Устройство для управления трехфазным преобразователем частоты с непосредственной связью

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ ПО авт.СВ. 983971, отличающееся тем, что, с целью повышения надеж1 ости в работе преобразователя частоты путем улучшения качества регулирования в статических и динамических при изменяквцался входном напряжении, оно снабжено в кгикдой фазе двумя прямо пропорционально регулирующими элементами, интегрирующим звеном, компаратором, третьим детекторе, пятым, шестым и седьмым сумматоршхи и датчиксм напряжения, вход которого предназначен для соединения соответствуюацим выходом источника питающего напряжения, причем третий выход источника постоянного напряжения соединен с третьими входами пятого и шестого и с вторым входом седьмого сумматоров, соответствующий выход задающего элемента соединен через вгоад первого прямо ствуйщий выход задающего элемента соединен через первый вход первого прямо пропорционально регулирующего элемента с первым входом первого сумматора, вход третьего детектора предназначен для соединения с соответствукнцим выходом преобразователя частоты, а выход соединен с первым входом пятого сумматора, второй вход которого соединен с выходом компаратора , а выход через интегрирующее звено и первый вход шестого сумма (Л тора соединен с вторым входом первого прямо пропорционально регулируюс: щего элемента, выход датчика тока нагрузки соединен с первым входом компаратора и через первый вход второго прямо пропорционально регулирующего элемента - с пропорциональным звеном, а выход датчика напряжения подключен к второму входу второго регулирукицего элемента, а также к О) первому входу седьмого и к второму входу шестого сумматоров. со ND Ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО(.(ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А (19) (11) 3(51) H 02 P 13/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

) (61) 983971 (21) 3453506/07-24 (22) 1806,82 (46) 23,01.84. Бюл. М 3 (72) Е.A. Подьяков, В.В. Иванцов, В.В. Кожухов, С.A. Харитонов, Ю.Е. Семенов, И.В. Нежданов и И.И. Юхнин (53) 621 ° 314 ° 27(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 983971, кл, Н 02 P 13/16, 1981, (54) (57) CTPOACTBO ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ТРЕХФАЗНИ4 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЯ ЧАСТОТЫ

С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ по авт.es.

В 983971, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе преобразователя частоты путем улучшения качества .регулирования в статических и динамических реж(мах при изменяющемся входном напряжении, QHo снабжено в каждой фазе двумя прямо пропорционально регулирующими элементами, интегрирующим звеном, компаратором, третьим де ектором, пятым, шестым и седьмьм сумматорами и датчиком напряжения, вход которого предназначен для соединения соответствующим выходом источника питающего напряжения, причем третий выход источника постоянного напряжения соединен с третьими входами пятого и шестого и с вторым входом седьмого сумматоров, соответствующий выход задающего элемента соединен через вход первого прямо ствующий выход задающего элемента соединен через первый вход первого прямо пропорционально регулирующего элемента с первым входом первого сумматора, вход третьего .детектора предназначен для соединения с соответствующим выходом Преобразователя частоты, а выход соединен с первым входом пятого сумматора, второй вход которого соединен с выходом компаратора, а выход через интегрирующее звено и первый вход шестого сумматора соединен с вторым входом первого прямо пропорционально регулирующего элемента, выход датчика тока

-нагрузки соединен с первым входом комнаратора и через первый вход второго прямо пропорционально регулирующего элемента — с пропорциональным звеном, а выход датчика напряжения подключен к второму входу второго регулирующего элемента, а также к ,первому входу седьмого и к второму входу шестого сумматоров.

1069122

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении устройств для управления преобразователями частоты с непосредственной связью с естественной коммутацией, применяемьп и в централизованных системах электроснабжения подвижных объектов, где предъявляются повышенные требования к надежности работы системы и качеству выходного напряжения.

Па основному авт. св. Р 983971 известно устройство для управления трехфаэным преобразователем частот с непосредственной связью, содержащее в каждой фазе блок импульснофазового управления, первый вход которого предназначен для подключения к источнику питающего напряжения, выход соединен с выходам для поцключения к преобразователю, блок задания, выход котаpo=o соединен с первым входом первого сумматора, второй сумматор, фильтр и датчик тока нагрузки, общий для в"ez источник постоянного напряжения и з каждой фа. зе пропорционально-интегральное и пропорциональна-дифференциальное звенья, третий и четвертый сумматор, два детектора и усилитель-ограничитель, причем вхад прапорцианалънадифференциального .звена предназначен для подключения к выходному напряжению преобразователя, выход терез первый вход второго сумматора и пропорциональна-ийтеграль»ае звено сае". динен с вторым входом первого сумматора и входом фильтра„ выход датчи= ка тока нагрузки соединен с вторым входом второго сумматора ч через пропорциональное звено с третьим входом первого сумматора, выход фильтра через соотв=-тствующий детектор соединен с п е рpв ым,;и Hвходами третьего и четвертога сумматоров, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами источника и-стоянного напряжения, а выходы первого, третьего и четвертого суы аторов через усилитель-ограничитель соединены с вторым входам блока. импульсно-вазовога управлен я Г1 .

Недостатком известного устройства является та, та при изменении входного напряжения преобразователя частоты его выходное напряжение изменяется, так как коэффициент стабилизации выходного напряжения преобразователя с данным устройством уп-. равления, содержащим блок ю пульснафазового управления с опорными напряжениями постоянной амплитуды, имеет малую величину., Вследствие этого ухудаается качество регулирования в статических и динамических режимах при изменении входного напряжения и -нижается надежность работы преобразователя частоты в системе электроснабжения.

Целью изобретения является повышение надежности з рабате преобразователя частоты путем улучшения ка5 чества регулирования в статических и динамических режимах при изменяющемся входном напряжении.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления трехfQ фазным преобразователем частоты с непосредственной связью снабжено в каждой фазе двумя прямо пропорциональна регулирующими элементами, интегрирующим звеном, кампаратором, третьим детектором, пятым, шестюа и седьмым сумматорами и датчиком напряжения, вход которого предназначен для соединения с с соответствующим выходом источника питающего напряжения, причем третий выход источника постоянного напряжения соединен с третьими входами пятого и шестого и с вторым входом седьмого сумматоров, соответствующий выход задающего элемента соединен через первый вход пер= вага прямо пропорционально реГулйрующего элемента с первым входом первого сумматора, вход третьего детектора предназначен для соединения с соответствующим выходом преобразаваЗО теля частоты, а, выход соедииен с первым входом пятого сумматора,. второй вход которого соединен с выходом компаратора, а выход через интегрирующее звено и первый вход

35 шестого.сумматора соединен с вторым входом первого прямо пропорциональна регулирующего элемента, выход датчика тока нагрузки соединен с перзьм входом компаратара и через первый вход второго прямо пропорциональна регулирующего элемента с пропорциональным звеном, а выход датчика напряжения подключен к второму входу второго регулирующего элемента, а также к первому входу седьмого и к второму входу шестого сумматоров. и На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. 2 3

БЛак-схема включает источник 1 питающего напряжения синхронный ге нератор, выходы которого подключены к соответствующим входам блоков 2-4 импульсно-фазового управления и к первым входам преобразователей 5-7 частоты вторые входы которых соединены с выходами блоков 2-4 импульсно-фазового управления, На выходах преобразователей 5-7 частоты установлены силовые фильтры 8-10 и датчи6О ки 11- ° 13 тока нагрузки. к выходным клеммам 14-16 преобразователей подключены нагрузки 17-19. Соответст,вующие выходы задающего элемента

20 соединены с входами первых прямо

65 пропорционально регулирующих элемен-, 1069122 тов 21-23, выходы которых через первые входы первых суммирующих элементов 25-26 и первые входы усилителейограничителей 27-29 соединены с вторыми входами блоков 2-4-импульснофаэового управления. Выходы пропор° ционально-интегральных звеньев 30-32 соединены с вторыми входами первых суммирующих элементов 24-26 и через фильтры 33-35, детекторы 36-41 и . первые входы вторых и третьих сумматоров 42-47 . — с вторыми и третьими входами усилителей-ограничителей

27-29. Выходы датчиков 11-13 токов соединены с первыми входами вторых прямо пропорционально регулирующих 15 элементов 48-50 и компараторов

51-53, а также нторьвеи входами четвертых сумматоров 54-56, Выходы регулирующих элементов 48-50 через пропорциональные звенья 57-59 соединены с третьими входами первых сумматоров 2426. Выходные клеммы

14-16 преобразователей 5-7 соединены через пропорционально-дифференциальные звенья 60-62 с первыми входами четвертых сумматоров 54-56 и через третьи детекторы 63-65, первые входы пятых сумматоров 66-68, интегральные звенья 69-71, первые входы шестых сумматоров 72-74 — с вторыми входами первых регулирукщих элементов, 21-23.

Выходы датчиков 75-77 напряжения подключены к первым входам седьмых сумматоров 78-80 и к вторым входам шестых сумматоров 72-74, а соответ- . З5 ствующие выходы источника 81 постоянных напряжений соединены с вторнми входами вторых и третьих сумматоров 42-47, с третьими входами шестых сумматорон 72-74, с третьими 40 входами пятых сумматоров 66-68 и с вторыми входами седьмых сумматоров

78-80 °

Устройство работает следующим а6разом. 45

Выходные сигналы синусоидальной

Формы задающего элемента 20 через регулирующие элементы 21-23 первые входы первых сумматоров 24-26 и усилители-ограничители 27-29 воздейст- 50 вуют на входы блоков 2-4 импульснофазового управления, которые форми руют последовательности импульсов управления. тиристорами преобразователей 5-7 частоты и осуществляют модуляцию по синусоидальному закону.

Формируемые преобразователями 5-7 частоты переменные напряжения через силовые фильтры 8-10 и датчики 11-13 тока поступают на выходные клеммы

14-16 и эапитынают нагрузки.17-19.

Для улучшения формы и стабилизации выходного напряжения преобразователей н статических и динамических режимах устройство содержит цепи отрицательной обратной связи по 65 мгноненному значению выходного напряжения, включающие пропорциональноинтегральные 30-32 и пропорционально-дифференциальные 60-62 звенья, а также цепи положительной обратной связи по току нагрузки, которые вводят сигналы датчиков 11-13 тока через регулирующие элементы 48-50 и пропорциональные звенья 57-59 в сигнал управления преобразователями

5-7 °

Для повышения надежности работы преобразователей 5-7 в системе электроснабжения за счет унеличения запаса устойчивости и качества регулиронания в нормальных режимах и режимах перегрузок устройство содержит цепи отрицательной обратной связи по сумме токов нагрузки и выходных напряжений преобразователей, имеющие большой коэфФициент усиления по постоянной. и субгармоническим составляющим ныходного напряжения и тока нагрузки. Эти цепи включают сумматоры 54-56, пропрционально-интегральные звенья 30-32, фильтры 33-35, детекторы 36-41 и сумматоры 42-47.

Обратная связь по низкочастотным составляющим напряжения преобразователей 5-7 и тока нагрузок 17-19 н нормальных режимах замыкается через первые сумматоры 24-26 и первые входы усилителей-ограничителей, а в режимах перегрузок и коротких замыканий, когда на входы блоков 2-4 импульсно-фазового управления поступают напряжения прямоугольной формы с выходов усилителей-ограничителей

2?-29, через фильтры 33-35, детекторы 36-41, сумматоры 42-47 и соответствующие входы усилителей-ограничителей 27 29.

Рассмотренные блоки устройства управления позволяют обеспечить высокое качество формы и стабилизации выходных напряжений преббразовате-, лей 5-7 при неизменном напряжении первичного источника 1 и неизменном характере нагрузок 17-19.

В случае, если напряжение первичного источника 1 изменяется, например, вследствие оборотов синхронного генератора магнитоэлектрического типа, перечисленные блоки устройства управления не обеспечивают необходимую стабилизацию ныходного напряжения, так как блоки 2-4 импульсноФазового управления с опорными напряжениями постоянной амплитуды нечувствительны к изменениям питающего напряжения, а коэффициент стабилизации обратных связей по выходному напряжению имеет, как- правило, малую величину.

Кроме того, при изменении характера нагрузки преобразователей также происходит изменение выходных на,пряжений вследствие нарушения усло1069122 вий компенсации возмущающего действия тока нагрузки по цепям положительной обратной связи с пропорциональными регуляторами 57-59. При этом снижается качество генерируемой преобразователями электроэнергии и 5 надежность работы преобразователей в системе электроснабжения, поскольку изменения выходного напряжения отрицательно сказываются на качестве работы потребителей, а также эле- )О ментов системы, например увеличивается опасность выхода из строя конденсаторов силовых фильтров 8-10.

Для повышения качества стабилизации выходного напряжения в устройство введены цепи отрицательной обратной связи по среднему значению выходного напряжения с детекторами

63-65, сумматорами 66,67„68, 72,73, 74, интегрирующими звеньями 69-71 и О регулирующими элементами 21-23. Сумматоры 66-68 выделяют разность между эталонным напряжением с выхода источника 81 и выпрямленными с помощью детекторов 63-65,выходными напряжениями преобразователей. Разность этих сигналов интегрируется звеньями 69-71 и через сумматоры 72-74 воздействует на входы регулирующих элементов 21-23, которые изменяют амплитуду задающих сигналов синусои дальной формы в направлении, обеспечивающем стабилизацию выходных напряжений преобразователей.

Наличие интегрирующих звеньев 6971 позволяет обеспечить высокую точ- З5 ность стабилизации. Суммирование вы.ходных сигналов интегрирующих звеньев 69-71 с постоянным напряжением источника 81 с помощью сумматоров

?2-74 позволяет осуществить регули- 40 рование задающих сигналов элемента

20 в узком диапазоне, что уменьшает перерегулирование в переходных режимах.

Для исключения перенапряжений на выходе преобразователей при выходе из режимов перегрузок и после отключения коротких замыканий в нагрузках 17-19 в устройство введены компараторы 51-53. В нормальных режимах работы, когда сигналы датчиков 11-13 тока меньше опорных напряжений, поступающих на входы компараторов 51-53 с выходов седьмых суммирующих элементов 78-80, выходные сигналы компараторов 51-53 равны нулю и не вмешиваются в работу цепей обратных связей по средним значениям выходного напряжения. При возрастании токов нагрузки, например в режиме короткого замыкания, компара- ® торы 51-53 генерируют серию импульсов, полярность которых противоположна йолярности эталонного напряжения, поступающего на вторые входы пятых сумматоров 66-68. Эти импульсы воздействуют через третьи входн сумматоров 66-68 на входы интегрирукщих звеньев 69-71 и приводят к уменьшению их выходных напряжений, что, в свою очередь, приводит к уменьшению задающих напряжений, поступающих с выходов регулирующих элементов 21-23 на входы сумматоров 24-26. Лри этом амплитуда задающих сигналов не превышает ее значение в режимах работы преобразователей с минимальной нагрузкой. После отключения короткого замыкания преобразователь управляется сигналом, соответствующим работе с минимальной нагрузкой, что обеспечивает плавное восстановление выходного напряжения без выбросов и перерегулирования. Далее сигналы интеграторов, а значит и задающие сигналы на выходах регулирующих элементов 21-23 плавно возрастают до уровней, соответствующих стабилизации выходных напряжений преобразователей.

Для улучшения качества регулирования при изменяющемся питающем напряжении в устройство введены датчи- . ки 75-77 напряжения первичного источника 1, вторые регулирующие элементы 48-50, седьмые сумматоры 78-80, при этом выходы датчиков 75-77 напряжений подключены к входам регулирующих элементов 49-51, седьмых сумматоров 78-80 и к вторым входам шестых сумматоров ?2-74, При изменении питающих напряжений источника 1 датчики 75-77 напряжения формируют сигналы, пропорциональные этим изменениям. Эти сигналы через соответствующие входы шестых сумма- . торов 72-74 воздействуют на .регулирующие элементы 21-23 и изменяют амплитуду задающих сигналов таким об- разом, что происходит компенсация изменений выходных напряжений преобразователей; вызванных изменениями их питающих напряжений. При таком регулировании повышается быстродействие и качество отраоотки возмущающих воздействий, вызванных изменениями питающих напряжений, так как регулирование осуществляется по возмущению (датчики 75-77 напряжениясумматоры 72-74) и по отклонению выходных напряжений с помощью цепей обратных связей. Одновременно осуществляется дублирование цепей обратной свя: и, что увеличивает надежность работы устройства управления и преобразователей частоты в системе электроснабжения.

Выходные сигналы датчиков 75-77 напряжения также воздействуют через сумматоры 78-80 на входы компараторов 51-53 и изменяют порог их срабативания при изменении питающих напряжений.

Это необходимо по следукицим причинам. При изменении входных иа1069122

25 онально изменению его входного напря-40

50 изменению коэффициентов передачи пре60

65 пряжений преобразователей 5-7 изменяется величина допустимой нагрузки преобразователей и неличина тока короткого замыкания нагрузки. Поскольку порог срабатынания компараторов настраивается на минимальный ток короткого замыкания, соответствующий наименьшему входному напряжению, то при возрастании входного напряжения и увеличении нагрузки преобразователей возможно срабатывание компараторов 51-53 и режимах номинальной повышенной нагрузки, что приводит к нарушению стабилизации выходных напряжений и снизит надежность работы преобразователей частоты. Регулирование порога срабатывания компараторон пропорционально изменению входных напряжений преобразователей, осуществляемое датчиками 75-77 напряжения и сумматорами 78-80, позволяет обеспечить надежное срабатывание компараторов 51-53 лишь в режимах перегрузок и коротких замыканий при определенных уровнях токов, соответствующих входным напряжениям преобразователей. Это повышает надежность работы преобразователя частоты в системе электроснабжения.

Для улучшения качества стабилизации выходных напряжений в динамических режимах изменения нагрузки устройство. управления содержит цепи положительной обратной связи по токам нагрузки, включающие регулирующие элементы 48-50 и пропорциональные звенья 57-59. Необходимость введения регулирующих элементов обусловлена тем, что коэффициент передачи по перной гармонике преобразователя частоты изменяется пропорцижения (при постоянной амплитуде опорных сигналов в блоках 2-4 импульсно-фазового управления). Поэтому для компенсации отклонений выходного напряжения преобразователей, вызванных скачкообразными изменениями параметров нагрузок 17-19 при различных входах напряжениях преобразователей необходимо привести в соответствие коэффициенты передачи цепей положительной обратной связи по току нагрузки и коэффициенты передачи преобразователей по перной гармонике, причем коэффициент передачи цепей обратной связи должны изменяться обратно пропорционально образователей, т.е. обратно пропорционально входным напряжениям преобразователей ° Это осуществляется с

" помощью регулирующих элементов 48-50 и позволяет обеспечить минимальные отклонения выходных напряжений преобразователей н динамических режимах во всем диапазоне изменения входных напряжений преобразователей 5-7, что 0

35 повышает надежность работы преобразователя частоты н системе электроснабжения °

Устройство управления трехфазным преобразователем частоты с непосредственной связью позволяет обеспечить высокое качество регулирования и стабилизации выходного напряжения преобразователя частоты при изменяющемся входном напряжении. Наибольший эффект дает применение предлагаемого устройства для управления преобразователем частоты, питаемым от синхронного генератора магнитноэлектрического типа, обороты и напряжения которого изменяются н широких пределах.

В этом случае одновременно с ростом оборотов генератора увеличивается частота и амплитуда напряжения питания преобразователя. При использонании в устройстве управления блоков 2-4 импульсно-фазового управления с опорными напряЖениями постоянной амплитуды одновременно с ростом входного напряжения преобразователя увеличивается его коэффициент усиления, что приводит к увеличению коэффициента усиления цепей отрицательной обратной связи по мгновенному значению выходного напряжения с пропорционально-дифференциальными

57-59 и пропорционально-интегральными 30-32 звеньями. При этом улучшается форма выходного напряжения на нагрузках 17-19 преобразователей.

Поскольку одновременно с ростом величины входного напряжения и коэффициента усиления преобразователя возрастает частота входного напряжения, а значит увеличивается кратность частот входа и выхода и расширяется полоса пропускания преобразонателя частоты по каналу управления, увеличение коэффициента усиления упомянутых цепей обратной связи происходит без уменьшения запаса устойчивости системы регулирования и сопровождается улучшением качества регулирования и качества формы выходного напряжения преобразователя. Такое регулирование позволяет унеличть качество генерируемой электроэнергии без уменьшения надежности работы преобразователей частоты в системе электроснабжения. Применение же в устройстве цепей регулирования, компенсирующих возмущение изменения входных напряжений преобразователей, а также применение цепей обратной связи по среднему значению выходного напряжения преобразователей позволяет обеспечить высокое качество стабилизации выходных напряжений н статических и динамических режимах работы системы электроснабжения, что повышает надежность работы преобразователя частоты н системе электроснабжения.

1069122

ВНИИПИ Заказ 11488/54 Тираж 671 Подписное

Филиал ППП Патент,. г. ужгород, ул. Проектная, 4

Таким образом, устройство позволяет повысить надежность работы преобразователя частоты в системе электроснабжения путем улучшения качества регулирования в статических и динамическ их режимах при изменяющемся входном напряжении.