Способ управления тиристорным преобразователем и устройство для его осуществления

 

1. Способ управления тир дсторньйл преобразователем, работающим на активно-индуктивную нагрузку и противоЭДС, заключающийся в том, что контролируют линейные напряжения сети, фиксируют моменты естественной коммутации, в которые вырабатывают синхронизирующие сигналы, формируют сигналы управления тиристорами преобразователя и подают их на тиристоры, отличаю, щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и надежности, измеряют ток и противоЭДС нагрузки, задают ток нагрузки , фиксируют момент изменения знака заданного тока нагрузки, выде- : ляют шесть последовательных интервалов между моментами естественной коммутации , определяют линейные напряжения , имеющие начальные углы 180,120 и 60 эл.град. на данном интервале, с Начала очередного указанного интервала или с момента изменения знака заданного тока нагрузки, непрерывно определяют текущий угол очередного подаваемого на нагрузку линейного напряжения , в качестве которого используют сначала линейное напряжение с начальным углом 180 зл.град., после начала подачи на нагрузку этого напряжения - линейное напряжение с начальным углом.в 120 эл.град., а после его подачи - линейное напряжение 1 с начальным углом 60 эл.град., в со (Л ответствии с выражением di 1 Т, sin( + Vp) - е, Э dt О где i - относительный ток нагрузки; Та i-g - электромагнитная постоянная s времени цепи нагрузки; . w - круговая частота питающей сети/ t - текущее время; . 00 ОО VQ - угол открывания тиристора; измеренный от начала синусоиды напряжения. оо 1 - относительная противоЭДС, определяют требуемый момент подачи на нагрузку соответствующего очередного 4;:: линейного напряжения,при наступлении которого формируют указанный сигнал управления, подаваемый на тиристоры, преобразователя.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„» 1083324 А

3(51) Н 02 P 13 16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Ч» Ц, д

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ -.,,,"..,",.",„ц

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3484361/24-07 (22) 27 ° 08.82 (46) 30.03.84. Бюл.9 12 (72) Н-.Н.Александров, A.Â.Áèðþêîâ, Л.A.Ïðîêîôüåâà, Н.Э.Фадеева и и В..И.Хуторецкий (71) Всесоюзный научно-и следовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте (53) 621.316.727(088.8)

56 1. Авторское свидетельство СССР

М 540338, кл. Н 02 Р 3/16, 1976.

2. Деткин 3I.Ï. Системы управления тиристорными и ионными электроприводами. М., Информэлектро, 1971, с.32

3. Авторское свидетельство СССР

9 655062, кл. Н 02 Р 13/16, 1979. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ THPHCTOPHblN

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСЯЦЕСТВЛЕНИЯ, (57) 1. Способ управления тирнсторным преобразователем, работающим на активно-индуктивную нагрузку и противоЭДС, заключающийся в том, что .контролируют линейные напряжения сети, фиксируют моменты естественной коммутации, в которые вырабатывают синхронизирующие сигналы, формируют сигналы управления тиристорами преобразователя и подают их на тиристоры, о т л и ч а ю» шийся тем, что, с целью повышения точности и надежности, измеряют ток и противоЭДС нагрузки, задают ток нагрузки, фиксируют момент изменения знака заданного тока нагрузки, выде-, ляют шесть последовательных интервалов между моментами естественной коммутации, определяют линейные напряжения, имеющие начальные углы 180,120 и 60 эл.град. на данном интервале, с начала очередного укаэанного интервала или с момента изменения знака заданного тока нагрузки, непрерывно .определяют текущий угол очередного подаваемого на нагрузку линейного напряжения, в качестве которого исполь.зуют сначала линейное напряжение с начальным углом 180 эл.град., пбсле начала подачи на нагрузку этого напряжения — линейное напряжение с начальным углом.в 120 эл,град., а после его подачи — линейное напряжение ф с начальным углом 60 эл.град., в соответствии с выражением а

+т — „,=» (+ч,) - д, ( где i — относительный ток нагрузки;

Т - электромагнитная постоянная р времени цепи нагрузки;

< — круговая частота питающей ивй сетию (. Р текущее время;

V0 — угол открывания тиристора; измеренный от начала сину- (, Д соиды напряжения.

Х вЂ” относительная противоЭДС, © определяют требуемый момент подачи на Я нагрузку соответствующего очередного у ли ней ного напряжения, при наст уплении которого формируют указанный сигнал управления, подаваемый на тиристоры, преобразователя..

1083324

2. Устройство для управления тиристорным преобразователем, работающим на активно-индуктивную нагрузку

v противоЭДС, содержащее синхронизатор с напряжением сети, формирователь сигналов управления, распределитель сигналов управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности,оно снабжено генератором внутриинтервального угла, счетчиком внутриинтервального угла, сумматором, задатчиком тока, счетчиком сигналов управления, дешифратором начального угла, селектором номеров рабочих тиристоров, причем потенциальный выход синхронизатора соединен с первым входом селектора номеров рабочих тиристоров, импульсный выход - с входом установки в нулевое состояние первого счетчика и первым входом установки в нулевое состояние второго счетчика, счетный вход счетчика внутриинтервального угла и первый вход формирователя сигналов управления соединены с выходом генератора внутриинтервального угла, выход счетчика внутриинтервального угла соединен с входом сумматора, соединенного вторым входом с числовым выходом дешифратора начального угла, выходом — с вторым входом формирователя сигналов

Изобретение относится к электротехнике н может быть использовано для управления током нагрузки трехфазного мостового тиристорного преобразователя систем автоматизированного 5 электропривода.

Известен способ управления тирис торным преобразователем; работающим на активно-индуктивную нагрузку;и противбЭДС, по которому задают эна- IQ чение тока нагрузки и формируют синхронизированный с напряжением сети сигнал развертки, измеряют мгновенное значение тока нагрузки и открыВают очередной,тиристор преобразователя, когда сигнал развертки меньше или равен сигналу, сформированному из разности двух сигналов — задания и мгновенного значения тока нагруз1 ки, причем сигнал развертки формирует как периодическую функцию времени, форма которой на каждом периоде неизменна. Устройство., реализующее этот способ управлейия, содержит регулятор, синхронизатор с напряжением сети, генератор. развертки, комттараторы, датчик обратной связи и распредеуправления, третий вход которого соединен с потенциальным выходом задатчика тока, четвертый вход предназначен для подачи информации о токе и противоЭДС нагрузки, выход соединен с первым входом распределителя сигналов управления тиристорами и счетным входом счетчика сигчалов управления, соединенного вторым входом установки в нулевое состояние с импульсным выходом эадатчика тока, выходом — с входом дешифратора начального угла, логический выход которого соединен с вторым входом селектора номеров рабочих тиристоров, связанного выходом с вторым входом распределителя сигналов управления тиристорами, а форми. Рователь сигналов управления выполнен решающим дифференциальное уравнение.

+ Та у = sin(t + V ) с31

М где i — относительный ток нагрузки;

Т вЂ” электромагнитная постоянная а времени цепи нагрузки, — круговая частота питающей сети;

t — текущее время;

V — угол открывания тиристора, измеренный от начала синусоиды напряжения; †.относительная противоЭДС. литель сигналов управления тиристорами (1 1.

Однако этот способ и реализующее его устройство не обеспечивают динамическую точность и простоту управления работой преобразователя при .Различных изменениях задания, тока на-" грузки и частоты вращения двигателя.

Известен также способ управления тиристорным преобразователем, работающим на активно-иднуктивную нагрузку и противоЭдС, по которому задают управляющий сигнал,. сравнивают его с сигналом обратной связи, разностью их, усиленной регулятором, управляют частотой генератора, фазовый угол которого относительно напряжения сети определяет угол управления тиристорным преобразователем.

Устройство, реализующее данный способ управления, содержит регулятор, управляемый генератор, датчик обратной связи и распределитель импульсов управления тиристорами E2 ).

Однако с помощью данного спосбба и реализующего его устройства также нельзя достичь динамической точности

1083324

20 ющимся сигналом и результат суммирования сравнивают с заданием аналогично 35 предыдущему.

50 ональные аналоги, не позволя»>т решить задачу достижения необходимой динамической точности регулирования то- 60

65 и простоты управления работой преобраэователя.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является одноканальное устройство для управления преобразователем, Способ управления преобразователем, соответствующим указанному устройству, заключается в том, что контролируют линейные напряжения сети, фиксируют моменты естественной коммутации,, в которые вырабатывают синхрониэирующие сигналы, по ним задают исходное нулевое значение и в интервале между моментами естественной коммутации формируютлинейно изменяющийся во времени сигнал, по Ы-му синхрониэирующему импульсу запоминают номер очередного

i-го тиристора и подготавливают к пропуску сигнала управления канал управления этого тиристора, сравнивают линейно изменяющийся сигнал с заданием и при превышении им задания формируют сиГнал управления, с помощью которого включают i-й тирис--, тор.и стирают ранее запомненный номер, а если сигнал управления в течение i-го интервала не формируют, то по следующему синхронизирующему импульсу запоминают дополнительный номер (i+1)-го тиристора, затем аналогично — (i+2)-ro, по числу запомненных номеров тиристоров формируют. соответствующий добавочный сигнал, который суммируют с линейно изменяОдноканальное устройство для управления преобразователем содержит синхронизатор с напряжением сети, генератор пилообразного напряжения, логический блок, нуль-орган, формирователь сигналов управленид и преобразователь числа импульсов в напряжение, причем первый вход нульоргана связан через генератор с выходом синхронизатора с напряжением сети и входом логического блоКа,второй - с устройством задания, третий через преобразователь числа импульсов в напряжение — с выходом логического блока, второй вход которого связан с выходом нуль-органа, а вто.рой выход - с формирователем сигналов управления 3.>.

Однако известный способ и устройство для его осуществления так же, как и другие одноканальные функцика нагрузки тиристорного преобразователя, работающего на активно-.индуктивную нагрузку и противоЭДС, и обладают низкой функциональной надежностью иэ-за сложности управления.

15

Для получения предельной динамической точности указанной системы регулирования тока необходимо решить дифференциальное уравнение

+ т — = sin(. о

) где i — относительный ток нагрузки>

Т вЂ” электромагнитная постоянная

3 времени цепи нагрузки;

u — круговая частота питающей сети;

t — текущее время; угол открывания тиристора> измеренный от начала синусоиды напряжения; — относительная противоЭДС, причем решение должно быть выполнено с учетом всех перечисленных факторов, определяющих поведение тока на интервале проводимости, в том числе начальных условий и текущего угла напряжения на очередном открываемом тнристоре.

Кроме того, по известным способам одноканального упрЪвления тиристорами сначала по эа>1анному выходному напряжению преобразователя определяют угол включения тиристора, а затем уже текущий угол соответствующего тиристору напряжения, что не дает воэможности решить уравнение (1), особенно в нестационарном режиме работы..

Цель изобретения — повышение точности управления током нагрузки при одновременном повышении надежности управления и повышении производительности питаемого от преобразователя промышленного агрегата, !

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления тиристорным преобразователем контролируют линейные напряжения сети, фик- сируют моменты естественной коммута- . ции, в которые вырабатывают синхрониэирующие сигналы, измеряют ток и нротивоЭДС нагрузки, задают ток нагрузки, фиксируют момент изменения знака заданного тока нагрузки, выделяют шесть последовательных интервалов между моментами естественной коммутации, определяют линейные напряжения, имеющие начальные угли

180,120.и 60 эл.град. на данном интервале, с начала очередного интервала или с момента изменения знака задания тока, непрерывно определяют текущий угол очередного подаваемого на нагрузку линейного напряжения, в качестве которого используют сначала линейное напряжение с начальным углом 180 эл.град., после начала подачи на нагрузку этого напряжения— линейное напряжение с начальным углом

120 эл.град., а после его подачи линейное напряжение с начальным углом 60 эл.град., в соответствии с

1083324 выражением (1) определяют требуемый момент подачи на нагрузку соответствующего очередного линейного напряже«;.ля, при наступлении кадого такого момента формируют сигнал управления тиристорами преобразователя и подают на нагрузку соответствующее линейное напряжение.

Указанная цлеь в устройстве, реализующем способ, достигается тем, что оно содержит синхронизатор с напряжением сети, генератор внутриинтервального угла, счетчик внутриинтервального угла, сумматор, дешифратор текущего угла, преобразователь код-напряжение, формирователь сигна- t5 лов управления, эадатчик тока, счетчик сигналов управления, дешифратор начального угла, селектор номеров рабочих тиристоров, распределитель сигналов управления тиристорами и О. объект управления в виде тиристорно го преобразователя с нагрузкой, с выходом которого связаны входы формирователя сигналов управления и синхронизатора с напряжением сети, соединенного потенциальным выходом с входом селектора номеров рабочих тиристоров, а импульсным выходом — с входами установки в нулевое состояние обоих счетчиков, счетный вход счетчика внутриинтервального угла вместе с первым входом формирователя сигналов управления соединен с выходом генератора внутриинтервального угла, а выход — с входом сумматора, связанного по второму входу с число- 35 вым выходом дешифратора начального угла, а по выходу — с вторым входом формирователя сигналов управления, третий вход которого соединен с.потенциальным выходом задатчика тока, чет-40 вертый вход предназначен для подачи информации о токе и противоЭДС нагрузки, а выход — с первым входом распределителя сигналов управления тиристорами и счетным входом счетчика сигналов управления, связанного по второму входу установки в нулевое состояние.с импульсным выходом эадатчи ка тока, а по выходу -.с входом дешиф" ратора начального угла, логический выход которого соединен с вторым вхо-50, дом селектора номеров рабочих тиристоров, связанного выходом с вторым входом распределителя сигналов управления тиристорами, выход последнего соединен с объектом Управления, причем формирователь сигналов управления выполнен решающим дифференциальное уравнение (1).

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, реализующего пред.- Ю лагаемый способу на фиг.2 — вариант выполнения форйиррвателя,сигналов управления.

В устройстве по фиг,1 импульсный выход синхронизатора 1 с напряжением б5 сети и выход генератора 2 внутриинтервального угла . соединены соответственно с входом установки в нулевое состояние и счетным входом счетчика

3 внутриинтервального угла. Сумматор

4,связан по входу с выходом счетчика

3, а по выходу - с входом формирователя 5 сигналов управления, второй вход которого соединен с выходом генератора 2, а третий вход — с потенциальным выходом эадатчика б тока. Первый и второй входы установки в ну.левое состояние счетчика 7 сигналов управления связаны с импульсными выходами соответственно синхронизатора

1 и задатчика б тока, а его выход— с входом дешифратора 8 начального угла, числовой выход которого соединен с вторым входом сумматора 4, а логический выход — с входом селектора 9 номеров рабочих тиристоров, связанного вторым входом с потенциальным выходом синхронизатора 1, а выходом — с входом распределителя 10 сигналов управления тиристорами. Второй вход -распределителя 10 вместе со счетным входом счетчика 7 сигналов управления соединен с выходом формирователя 5 сигналов управления, а выход распределителя — с входом объекта 11 управления, связанного по выходу с четвертым входом формирователя 5 и входом синхронизатора 1.

Формирователь 5 содержит дешифратор 12 текущего угла, преобразователь код-напряжение.13, генератор 14 синусоидального напряжения, сумматор 15, интегратор 16 и компаратор 17.

Способ осуществляют следующим образом.

Сначала выделяют, например, по условию попарной положительности значений каждых двух линейных напряжений сети, сдвинутых одно относительно другого на угол 120 эл,град;, шесть последовательных во времени интервалов дискретности между моментами естественной коммутации.

При этом в каждом выделенном текущем интервале дискретности, напри

А мер, интервале АВ, равном интервалу между моментами естественной коммутации Т, в общем случае в проиЗвольный момент времени могут быть подключены к нагрузке любые.иэ шести линейных напряжений АВ,АС, ВС, ВА, СА или СВ.

Однако практически при выборе рабочего линейного напряжения исключают . из рассмотрения те напряжения, подключение,которых к нагрузке заведомо нецелесообразно, т.е. напряжения, имеющие начальные углы О, 240 и

ЗбО эл.град.,или в рассматриваемом интервале AB-,АС и ВС-BA.

Г Далее определяют линейные напряжения, имеющие начальные углы 180Ä120 и 60 эл.град.на данном интервале.

1083324

Из оставшихся трех линейных напряжений в качестве рабочего сначала целесообразно выбрать то, у которого начальный угол больше, так как при этом достигаемый ток меньше, а в случае необходимости от этого тока можно перейти к ". льшему при подключении следующего по уменьшению начального угла линейного напряжения практически без потери быстродействия, обратный же переход физически невоз- 10 можен.

С начала очередного интерва а или с момента изменения знака задания тока непрерывно определяют текущий угол очередного подаваемого на на- )5 грузку линейного напряжения, в качестве которого используют сначала линейное напряжение с начальным углом

180 эл.град., после начала подачи на нагрузку этого напряжения — линейное 0 напряжение с начальным углом

120 эл.град., а после его, подачи линейное напряжение с начальным углом 60 эл.град.

Текущие углы линейных напряжений могут быть определены, например, ° суммированием значений соответствующего начального угла с внутриинтервальным углом, отсчитываемым от начала текущего интервала.

Эатем, используя каждое получвннде значение текущего угла, в зависимости от задания тока определяют требуемый момент подачи на нагрузку соответствующего очередного линейного напряжения, например, принимая 35

eI o текущий угол в качестве начального условия для решения дифференциального уравнения, определяющего поведение тока в нагрузке на интервале проводимости выбранного линейно- 40 го,напряжения, и сравнивая результаты решения с заданием тока нагрузки.

При наступлении каждого мбмента равенства сравниваемых сигналов формируют сигнал управления, подаваемый 45 на тиристоры преобразователя.

Устройство по фиг.2 работает в соответствии с уравнением (1) следунищим образом.

С выхода сумматора 4 иа вход дешифратора 12 подается числовое значение текущего угла очередного.подключаемого линейного напряжения, с выхода дешифратора 12 снимается соответствующий этому углу синусоидальный 55 сигнал в числовой форме, который после преобразования в пропорциональное напряжение преобразователем 13 ssoдится в качестве начального значения на первый вход генератора 14 синусоидального напряжения, на второй вход 6О которого подается сигнал с выхода генератора 2 внутриинтервального угла.

Сигналы генератора 14 синусоидаль-. ного напряжения и сумма сигналов действительных значений тока и противо- 65 эДс нагрузки с выхода объекта 11 управления алгебраически суммируются сумматором 15 и интегрируются интегратором 16 по внутриинтервальному углу, подаваемому на второй вход интегратора 16 с выхода генератора 2.

Полученный на выходе интегратора 16 сигнал прогноэируемого тока на входе компаратора 17 сравнивается с заданием тока с выхода задатчика 6 тока и в момент их равенства на выходе компаратора вырабатывается импульс управления.

Устройство по фиг.1 работает следующим образом.

Синхронизатор 1 с напряжением сети по одному выходу выдает синхронизирующие импульсы в моменты естественной коммутации, а по другому — потенциальный сигнал, идентифицирующий текущий интервал напряжения сети. В начале очередного интервала по импульсному сигналу. синхронизатора 1 устанавливаются в нулевое состояние счетчик 3 внутриинтервального угла и счетчик 7 сигналов управления. Последний устанавливается в нулевое состояние по второму входу импульсным сигналом задатчика 6 тока в моменты изменения знака задания тока.

С помощью дешифратора 8 начального угла в зависимости от состояния счетчика 7 выбирается очередное подаваемое на нагрузку линейное напряжение с начальным углом 180,120 или 60 эл.град. При нулевом состоянии, счетчика 7 выбирается линейное напряжение с начальным углом

180 эл.град., причем логический выход дешифратора 8 идентифицирует выбранное линейное напряжение, а по; тенциальный выход задает значение сс>ответствующего начального угла.

На выходе сумматора 4 непрерывно определяется текущий угол выбранного линейного напряжения путем суммирования внутриинтервального угла, отсчитываемого от начала очередного интервала в счетчике 3, с начальным углом.

Формирователь 5 сигналов управления, на входы которого подаются сигналы тиристорного преобразователя 13, эадатчика 6 тока, генератора 2 вну-. триинтервального угла и сумматора 4, определяет момент подключения к нагрузке выбранного линейного Напряжения и формирует импульс управления, который поступает на вход распределителя 10 сигналов управления тиристорами и счетный вход счетчика 7 сигналов управления.

После запоминания в счетчике 7 первого .сигнала управления в качестве очередного подаваемого на нагрузку выбирается линейное .напряжение с начальным углом 120 эл.град., а после запоминания второгс/ - ли1083324

Составитель О.ПарФенова

Редактор А.Курах Техред М,Надь КорректорВ.Бутяга

Заказ 1771/49 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР rro делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

L j

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4 нейное напряжение с начальным углом 60 эл.град.

После запоминания третьего сигнала управления счетчик 7 не должен менять своего состояния до появления одного из сигналов установки в нулевое состояние.

Логический выход дешифратора 8 связан с входом селекторов рабочих тиристоров, второй вход которого соединен с потенциальным выходом синхронизатора 1. В селекторе 9 определяются линейные напряжения с начальными углами 180, 120 и 60 эл.град. на данном интервале дискретности и выбираются рабочие тиристоры, соот- 5 ветствующие выбранному линейному напряжению.

Выходной сигнал селектора 9 поступает на второй вход распределителя 10 сигналов управления, с выхода которого сигналы управления подаются на выбранные тиристоры преобразователя 13 °

Применение предлагаемого способа управления тиристорным преобразователем и устройства на его основе позво.— ляет повысить точность управления током нагрузки при одновременном повншении надежности управления и произво:дительности питаемого от преобразователя промышленного агрегата.