Устройство для фазового управления вентильным преобразователем

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕСЖРАЗОВАТЕЛЕМ по авт.св. № 926753, отличающееся тем, что, с цепью повышения точности отработки сигнала управления в переходных режимах, в него введены датчик состояния вентилей, два функциональных преобразователя, два сумматора, блок выборки-хранения, блок перемножения и ключ, седьмой вход компаратора , причем выход датчика состоя ,ния вентилей соединен с управляющим . входом ключа и входом первого функционального преобразователя, которого подключен к первому входу первого , сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, к которому подключен управляющий вход блока выборки-хранения , выход первого сумматора соединен с первым входом блока перемножения , выход которого через ключ соединен с седьмым входом компаратора, причем второй вход блока перемножения соединен с выходом второго сумматора, первый вход которого через блок выборкихранения соединен с выходом источника са управляющего напряжения, а второй, третий и четвертый входы второго сумматора соединены свыходами интегратора, а также первого и второго коммутаторов.

„„SU„„1026281, A

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (д ) Н 02 P 13/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 926753 (21) 3396062/24-07 (22) 1 8.02.82 (46) 30.06.83. Бюп. No 24 (72) А. Г, Грабовецкий (71) Новосибирский электротехнический институт (53) 621.314.27 (088.8) (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФАЗОВОГО

УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ по авт.св. % 926753, о т и и ч а ю ш е е с я тем, что, с цепью повышения точности отработки снт нала управления в переходных режимах, в него введены датчик состояния вентилей, два функциональных преобразователя, два сумматора, блок выборки-хранения, блок перемножения и ключ, седьмой вход компаратора, причем выход датчика состоя,ния вентилей соединен с управляющим . входом ключа и входом первого функцио- нального преобразователя, выход которого подключен к первому входу первого . сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, к которому подключен управляющий вход блока выборки-хранения, выход первого сумматора соединен с первым входом блока перемножения, выход которого через ключ соединен с седьмым входом компаратора, причем второй вход блока перемножения соединен с выходом второго сумматора, первый вход которого через блок выборки хранения соединен с выходом источника д управляющего напряжения, а второй, тре- Е тий и четвертый входы второго сумматора соединены с выходами интегратора, а также первого и второго коммутаторов. С

281

40, 45

1 1026

Изобретение относится к преобразова- тельной технике и может быть испопьзоь вано дпя управления многофазными силовыми вентипьными преобразователями.

По основному авт.св. 14 926753 известно устройство дпя фазового управпения вентильным преобразователем, содержащее датчик выходного напряжения преобразователя, выход которого соединен с первым входом интегратора, выход ко- 30 торого через первый вход компаратора соединен с входом распределителя импупьсов, первые выходы которого через элемент ИЛИ соединены с входом сброса интегратора, источник управляющего напряжения и снабженное датчиками анодных напряжений вентилей, число которых равно числу вентилей, двумя коммутаторами и блоком ограничения углов управления, причем выходы датчиков анодных напряжений вентилей соединены с входами коммутаторов, выходы которых соединены с вторым и третьим входами компаратора через схему ограничения углов и с четвертым и пятым входами компара- 25 тора непосредственно, шестой вход компаратора подключен к выходу источника управляющего напряжения, выход второго коммутатора соединен с вторым входом интегратора, а вторые выходы распределителя соединены с управляющими входами KOMMVT870pOB

Недостатком известного устройства управления является низкая точность отработки сигнала управления в гереходных режимах при прерывистом токе нагрузки.

Бель изобретения — повышение точности отработки сигнала управления в переходных режимах, Поставленная цепь достигается тем, что в известное устройство дпя фазового управления вентипьным цреобразоватепем, введены датчик состояния вентилей, два функциональных преобразователя, два сумматора, блок выборки-хранения, блок перемножения и ключ, седьмой вход компаратора, причем выход датчика состояния вентилей соединен с управляющим входом ключа и входом первого функционального преобразователя, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ,к которому подключен управпяюший вход блока выборки-хранения, выход первого сумматора соединен с первым входом блока перемножения, выход которого через ключ соединен с седьмым. входом компаратора, причем второй вход блока перемножения соединен с выходом второго сумматора, первый вход которого через блок выборки-хранения соединен с выходом источника управляющего напряжения, а второй, третий и четвертый входы второго сумматора соединены с выходами интегратора, а также первого и второго коммутаторов.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - эпюры, поясняющие его работу; на фиг. 3 — диаграмма сигнала управления в переходных режимах при прерывистом токе нагрузки; на фиг. 4 и 5 — схемы функциональных преобразователей.

Устройство (фиг. 1 ) содержит tl датчиков 1-3 напряжений питания преобразователя, действующих в анодных цепях вентилей, где Р— число вентилей преобразователя, два и -канальных коммутатора 4 и 5 аналоговых сигналов, блок

6 ограничения углов управления вентилями„интегратор 7 со сбросом, датчик 8 выходного напряжения преобразователя, компаратор 9 сигналов, источник 10 управляющего напряжения, распределитель .

11 импульсов, элемент ИцИ 12, а также блок 13 выборки-хранения, два сумма- . тора 14 и 15, бпок 16 перемножения, ключ 17, два функциональных преобразователя 18 и 19 и датчик 20 состояния ве нти пей.

Входы датчиков 1-3 пнапряжений питания соединены с источниками упомянутых напряжений, а их выходы соединены с соответствующими входами коммутаторов 4 и 5. Выход первого коммутатора 4 соединен с первым входом бпока о

6 ограничения углов и четвертым входом компаратора 9, а также с третьим входом второго сумматора 14. Выход второго коммутатора 5 соединен с вторыми входами блока 6 ограничения углов и с втоpbllvf входом интегратора 7, а также спятым входом компаратора 9 и вторым входом второго сумматора 14, Первый и второй входы компаратора 9 соединены с выходами блока 6 ограничения углов, а его третий вход соединен с выходом интегратора 7. Выход датчика 8 выходного напряжения соединен с первым входом интегратора 7, вход управления сбросом которого вместе с входами управления блоком 1 3 выборки-хранения и второго функционального иреобразоватепя 1 9 соединен с выходом элемента ИЛИ 12. Выход источника 10 управляющего напряже3 10262 ния через блок 13 выборки-хранения соединен с первым входом второго сумматора 14, а так же непосредственно с шестым входом компаратора 9. Седьмой вход компаратора 9 соединен через ключ 17 с выходом блока 16 перемножения, вхо5 ды которого соединены с выходами первого и второго сумматоров 15 и 14. Входы первого сумматора 15 соединены с выходами первого и второго функциональ1О ных преобразователей 18 и 19, причем вход первого функционального преобразователя 18, а также вход управления ключом 17 соединены с выходом датчика

20 состояния вентилей. Выход компара15 тора 9 соединен с вхоцом распределителя 11 импульсов, первые выходы которого соединены с входами элемента ИЛИ

12, а вторые выходы соединены с соответствующими входами управления ключа20 ми коммутаторов 4 и 5. Причем входы управления ключа первого коммутатора 4., коммутирующего сигнал датчика напряжения питания, действующего в анодной цепи данного вентиля, и ключа второго

25 коммутатора 5, коммутирующего сигнал датчика напряжения питания преобразователя, действующего в анодной цепи вентиля, предшествующего по времени работы данному вентилю, соединены с одним и тем же выходом распрецелителя 11 импульсов.

Для уяснения сущности изобретения рассмотрим подробно процесс формирования опорного сигнала в известном устройстве для фазового управления. 35

При работе преобразователя в стационарном режиме при прерывистых токах нагрузки суммарный опорный сигнал для очередного вентиля на интервале бестоковой паузы определяется соотношением 40 (1). Обозначив через о(.. (9) текущее значение угла управления очередного вентиля, т.е. то значение угла управления, с которым может включиться очерецной вентиль, при выбранном начале отсчета времени в точке включения последнего вентиля можно эацисать

81 (2) где 0 (8) - фаэное напряжение вентиля, включенного последним. Тогда, с учетом пропорциональности сиг нала управления У р и среднего выпрямленного напряжения Ug в стациоиарном режиме, можно переписать (3) в виде (5) ж (et-e,< ьж (8) = и, < e - — (1)

Ю где ь (I(, (&) - текущее приращение угла управления по отношению к величине угла управления в стационарном режиме 0 О.

Определив из (1) текущее время 8 можно получить

Из сопоставления (5) и (6) следует, что

55 опорное напряжение U <що (6 ) в кажцый, момент времени не пропорционально той величине среднего выпрямленного напря« жения, которое будет иметь место на выu „(eI = — — „(E (— - а, ь в(8() б <11 О 0 а ) >"" (1(®" ) ) °

Разность между опорным и управляющим сигналами получается вычитанием

E rn

IJ (®- = — — 51n аС --)ол0 У0 (3) . -sin(at, üÊ(8I-)+ м(8(ЕО (.

Первая часть (3) есть не что иное, как величина, пропорциональная текущему значению приращения положительной вольтсекундиой площадки Ь (9) . выпрямленного напряжения, которое будет иметь место при изменении угла управления очередного вентиля по сравнению с его значением на предыдущем интервале дискретности.

Действительно Яе

> (8I=J (.8(8 Eq(38 и(.(.(..-" + ((6) — +in(d — " (e}, о

Однако среднее выпрямленное напряжение в переходном режиме складывается из суммы среднего напряжения ь стационарном режиме 0 ((и величины, про- порциональной приращениям как положительной части выходного напряжения о (8), которое является следствием

Еб изменения угла управления ко, так и отрицательной части выходного напряжения g (6), которое является следствием изменения угла выключения вентиля при изменении угла ere включения, т.е.

U8(8I=U> + (5 (8(8 (ei). (eI

1026281 ходе преобразователя, еспи включить очередной вентиль в этот момент времени. о

Поэтому преобразователь с известным устройством управления не позволяет по-. лучить малых ошибок при отработке изменений сигнала управления.

Дпя получения требуемой точности нуж но ввести в опорный (ипи управляющий сигнал) дополнитепьный корректирующий сигнал, величина которого была бы пропорционапьна величине 9 (@). Причем этот сигнал,:необходимо вырабатывать с упреждением, т.е. до того момента, как будет включен очередной вентиль.

Можно показать, что зависимость

6 =1 (О ) приближенно аппроксимируется следующей функцией:

5 (6) =-5 (81 .„ ехр (7}

Устройство с преобразователем, выпоп. ненным, например, по трехфазной нупевой схеме, работает следующим образом.

Эпюры приведены на фиг. 2, где Оап -. суммарный опорный сигнал; S+ - сигнап ограничения минимальной величины угпа управления; U - корректирующий сигнал на седьмом входе компаратора; Ууо сигнал управления; б3 — сигнал помехи по каналу управления, вызывающий огкпонение угла управления от стационарной величины 7 — сигнал на выходе схемы выборки-храйения; b - сигнад датчика состояния вентилей, длительность которого равна длительности проводящего соо-. тояния вентиля; 0 и ll - мгновенные значения сигналов на выходах первого и второго функциональных преобразователей;

"ео величина сигнала Ое во время бестоковой паузы;. U и Us - сигналы на выхрдах первого и второго .сумматоров соответственно; о .и h g - угол управления и дпитепьность протекания тока вентиля соответственно в стационарном режиме; Ь о о и а hо - приращения углов включения и выключения вентиля rlpH soaдействии помехи /VS, 5o и я@ -. вопьтсекундные площадки приращений положительной и отрицатепьной попуволн выпрямленного напряжения соответственно при изменении угла управления вентиля на величину {о; Q .- ЭДС нагрузки;

Ug u Ug - соответственно мгновенные значения выпрямленного напряжения встационарном и переходном режимах.

На приведенных эпюрах рассматривается работа цреобразоватепя в выпрями тельном режиме при прерывистых токах нагрузки в статике и динамике.

Выходные сигналы коммутаторов 4 и 8, пропорциональные напряжениям питающей сети, действующим в анодных цепях соответственно данного и предыду- . щего вентилей,, а также выходной сигнал интегратора 7, суммируясь на соответст вующих входах компаратора 9, образуют суммарный опорный сигнап U оп {фиг.26).

Этот опорный сигнал в сумме с импульсами бпока 6 ограничения углов 5+ и 8 сравнивается с суммой корректирующего U g и управляющего сигнапов Ygo.

В момент равенства этих сигналов компаратор изменяет свое состояние, по

f0 фроиту этого сигнала вырабатывается импульс управления и подключается раопредепитепем .11 импульсов к очередному вентилю. Одновременно сигналами с до» попнитепьных выходов распределителя 11 переключаются ключи коммутаторов 4 и

5.

Сигналы с выходов коммутаторов, суммируясь с выходным .сигналом инте. гратора 7 сумматором 14, так же пред25 ставпяют собой суммарный опорный сиг иап 0qq . Выходной сигнал сумматора

14 0,5 (фиг.2в) представляет собой раз ность суммарного опорного сигнала Ц п и сигнала с выхода блока 13 выборки30 хранения V> . Сигнал У> равен значени|о сигнаца управления Yg в момент rege

: рации импульса уцравлення очередным вентилем 5о, которым управляется блок, 13. Как следует из сООтнОшений (3) и (4) ю сигнал Ц { &) цропОрционален йе» дичине возможного приращения положи.тельной вольт-секундной площадки вы прямпенного напряжения о+(8), т.е.

0 (9) = ь (e).

u„= exp("0/ ат,3

:(9) :(М

Cap a Ug по тупает на первый вход блока 16 перемножения, на второй вход которого поступает сигнал с выхода пер45 . ВОгО сумматора 15 М (f (фире 2ж) ° Этот сигнал .представляет собой сумму выходных сигналов первого и второго функциональных преобразователей 18 и 19 соответственно (фиг. 2д,е). Функциональный преобразователь 18 преобразует длительность сигнала датчика 20 состояния вентилей Ь {фиг.2г) в напряжение Ugo,, вепичина которого пропорциональна экспоненциапьной функции длительности имцущ са тока последнего работавшего вентипя î rе7 10262

Функциональный преобразователь 19 преобразует временной интервап, отделяющий данный момент времени от момента вкпючения последнего вентипя, в напряжение, закон изменения котарого можно записать при начапе отсчета времени в точке вкпю чения иоспеднего вентиня как

И,(81-.—,„ (е-—

Таким образом, сигнал на выходе второго сумматора можно записать на интерва» ле бестоковой паузы как

U>(881=- =. 8- — <«p . (11) 10

UÄ(8)=-О О =& (8) 8- — Ехр

Ф « ь

2 Ca3Tg 4 н

u„(s) =s (Ж (1 3).

Таким образом, на интервапе бестоковой паузы корректирующий сигнап пропорционапен тому возможному приращению отрицатепьной вольт-секундной ппошадки выпрямленного напряжения, которое будет в спучае риращения положительной вопьт-секундной ппощади выпрямпенного

40 напряжения 5+ (8).

Функционапьный преобразоватепь 18 может быть, например, выпоцнен согпас . но функционапьной схеме, которая приде на фиг 4 Функциона пыл и преоб 6. 45 разоватепь содержит источник смешения

ИС, дда ключа Кl и К2, сумматор CN u

RC-цепочку с постоянной времени

"0a = УО50

В то же время в стационарном режиме сигнал с выхода бпока выборки-хранения

I 10

Поэтому в момент генерации импупьса

Тогда корректирующий сигнап lJ к, который представпяет собой выходной сигнац блока перемножения, подкпючаемый ключом 17 (фиг.1} к седьмому входу компаратора (фнг. 2з), представляет собой временную функцию вида (12)

Соотношение (12) с учетом (7) и (1) можно записать в виде =RC =Тн.

Напряжение источника смешения V подкпючается. к QC-цепочке ключом Кl, уп« равпяюшим сигналом Ъ . В течение ин: тервапа протекания тока нагрузки A ь. емкость С заряжается до напряжения

v, =н,(1-exp(- (т,11 (14) 81 8

В момент окончания тока нагрузки кпюч

К1 размыкается и на кондейсаторе запоминается напряжение 0, Сигнап с выхо» да сумматора i е опредепяется, таким, образом, на интервапе бестоковой паузы соотношением о,-ч,-, - V< exp(" lит„Д. <1q>

В момент генерации очередного импульса управпения Бо сигнал, накопйенный конденсатором, сбрасывается до нуця кпючом К2 и процесс повторяется снова.

Функционапьный преобразоватепь 1 9 может быть выполнен, например, согпас-, но функциональной схеме, которая приведена на фиг. 5. Функционапьный преобразоаатепь содержит источник смещения ИС, интегратор со сбросом И, сумматор СМ.

8 момент генерации импульса управления, оцредепяемого импупьсом очередного вентиля 5о, происходит обнупение выходного. сигнапа интегратора 0> . Интегратор, производя интегрирование постоянного сигнаца смещения, формирует на выходе напряжение, которое пикейно зависит от време.ни (gal e . (16)

60TH-

Выходной сигнап сумматора СМ Ug определяется соотношением

Рассмотрим подробнее работу предпагаемого устройства управления s стационарном и переходном режимах работы преобразователя.

Прн работе преобразоватепя в стаIlHoBapHoM режиме (фиг.2, спева) в момент генерации импульса управпения кор. ректируюший сигнап равен нупю, поскопь ку равен нупю сигнал Ug с выхода сумматора 14 (фиг.2в,з). Действитепьно, в стационарном режиме в момент генерации . импупьса выпопняется равенство

g 1 026281 10

И силу этого в стационарном режиме ра- а угол выключения вентиля изменяется на бота предлагаемого устройства ничем не величину ь9о при изменении угла управотпичается от работы известного, отпи- пения на. вепйчину Aof (фиг.2a). чие проявляется при работе преобраэова- Предположим, что рас )матриваемый теля в переходном режиме. интервал дискретности оканчивается в

Пусть на сигнал управления в некото- момент времени и —" +д К„где АЫ рый момент времени накпадывается сиг«отклонение момента включения очередно» нал, помехи величиной A V) (фиг.26), ко- го вентиля от стационарного значения. торый, вызывая отклонения угла управле- В момент генерации очередного импульса, ния очередного вентиля на величину Ас(о ð уцравпения выполняется равенство (фиг.2а), затем становится равным нулю.

Система в дальнейшем совершает сво- О,„I )i

8 =- — h(g бодное движение. л

В стационарном режиме корректирующий сигнал на интервале бестоковой пау- >5 - ур К Й

8= — 4 5 С ° зы определяется .соотношением М

С учетом (8) после некоторых преобразований получается

U (el =V — — " х

8- — "the, " "оМ У

К

25 . е

Со5 (,Фо-- 1- E x,66 Ехт йо 7 -6К . аМ

)t 3 +3 Х

V =Ч вЂ” — — ьб о со5 Фо- — 1 -Ео) х

Y i (р k 2ц о о т (,-., .,р(%,„), (2) х 4Ехр ОИу (20) Подставляя (23) и (24) в (22), можно

40 получить уравнение

На следующем за отклонением угла управления интервале дискретности (фиг, 2a) корректирующий сигнал определяется со45 гласно выражению (- я. — — ьк, 1-ехр (- О// 7 1 х

"о ï

E м )и )л

g- — -6<о о Ы 2ы н х Со )Хо „„-E о =О

S0 откуда следует, что (фиг.2а)

=О.

ЯОФЬ%0 Ьж uм(8) ч (21) (2В) При сравнении (25) с (8) видно, что предлагаемое устройство существенно

Ы увеличивает точность отработки сигнала управления в переходных режимах преобразователя по сравнению. с основным устройством и позволяет получить ошибпоскольку блок выборки-хранения фиксирует для этого интервала дискретности напряжения

1 ч.= чм

B. момент генерации импульса управления при воздействии сигнала помехи выпопня ется условие

v„, v« v, tu".(e)-u„)elj

Е=, ) о (1g)

Подставляя в (19) (18),с учетом малос- . ти а с(о, пренебрегая членами второго порядка малости, можно получить

30 Подставляя в (21 ), (28) и (20) при

2.

+ Ь М 4» мОжно ПОпучить

))««"»)) < =Ä @ (cow(»« - — )-E ) »

35 К 8-21+Ы Ко Я

11 10 ку, равную нулю уже в конце первого интервала дискретности.

Из эпюр напряжений (фнг, 2) видно, что указанный эффект достигается тем, что в перекодном режиме корректирующий сигнал изменяет вепичнну унравпяющего напряжения в момент генерация очередно1 о импульса. Прн этом генерация импульса управления уже в конце первого интервала дискретности переходного про

mecca происходит в момент (заранее, с . 0

26281 12 упрежденнем), вычисленный прн формнрованкн сигнала коррекцнн таким образом, чтобы сделать ошибку в отработке снгнапа управпення равной нулю. По сравнению с базовым объектом предлагаемое устройство существенно уменьшает ошибку в отработке сигнала управпення в переходных режимах, поскольку она не содержит интегрнрующего звена в канапе

10 управпення, наличие которого вносит инерцню в тракт управпення н прнводнт к значнтепьным дннамнческнм ошибкам.

Щс/Г. 5

Составитель Н. Савинова

Редактор В. Петраш Техред Л.Пекарь Корректор О. Билак

Заказ 4573/47 Тираж 687 Поддисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 финал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4