Способ управления @ -фазным преобразователем на полностью управляемых вентилях

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советским

Социалистическим

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 23.12. 81;:(21) 3367198/24-07 (54) М.3(gg з с присоединением заявки М—

Н 02 P 13/16

ГосударсТвенный комитет

СССР ио делам изобретеиий и открытий (23) Приоритет— (53) УДК 621. 316.. 727 (088. 8) Опубликовано 15,03.83. Бюллетень йо 10

Дата опубликования описания 150383 (72) Авторы изобретения

С.Н.Сидоров и В.Ф.Ваничкин.1

1 ."

1 ульяновский политехнический институт— (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ m-ФАЗНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

HA ПОЛНОСТЬЮ УПРАВЛЯЕМЫХ ВЕНТИЛЯХ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении зависимыми сетевыми преобразователями, выполненными на полностью управляеьых вентилях (двухоперационных и комбинированновыключаемых тиристорах или транзис-торах), а также аналогичными преобразователями на однооперационных тиристорах с искусственной коммутацией.

Известен способ уцравления пре- . образователями указанного типа с многократным включением каждого вентиля

Ф на периоде сетевого напряжения, заключающегося в том, что половину всех включений вентиля на периоде производят в моменты равенства управляющего и опорных напряжений в диапазоне отстающих относительно точек естественной коммутации углов управления, а другую половину включений — в диапазоне опережающих углов управленияИ3.

В результате достигается улучшение энергетических -показ ателей преобразователя 2 .

Недостатком этого способа является недоиспользование .динамических воэможностей полностью управляемого вентильного преобразователя, в результате чего частотная полоса про- пускания данного устройства как и преобразователей с естественной коммутацией ограничена частотой напряжения сети и скоростью изменения опорных напряжений. Расширение полосы пропускания в рамках данного способа удается достичь лишь при уве- . личении числа переключений вентиля на-периоде, что ведет .к увеличейию коммутационных потерь и, соответственно, к снижению КПД преобразователя.

Цель изобретения -- расширение частотной полосы пропускания при сохра- ненни высоких энергетических показателей преобразователя.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу в качестве опор-. ных напряжений используют две последовательности противоФазных опорных напряжений, выделяют интервалы воз-

",растания н убывания управляющего напряжения, на интервалах возрастания управляющего напряжения первую поло. вину общего числа включений каждого вентиля на периоде сетевого напряжения производят в моменты равенства

ЗО этого напряжения с последовательнос1005268 тью убывающих опорных напряжений в диапазоне отстающих углов управления

2% 2Й

1ии (" )- 1к ти где 1 1,...,n при этом вторую половину включений вентиля произнод т в 5 синхронизируемые напряжением сети тактовые моменты в диапазоне опережающих углов где k n+1,...,2n, а на интервалах уменьшения управляющего напряжения первую половину включений каждого вентиля производят в синхронизируемые напряжением сети тактовые моменты в диапазоне отстающих углов . 2:1Г аъх= . (к-1), где k l,...,n, при этом вторую половину включений вентиля произ, водят в 79 моменты равенства управляющего напря-. жения с последовательностью возраста- ющих опорных напряжений в диапазоне опережающих углов управления

25 к

- 4К- Г (— -1), где К =1,...,И.

В этсм случае выключения вентиля производят B моменты равеHGTва управляющегб и опорных напряжений. Эти выключения также совпадают во времени с включениями вентиля в другой фазе где kn+1, ..., 2 и .

На фиг.1 приведены временные диаграммы выходного напряжения (а), опорного и произ вольно изменяющегося управляющего напряжений (б), иллюстри-. рующие работу трехфазного преобразователя в соответствии с известным способом управления а также диаграм3 мы аналогичных напряжений (в,.г), Ç5 вместе с графиком функции знака первой производной управляюцего напряжения St/ u dQ (dh(p,,(, поясняющие сущность изобретения. Реализация способа управления может быть осуществле- 4Q на с помощью преобразователя и цепей управления, изображенных на фиг.2.

На фиг.3 представлены диаграммы вы-; ходного (а), управляющего и опорного (а,в) напРяжений, а также упРавляю- 45 щих импульсов (д, е, ж), поясняюцие работу устройства.

Определение моментов включения (выключения) вентилей осуществляется на укаэанных графиках путем отыскания 5О пересечений кривых управляющего О» и опорных (Зо„,напряжений. Из фиг. 1 (а,б) следует,что при известном способе управления существует некоторая критическая скорость изменения управляющего сигнала, после превышения которой преобразователь теряет управляеМОСТ0.

Поэтому известный способ управления существенно недоиспользует дина-. мические возможности полностью управ- 60 ляежих преобразователей.

Предлагаемяй способ управления обеспечивает возможность формирования управляющих импульсов при любой скорости изменения управляющего сиг- 65 нала. Для этого, как следует из диаграмм фиг. 1 (в, г, д), используются две последовательности опорных напряжений, изменяющихся по отношению друг к другу в противофазе. При этом сравнение управляющего напряжения производят с последовательностью убывающих опорных напряжений, если управляющее напряжение возрастает Ь1ци 00у(й= )либо с последовательностью возрастающих опорных напряжений, если управляющее напряжение уменьшается (щ.и1 Щу 1).В случае, еслиМци О Щ1, первую половину общего числа включений каждого вентиля на периоде сетевого напряжения осуществляют в моменты равенства управляющего и опорных напряжений. ,Так как при этом используется после-, цовательность убывающих опорных напряжений, включение вентиля происхо- . дит в, диапазоне отстаюцих относительно точек естественной коммутации углев управления

Жь 2Д к- ») С»к» К, ann где,в — число фаз преобразователя со стороны питающей сети, 2И - общее число включений. вентиля на периоде сетевого напряжения н сЛучае изменения управляющего сигнала в одну сторону, k=1,..., И вЂ” порядковый номер включения вентиля на периоде напряжения сети.

В этом случае выключения венТиля производят в тактовые моменты, синхронизированные с напряжением сети.

Эти выключения совпадают во времени с включениями вентиля н другой фазе преобразователя н области опережаюцих углов

2Л

0L = — — (bu-l()

Я.К 1ир ( где К= +1, ..., 2И

Таким образом, если первая половина общего числа включения каждого вентиля на периоде сети производится с отстающими углами управления, зависящими от управляющего сигнала, то вторая полонина включений производится в тактовые моменты н области опережающих углов с(„«О.

В противоположном случае при

В1(рЩ(И -1 первую половину обцего числа включений вентиля на, периоде сетевого напряжения осуществляют в тактовые моменты времени н области отстающих углов

10052б8 преобразователя. Так как теперь для сравнения с управляющим напряжением используется последовательность возрастающих опорных напряжений, включения последнего происходят в диа.— пазоне опережающих углов управления. 5

+ - (4К- (— - )

2 К

И I где К= И+1,...,2И-.

Таким образом, теперь первая поло- g вина общего числа включений каждого вентиля на периоде сети производится, в тактовые моменты в области отстающих углов с(> 0, а вторая половина включений — в диапазоне опережающих углов управления 44р0 зависящих от управляющего сигнала.

В результате, как это видно иэ диаграмм (фиг. 1 в, r) управление преобразователем становится возможным на частотах, превышающих частоту сетевого напряжения. В отличие от известного способа .управления фиг. 1 (а, б) предлагаемый способ обеспечивает воэможность отработки пре. образователем управляющих сигналов, изменяющихся со скоростью, :превышающей скорость изменения во времени опорных напряжений,, -Реализация данного способа управ- ЗО ления может быть осуществлена, например, с помощью преобразователя, восполненного по трехфазной (m =3) нереверсивной схеме выпрямления с нулевым выводом на базе двухопераци- 35 онных тиристоров и устройства управления фиг.2. Число переключений тиристоров на полупериоде сетевого напряжения принимается yl =2. Устройство управления тиристорами содержит 4g задатчик 1 управляющего напряжения, выход которого связан со входами фазосдвигающих блоков 2 и 3. Второй вход фазосдвигающего блока 2 связан с выходом генератора 4 опорного напряжения, а второй вход фазосдвигающего блока 3 связан с выходом генератора 5 опорного напряжения. Своими синхронизирующими входами генераторы

-4 и 5 подключены к питающей сети. Выходы б, 7 и 8 фазосдвигающего блока

2 и выходы 9, 10 и 11 фазосдвигающего устройства 3 связаны со входами импульсного селектора 12. Вход 13 селектора связан с выходом формирователя 14 тактовых импульсов. Своим синх-55 ронизирующим входом формирователь 14 также связан с питающей сетью. Вход

15 селектора связан с выходом дифференциатора 16, вход которого связан с выходом задатчика, управляющего 60 напряжения. Выходы 17, 18 и 19 селектора связаны с управляющими входами силовых тиристоров преобразователя.

Управление преобразователем производится следующим образом. 65

Подаваемое на вход фаэосдвигающего блока 2 напряжение управления сравнивается с последовательностью убывакщих опорных напряжений фиг.3 (б). В моменты равенства указанных напряжений на выходах б, 7 и 8 формируются кратковременные управляющие импульсы (фиг.3 ж). В фаэосдвигающем блоке 3 управляющее напряжение сравнивается с последовательностью возрастающих опорных напряжений (фиг. Зв).

В.моменты равенства этих напряжений управляющие импульсы формируются на выходах 9, 10 и 11 (фиг.Зз). Перед тем, как попасть на управляющие электроды, указ анные импульсы поступают на входы импульсного селектора 12.

Кроме импульсов, фаэовое положение которых зависит от управляющего напряжения,. на вход 13 селектора с выхода формирователя 14 поступают тактовые импульсы, фаза которых синхронизирована сетью (фиг. 3 д).

На. Управляющий вход 15 селектора поступает сигнап функции знака пронз.водной управляющего напряженияВфИ (фиг.3 г) . С помощью этого сигнала осуществляется запрет или разрешение на прохождение импульсов через селектор. При положительном знаке производной управляющего напряжения

ВЩЪ = 3 .на выходы 17, 18 и 19

80 селектора поступают импульсы с выходов 6, 7 и 8 фазосдвигающего блока

2. Эти импульсы используются для за-. пирания работавшего до этого момента тиристора и одновременно для от пирания тиристора в другой фазе пре-. образователя в диапазоне отстающих углов Tt 1 — (к-1) М вЂ” К Ъ - -N. Ъ где k =1, 2.

Крове указанных импульсов на . выходы селектора поступают тактовые импульсы, которые также кроме эапирания работавшего .тиристора используются для отпирания тиристора в другой фазе в моменты времени при (к. = - ЦЪ(6-К), где К =

3, 4 (фиг.3 е).

При отрицательном знаке производной управляющего напряженияури - ф-=-1 на выходах 17, 18 и 19 селектора начинают выделяться управляющие импульсы, поступающие с выходов 9, 10 и 11 фазосдвигающего блока 3. Теперь эти импульсы кроме запирания работавших тиристоров используются для отпирания других тиристоров в диапазоне опережающих углов

-1t: А -Ii + — (« - — 3)

2. .где К= 3, 4.

Поступ авшие на выходы селектора т актовые импульсы т акже кроме э апирания используются теперь для отпирания

1005268

2ю (- „ви

Формула изобретения других тиристоров н тактовые моменты и области углов

К "эк "-" ); где К= 1, 2 (;см.фнг.3 e).

В результате форма выходного напряжения преобразователя имеет вид фиг.3 а. Из укаэанной диаграммы выходного напряжения видно, что работа преобразователя происходит при чередовании ныпрямительного и инверторного режимон, при этом среднее выходное напряжение (гладкая составляющая ) изменяется по закону управляющего воздействия.

Таким образом, в отличие от .из- . вестного данный способ. управления обе спе чин ает более полное использованиее динамических свойств полностью управляемых вентилей, не требуя для этого специального увеличения часто- 20 . ты коммутаций. Достоинством этого способа являются предельное быстро действие и симметричность реакции преобразователя на возрастание и убывание упранляющего воздействия. Дан- 25 ный способ управления .может обеспечить значительное расширение частотной полосы, пропускания зависимых сетевых нентильных преобразователей и тем самым приблизить их динамичес- 30 кие свойства к свойствам широтно-импульсных преобразователей со зненом постоянного тока.

Применение данного способа наиболее целесообразно в областях, где к у преобразователям наряду с требованием двустороннего обмена энергией .сети и нагрузки предъявляются высокие требования н части динамических и энергетических показателей, Способ управления Е -фазным преобразователем на полностью управляемых 45 вентилях, заключающийся в том, что сравнивают управляющее и опорные напряжения и н момент их равенства включают вентили в течение периода напряжения питающей сети, о т л и — 50 ч а ю шийся тем, что, с целью расширения частотной полосы пропускания управляющего воздействия при сохранении высоких энергетических показателей преобразователя, в ка- 55 честве опорных напряжений используют две последовательности противофазных опорных напряжений, выделяют интерналы возрастания и убывания управляюще-, го напряжения, на интервалах возрастания управляющего напряжения первую половину общего числа включений каждого нентиля на периоде сетевого напряжения производят в моменты равен-. ства этого напряжения с последовательностью убывающих опорных напряже-. ний в диапазоне отстающих углов управления жс Ы И (К-" - к wlH где К =1,...й, при этом вторую половину включений вентиля производят н синхронизируете напряжением сети тактовые моменты в диапазоне опережающих углов . где. КИ+1, ..., 2N, а на интервалах уменьшения управляющего напряжения первую половину включений каждого вентиля производят в синхронизируе-, мые напряжением сети тактовые моменты в диапазоне отстающих углов

2Г

4-к- „(k 1) при К=1, ...,н, при этом вторую половину включений вентиля производят в моменты равенства управляющего напряжения с последовательностью возрастающих опорных напряжений в диапа,зоне опережающих углов управления

Га Й1 (k

- "- 4К= т (— - ).

Ф при К = 8+1, ..., 2п, где Ф - число фаз преобразователя со стороны питающей сети, 2И. — общее число включений вентиля на периоде сетевого напряжения в случае изменения управляющего сигнала в одну сторону, К= 1,..., и - порядковый номер включения вентиля на периоде напряжения сети.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Рутманис Л.A., Дрейманис Я.JI., Аржанин О.И.. Способы управления преобразователями частоты. с непосредственной связью и искусственной коммутацией, Рига, "Зинатие", 1976,с.105, 142.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 404171, кл. H 02 P 13/16, 1971.

1005268

c) 1005268

8) г) йю

U6

U„

Ug

Уу

Йо

U»

Uiy

U1Ч

Цу

Составитель A.Ïðèäàòêoâ

Редактор А . Доли нич Техред K . .Мыцьо Корректор C.Øåêìà

Заказ 1922/75 Тираж б85 Подписное

ВННМрН Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, z-35, Раушскай наб., д.4/5 филиал ППП "Патент", r.ужгород, ул.Проектная, 4