werking van de inrichting volgens fig. 1 illustreren en, fig. 3 toont een deel van een andere uitvoeringsvorm.

De inrichting volgens fig. 1 is bedoeld cm aan een driefasige 25 thyristorketen zés ontstekingsstuurpulsen te leveren die op de zes resp.

uitgangen van de inrichtingen steeds 60° vertraagd zijn en ten opzichte van de ingangsynchronisatiespanning f onderling met een hoek verschoven zijn, waarbij deze hoek bepaald wordt door een variabele stuurspanning U .

c

De bestuurde thyristorketen, die geen deel uitmaakt van de uitvinding, is 30 door middel van een thyristor Th aangegeven maar omvat in feite drie stellen thyristors.

De sinusvormige synchronisatiespanning f (signaalvorm b, fig. 2) wordt van het net afgetakt door middel van een enkel-fasige transformator 1, die tegelijkertijd als voedingstransformator dient voor de sehake-35 ling en die tussen twee fasen van de drie-fasige spanning (a, fig. 2) is verbonden. Een laagdoorlaatfilter 2 elimineert de parasitaire spanningen. Een bekende keten 3 modereert de filterspanning die aan haar uitgang in de 8000852 *

"V

-3- vorm van een rechthoekspanning (ct fig. 2) met frequentie f -verschijnt en die naar een zaagtandspanninggenerator k (d, fig. 2) met frequentie f gevoerd -wordt. Deze generator is van de tekende soort.

De zaagtandspanning wordt in een amplitudevergelijker 5 vergeleken 5 met de continue stuurspanning U ter verkrijging van een spanning welke een stijgende voorflahk heeft hij elke doorgang van de zaagtand door de waarde U waarbij deze doorgang optreedt met een vertraging Θ ten opzichte c van de nuldoorgang van f en welke een funktie is van U . Een monostahiele vibrator 6 modelleert en filtert het door de vergelijker 5 afgegeven 10 signaal ter afgifte van een rechthoeksignaal (e) welke naar een ingang van een fasevergelijker 7 wordt gevoerd. Een spanninggestuurde oscillator 8 voert haar uitgangssignaal met de frequentie F na’ar een door zes delende teller 9, welke enerzijds op haar drie uitgangen 91 - 92 - 93 in binair gecodeerde decimaalvorm tel-informatie, welke geschikt is om zes 15 stuurpulsen te verkrijgen, afgeeft en anderzijds een frequentie F/6 gelijk aan eenzesde van de uitgangsfrequentie van de oscillator afgeeft. Deze frequentie F/6 wordt naar de andere ingang van de vergelijker 7 gevoerd, waarvan het uitgangssignaal na gefilterd te zijn in 10 (laagdoorlaat-filter) voor het ëLimineren van ruis en de hogere frequenties, naar de 20 stuurspanningsingang van de oscillator 8 wordt gevoerd om deze voor de frequentie en dë fase te vergrendelen. Men verkrijgt aldus F = è f.

De uitgangen 91 - 92 - 93 van de teller 9 zijn verbonden met een decodeerketen 11 die de code 0 geeft indien de drie uitgangen van de teller 000 zijn, de code 1 indien de uitgangen van de teller 1.0.0 zijn, de 25 code 2 voor de uitgangen 0.1.0, de code 3 voor de uitgangen 1.1.0, de code ïl· voor de toestand van de uitgangen 0.0.1 en de code 5 voor de toestand van de uitgangen 1.0.1.

De rechthoekige uitgangssignalen met de frequentie 6 f, die naar de ingang van de teller gevoerd worden zijn in fig. 2 in f getoond, ter-30 wijl de toestanden van de uitgangen met resp. gewichten 1, 2 en h van de teller in £, h, i^ zijn getoond.

Het is duidelijk dat de code 0 tenslotte op een eerste uitgang van de decodeerketen 11 door een logisch 1 niveau op het moment Θ verschijnt, de code 1 met een logisch 1 niveau op een tweede uitgang op het moment 35 Θ + 60°, enz. totdat de code 5 op een zesde uitgang van de decodeerketen door middel van een logisch 1 niveau op het moment Θ + 300° verschijnt.

Een inrichting 12 met zes elektronische onderbrekers 120 t/m 125, 8000852 ï -h-.

die resp. "bestuurd worden door de zes uitgangssignalen van de decodeer-keten 11, zendt gedurende-de aanwezigheid van het logische 1 niveau op deze uitgangen pulsen met veel hogere frequenties dan 6 f, die door een als locale oscillator funktionerende multivibrator 13 worden afgegeven.

5 De uitgangssignalen van de inrichting 12 zijn resp. getoond in k, 1, m, n, o, jd, terwijl de door de multivibrator 13 geleverde signalen voorstelt.

Een inrichting is opgenomen om tijdens het onder spanning zetten-van de schakeling het in bedrijf te stellen en een logisch 0 niveau naar 10 de decodeerketen te voeren op een wijze waarbij de uitgangen gedurende de tijd, welke noodzakelijk is voordat de oscillator 8 haar stuurfrequentie bereikt, worden geblokkeerd. Deze inrichting maakt het door het al dan niet toevoeren van het niveau 0 naar de decodeerketen mogelijk cm de uitgangen te blokkeren of vrij te geven en dus de uitgangen van de schakeling 15 te blokkeren of vrij te geven. Als alternatief kan de inrichting 1¼ ingericht zijn cm de uitgangen van de decodeerketen vrij te geven gedurende een voorafbepaald aantal perioden van de synchronisatiespanning, waarbij het aantal evenredig zal zijn met de stuurspanning Uc· Het zal hiertoe voldoende zijn dat de inrichting 1¾ bij voorbeeld, een teller voor de perio-20 den van f heeft en die ingericht is cm een logisch 1 niveau te geven tijdens een telduur k f, waarbij k evenredig is met U . De fasevergelijker 7 c zal dan direkt de kanteelspanning met de frequentie f afkomstig van de inrichting 3 moeten ontvangen opdat de uitgangssignalen van de decodeerketen 11 tijdens de duur k f van hun vrijgave bij 0 = 0 starten cm ten 25 slotte de besturing van de keten Th met volledige golven te verkrijgen.

Terugkerend tot fig. 1 ziet men, dat de eerste uitgang 120 van de inrichting 12 met twee OF-poorten 1^0, 1^-5 is verbonden, dat de tweede uitgang 121 met de OF-poorten 1^0 en 1^1 is verbonden, dat de derde uitgang 122 met de OF-poorten iM en 1U2 is verbonden, dat de vierde uit- 30 gang 123 met de OF-poorten 1 h-2 en 1^3 is verbonden, dat de vijfde uitgang 12^ met de OF-poorten 1^3 en ïbb is verbonden en dat de zesde uitgang 125 met de OF-poorten 1½ en 1^5 is verbonden. Dit heeft als resul taat dat elk kanteelvormig stuursignaal, dat door tussenkomst van elk van de resp. vermogensversterkers 150 t/m 155 naar êên van de zes ingangen 35 van de schakeling Th gevoerd wordt, elektrisch met 120° ever eenkcmt, hetgeen de herkrijging van de stuursignalen van twee achtereenvolgende thyristors verzekert, welke herkrijging vereist is in een schakeling van deze soort.

.8000852 -5-

Als alternatief kan hetzelfde resultaat verkregen worden zonder OF-poort, door de inrichting 12 met zes wegen te vervangen door een dubbele inrichting met 2x6 wegen of door twee inrichtingen met zes wegen.

Hierna zal in detail de werking van de inrichting volgens fig. 1 5 en haar voordelen besproken worden.

Het blijkt dat de schakeling de uitvoering van een unieke inrichting voor driefasige ontsteking mogelijk maakt.

Bovendien verzekert de monostabiele vibrator 6 de juiste werking van de faseverwerkingslus (7 - 8 - 9 - 10) door onderdrukking van iedere 10 ongewilde oscillatie die op de door de keten 5 afgegeven stijgflanken aanwezig kunnen zijn in het geval dat de stuurspanning Uc snelle fluctuaties zou vertonen hetgeen hierna toegelicht zal worden.

De faseverwerkingslus is in de beschreven inrichting uitgevoerd als synchrone frequentiemultiplexer, d.w.z. om tussen twee achtereen-15 volgende stijgflanken vijf door de teller 9 afgegeven signalen tussen te voegen in de vorm van gecodeerde gegevens, die resp. 6o° verschoven zijn en uitgaande van de resp. parten 1, 2, 1* van de teller op de bovenbeschreven wijze verkregen worden.

Bij voorkeur bestaat deze lus uit de geïntegreerde keten no. ^0^6 20 van R.C.A., of uit een gelijkwaardige keten. Deze geïntegreerde keten omvat een door een spanning gestuurde ocsillator (8) een laagdoorlaat-filter (10), een eerste fasevergelijker met een EXCLUSIEVE OF-poort en een tweede fasevergelijker met een door de stijgflanken bestuurd numeriek geheugen. Het is deze tweede vergelijker die hier gebruikt wordt en de 25 ver gelijker 7 in fig· 1 vormt. Een opmerkelijke eigenschap van de lus is, dat, hoewel zij bestuurd wordt door de positieve flank van de stuurspanning (hier de door de flip-flop 6 afgegeven spanning), de cyclische verhouding . . van de genoemde spanning (welke hier zeer sterk variabel is) geen enkele invloed heeft op de werking van de lus.

30 Bovendien bestaat tijdens de werking van de lus volkomen overeen komst tussen de twee naar de ingang van de vergelijker gevoerde signalen, zodat de van de inrichting volgens fig. 1 afkomstige signalen tenslotte strikt dezelfde faseverschuiving vertonen ten opzichte van de synchroni-satiespanning f als het van de keten 5 afkomstige signaal.

35 O.a. wanneer de frequentie f variabel is, verandert de voedings spanning van. de oscillator, welke aan de uitgang van het laagdoorlaat-filter wordt afgenomen, zelf op een wijze dat de oscillator zich op een 8 0 0 0 S 5 2 « * - -6- frequentie 6 f vergrendelt, zodat geen enkel risico bestaat van ontgren-deling en dientengevolge van een verlies aan fase-informatie. Er wordt op gewezen dat de doorgang van een frequentie f van 50 a 60 Hz geen enkele regeling behoeft. Tenslotte kan de vergelijker 7 direkt met de 5 uitgang van de flip-flop 6 verbonden worden daar het geschikt is cm door een eenvoudige flank bestuurd te worden.

De inrichting- 12 heeft in samenwerking met de faseverwerkingslus het voordeel dat het direkt zes signalen afgeeft met strikt een duur overeenkomend met elektrisch 60° en die dus direkt door eenvoudige menging in 10 êên van de OF-poorten te gebruiken zijn. Deze signalen kunnen o.a. zeer eenvoudig door middel van de direkt met de inrichting 12 geassocieerde

B

locale oscillator versneden worden waarbij de aldus verkregen korte pulsen het in het bijzonder mogelijk maken het verbruik van de schakeling en-de afmetingen van de ontstekingstransformators te verminderen. Tenslotte 15 kan de inrichting 1^ zeer eenvoudig de uitgangssignalen van de schakeling vrijgeven of blokkeren en eventueel een commando voor gehele golven uitvoeren.

Zoals hierboven aangegeven vermijdt de flip-flop 6 de aanwezigheid van meerdere quasi-gelijktijdige flanken aan de ingang van de vergelijker 20 7· Dergelijke flanken zouden foute vergelijkingen met de door de teller 9 verkregen frequentie kunnen veroorzaken en daardoor een instabiliteit van de lus en de opwekking van foute stuursignalen.

In fig. 3 is een uitvoeringsvorm getoond, die in het bijzonder nuttig is indien de schakeling bedoeld is an met een variabele frequentie 25 te werken.

De schakeling is dezelfde als in fig. 1 met het verschil, dat de monostabiele vibrator 6 vervangen is door een D-flip-flop 60, de zaag-tandgenerator vervangen is door een integrator Uo van de soort als beschreven in de Franse octrooiaanvrage 78.3681*9 van 29 december 1978 ten 30 name van aanvraagster en dat het voorzien is van een vormingsketen 31 welke de uitgang van de keten 2 met de ingang R (voor het terugbrengen naar nul) van de flip-flop 60 verbindt en een niveau 1 geeft tijdens het optreden van de halve positieve golf van de draaispanning.

De integratorketen Uo geeft een faseverschuiving van 90° aan de 35 synchronisatiespanning (in het onderhavige geval een draaispanning met de vorm = k, waarin de pulsatie is en k een constante).

De uitgangsspanning van de keten Uo is, zoals aangetoond in voor- 8000852 Η -7- noemde octrooiaanvrage, onafhankelijk van de frequentie. Dit heeft tot gevolg, dat de vocrflahk van de van de amplitudevergelijker 5 afkomstige spanning een van de frequentie onafhankelijke hoekverschuiving Θ zal hebben.

5 De flip-flop 60 verandert steeds van toestand (-wisseling tussen de uitgangen Q en Q) -wanneer een positieve flank op haar klokingang Cl verschijnt.

De gegevensingang D van de flip-flop βθ ligt bij voorbeeld op het 1 niveau en heeft tot gevolg dat Q naar 1 gaat op het moment dat Cl naar 1 10 gaat wanneer de ingang R voor het naar de begintoestand brengen zich op 0 bevindt en dat Q naar 0 gaat wanneer R zich op het niveau 1 bevindt.

De van de keten 32 afkomstige blokspanning tijdens de positieve halve golf van de synchronisatiespanning brengt de flip-flop dus in de toestand Q = 0 en Q = 1, terwijl de stijgflank afkomstig van de verge-15 lijker de uitgangen wisselt tot Q = 1 en Q = 0.

Uiteindelijk vervult de flip-flop βθ net als de monostabiele multivibrator 6 in fig. 1 een geheugenfuhktie voor de hoek Θ, maar werkt voor een groot aantal frequenties.

Opgemerkt wordt dat in deze toepassingssoort met variabele frequen- ' 20 tie een voedingstransformator met vaste frequentie opgenomen moet worden naast de transformator 1 die de synchronisatiespanning levert.

8000852

Claims (6)

1. Besturingsinriehting vein een driefasige thyr i storketen omvattende een tussen twee fasen van een driefasige synchronisatiespanning verbonden enkelfasige transformator, middelen ter verkrijging van een hulpspanning met dezelfde frequentie en steeds variërend in dezelfde richting voor elke 5 halve periode van de synchronisatiespanning en uitgaande van de synchronisatiespanning een amplitudevergelijker, welke steeds de voorflanken levert wanneer de amplitude van de hulpspanning gelijk is aan die van een naar de vergelijker gevoerde continue stuurspanning, en middelen voor de omzetting van elk van de voorflanken in zes aangrenzende bloksignalen met elk 10 een elektrische duur van 6o°, waarbij de voorflank van de eerste van deze zes signalen samenvalt met de genoemde flanken, de omzettingsmiddelen een faseverwerkingslus omvatten met een fasevergelijker waarvan één ingang verbonden is met de uitgang van de amplitudevergelijker en waarvan de uitgang met de stuuringang van een spanningsgestuurde oscillator verbon-15 den is, de uitgang van de oscillator met de ingang van een als frequentie-deler werkende teller is verbonden, de uitgang van de teller met de andere ingang van de fasevergelijker is verbonden, met het kenmerk, dat de teller is ingericht cm de frequentie van de oscillator door zes te delen en op drie uitgangen drie telgegevens met resp. gewichten 1, 2 en k 20 in de binair gecodeerde decimaalvorm te leveren, dat de telgegevens in een decodeerketen worden gedecodeerd voor de afgifte van de zes bloksignalen en dat deze laatste resp. naar zes stuuronderbrekers gevoerd worden om de transmissie via de zes vermogensversterkers van door een locale oscillator geleverde signalen met een veel hogere frequentie dan 25 die van de oscillator van de lus vrij te geven of te blokkeren.

2. Stuurinrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt door zes OF-poorten, die door hun tussenkomst zes vermogensver sterkers verbinden met resp. de eerste en de tweede onderbrekers, de tweede en de derde, de derde en de vierde, de vierde en de vijfde, de vijfde en de zesde, en de zesde en de 30 eerste.

3. Stuurinrichting volgens conclusies 1-2, gekenmerkt door middelen ter blokkering of vrijgave van de uitgangen van de decodeereenheid gedurende de tijd bepaald door een stuursignaal. k. Inrichting volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de middelen 35 zijn ingericht voor het vrijgeven van de uitgangen gedurende de tijd, die 8000852 * -9- een geheel aantal perioden van de synchronisatiespanning cravat, waarbij het gehele aantal evenredig is met een stuurspanning.

5· Inrichting volgens conclusies 1-U, gekenmerkt door een tussen de uitgang van de amplitudevergelijker en een ingang van de fasevergelijker 5 verbonden flip-flop, welke is ingericht voor het doen onthouden van de. eerste door de amplitudevergelijker geleverde voorflank bij elke periode van de synchronisatiespanning.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de flip-flop van de D soort is, waarvan de klokingang verbonden is met de uitgang van 10 de amplitudevergelijker en waarvan de terugzetingang de synchronisatie-spanning ontvangt en dat de hulpspanning door een integratorketen wordt geleverd en door middelen om naar de terugzetingang een signaal met de logische waarde (1) te voeren bij het optreden van de halve negatieve 'golf van de synchronisatiespanning.

7. Inrichting volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de fasevergelijker van de numerieke geheugensoort is met golfflankkeuze. ψ 8000852