Способ управления двухфазным вентильным преобразователем

 

. Изобретение относится к электротехнике , в частности, к управлению вентильными преобразователями. Цель изобретения - повышение быстродействия регулирования, энергетических показателей и линеаризации статической хар-ки преобразователя независимо от токового режима в нагрузке . Способ заключается в том, что формируют пилообразньй сигнал, интегрируя каждую полуволну сетевого напряжения. При равенстве напряжения на выходе интегратора 2 и результирующего напряжения управления, поступающего из основного сумматора (С) I СО ю со СП 05

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<511 4 Н 02 M 7/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3795659/24-07 (22) 25.07.84 (46) 15 05.86. Бюл. N- 18 (71) Новосибирское производственное объединение "Тяжстанкогидропресс" (72) Ю.Б.Соколовский и M.À.Õîíèêåð (53) 621,316.727 (088.8) (56) Справочник по преобразовательной технике. Киев, Техника, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 525224,, кл,,Н 02 P 13/16, 1976.

Авторское свидетельство СССР №- 653715, кл. Н 02 P 13/!6, 1979.

Авторское свидетельство СССР № 928579, кл. Н 02 P 5/16 !982.

Авторское свидетельство СССР № 9 15 197, кл. Н 02 P 7/28, 1982.

„„SU„„1231567 .A1 (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХФАЗНЫМ

ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ (57). Изобретение относится к электротехнике, в частности, к управлению вентильными преобразователями.

Цель изобретения — повышение быстро. действия регулирования, энергетичес ких показателей и линеаризации статической хар-ки преобразователя независимо от токового режима в нагрузке. Способ заключается в том, что формируют пилообразный сигнал, интегрируя каждую полуволну сетевого напряжения. При равенстве напряжения на выходе интегратора 2 и результирующего напряжения управления, поступающего из основного сумматора (C),231567 (2) = k Н sin2t, С -1 (U„. = k, U sinztddt

= kU (1-совМ,), (3) 10, если сигнал управления попадает в зону малых углов регулирования, вводится сигнал коррекции за счет выделения управляемого нулевого вентиля (НВ) 7, На выходе нуль-органа 3 вырабатывается импульс, поступающий через формирователь-распределитель

4 на основные вентили 5 и через узел

8 на ключ сброса 9. При изменении сигнала. управления смещается момент включения НБ 7, увеличивая частоту корректировки среднего значения выходного напряжения, благодаря чему обеспечивается повышение быстродействия регулирования. Управление НВ 7 происходит через масштабный усили11

Изобретение относится к электротехнике, в частности к управлению вентильными преобразователями.

Целью изобретения является повышение быстродействия регулирования, энергетических показателей и линеаризации статической характеристики вентильного преобразователя независимо от токового режима в нагрузке, На фиг. 1 дана функциональная схема устройства управления, на фиг.2.эпюры напряжений, поясняющие работу устройства управления.

Устройство управления содержит последовательно включенные однофаз15 ный выпрямитель 1, интегратор 2.,1 с интегрирующим конденсатором 2.2, нуль-орган 3, формирователь-распре.делитель 4 импульсов, основные вентили 5, РЛ,-нагрузку 6, нулевой управляемый вентиль 7, узел 8 управления ключом сброса соединен с ключом 9 сброса, основной сумматор 10 подключен к выходу фиксирующего ключа 11, блок 12 памяти соединен с

2» масштабным усилителем 13 и первым сумматором 14, второй сумматор 15 через нуль-орган 16 подключен к формирователю импульсов 17, третий сумматор 18 соединен с диодом 19 (схема идеального диода).

Рассмотрим работу двухфазного вентильного преобразователя с RL-H".— грузкой и нулевым управляемым вентилем, тель 13 который уменьшает зафикси— рованное значение сигнала управления з п раз. С 14 вычисляет дифференциал сигнала управления в пределах каждого интервала вентильности в виде разности между текущим и зафиксированным значениями сигнала управления. С 15 вычитает из зафиксированного уменьшенного в и раз сигнала управления дифференциал, получая цополнительный сигнал управления (ДСУ). В момент равенства ДСУ с пилообразным сигналом нуль-органа 16 вырабатывает импульс на управление

HH 7 через формирователь импульсов 17. 2 ил.

Каждая полуволна выпрямленного сетевога напряжения Н (фиг. 2а) с однофазного выпрямителя поступает на вход интегратора 2.1. Сигнал U1, интегрируется от начала каждого полупериода до угла включения основных вентилей Ы,, соответствующего моменту равенства между напряжением Uq> на выходе интегратора и результирующим сигналом управления (фиг. 2б), поступающим из основного сумматора 10, ве— личина которого определяется следующим выражением:

Ug-U

qч (9

;;pe Ug — базовое напряжение; — управляющий сигнал.

Выпрямленное сетевое напряжение с выпрямителя 1 за полупериод сетевого напряжения изменяется по закону а на выходе интегратора 2 ло.мучают няпряжеHHp гце k — коэффициент пропорциональности, Если сигнал управления, не попадает в зону малых углов регулирования, то сигнал коррекции U«» который вводится в управление только

1231 (6) U (1 — cosa ), ! то предлагаемый закон регулирования определяется следующим выражением;

„и JT,1à ., ч или с учетом выражений (5) и (6) 1 п — (1 + соз ы ) = 1 — cosd (7)

1 д 45

1 где — — постоянная величина (н= и — 5, 6, 7...), значение которой выбирается с учетом получения желаемого закона регулирования и параметров нагрузки.

Величина должна быть достаточной, чтобы обеспечить режим непрерывных токов в интервале !Г, !+ сс, тогда используя выражение (7) получают при достаточно малых углах Ы отсутствует.

Способ введения сигнала коррекции осуществляется следующим образом.

В момент равенства Б „ и Б, на

5 выходе нуль-органа 3 вырабатывается импульс (фиг. 2в), который поступает через формирователь-распределитель

4 импульсов на управляющие электроды основных вентилей 5 и через узел 8 на ключ 9 сброса. Последний шунтирует интегрирующий конденсатор 2.2 с момента выработки управляющего импульса до конца текущего периода сетевого напряжения. !5

Среднее значение выходного напряжения Б,! без учета угла коммута— ции для двухфазного вентильного преобразователя при заданном законе регулирования определяется следующим 2О образом (фиг. 2):

)Г+ /

1 Г U

U = — ) U sinAdt = — (cosa+ cosa ) )lt

1 2

pl (4)

Характер регулирования заключается в том, что величина угла включения нулевого вентиля о определяется соотношением положительного (П) и отрицательного gg,у, ) вольтсекундного интеграла выходного

30 текущего напряжения Б,! внутри временного интервала, определяемого углами о „ и !Г+ а (фиг. 2д). Так как

j ц = Б (1 + cosy); (5) U 1

U = - — (cosa + 1) (1 --)" (9)!! 1 и

В момент формирования импульса управления при V ф 0 к Б (1 — соя с ) = tJ Uу ° (10) Для выбора базового напряжения принимают во внимание выполнение следующих условии. при U = 0 (1! ) необходимо О,! = 0 (12)

Из выражения (9) с учетом равенства (12) имеют

0 = — U (cos g + 1) (1 — — )»

П 1 п что возможно только при (13) cos oC = — 1 т

Подставляя выражения (1 .) и (13) в выражение (10) получают (14) U, = 2 tcU.

Тогда с учетом выражений (14) и (10) получают

kU (1 ; cosa,) 2kU -U (15) Откуда (1 + совы,)

U (16) Подставляя выражение (16) в выражение (9) получают

1 U 1

Ug =-- - (1 — — )

1Т 1 и (!7) В этом случае среднее значение выходного напряжения вентильного преобразователя линейно зависит от величины сигнала управления.

Сигнал управления нулевым управляемым вентилем 7 формируют, исходя из выражения 7, при этом учитывают, что величина сигнала управления в момент включения основных вентилей

U; пропорциональна значению вольтсекундного интеграла выходного текущего напряжения Ud на интервале

d.„- H . .Тогда для обеспечения заданного закона регулирования по выражению (17) необходимо выполнение равенства

567 4

Подставляя выражение (8) в выражение (4) получают (18) cosa(= 1 — (1 + cosy ) (8)

g. и 1

U = — U

9 и

1231ЬЬ7 где U — дополнительный сигнал yn il J равления, определяющий момент включения нулевого вентиля.

B случае, если сигнал управления

U„ изменяется, необходимо смещать момент включения нулевого вентиля, увеличивая частоту корректировки среднего значения выходного напряжения (что эквивалентно повышению пульсности силовой схемы преобразователя н 2 раза), тем самым обеспечивая повышение быстродействия регулирования выходного напряжения вентильного преобразователя. Тогда дополнительный сигнал управления нулевым вентилем определяется следующим соотношением.

= — П -(Vt- U )

1 п (19) где U — текущее значение сигнала управления, -U . — дифференциал сигнала yn Jt равления.

Сигнал управления формируют следующим образом: блок 12 через ключ

11 фиксирует величину сигнала управления в момент формирования каждого очередного импульса управления из системы фазового управления преобразователя U . Масштабный усилитель 13 уменьшает зафиксированное значение сигнала управления в п раз.

Первый сумматор 14 вычисляет дифференциал сигнала управления в пределах каждого интервала вентильности в виде разности между текущим и зафиксированным значением сигнала управления. Второй сумматор 15 вычитает из зафиксированного уменьшенного в и раз сигнала управления дифференциал, получая таким образом дополнительный сигнал управления Б „, В момент равенства U u U (фиг.2б) поступающего с интегратора 2,1, нуль-орган 16 вырабатывает импульс (фиг. 2г), который поступает через формирователь импульсов 17 на управление нулевого вентиля.

Если сигнал управления не изменяется, то дифференциал сигнала управления равен нулю, Получаемое при этом выходное напряжение показано на фиг. 2д, а величина среднего значения выходного напряжения соответствует напряжению (17).

В случае, если сигнал управления

U изменяется (фиг. 2е) 5 (20) то в зависимости от характера изменения управляющего сигнала. момент включения нулевого управляемого нен10 тиля 7 смещен, Если U,, изменяется в сторону увеличения среднего значения выходного напряжения, ro момент .включения нулевого управляемого вентиля 7 смещают, уменьшая значение

15 отрицательного (jp гГ+, ) вольтсекунд2 ного интеграла выходного напряжения (фиг. 2ж). Если У„ изменяется н сторону уменьшения среднего значения выходного напряжения, то момент

2и :включения нулевого управляемого вентиля 7 смещают, увеличивая значение отрицательного (Jq,ii < ) вольтсекундного интеграла выходного напряжения. (21) В зоне малых углов, когда дополнительный сигнал управления больше результирующего управляющего сигнала, т е (22) > Пру, для выполнения условия (21) формируют сигнал коррекции в виде разности этих сигналон (23) 9ч рч причем с учетом неравенства (22) (24) 55 ар

Выполнение неравенства (24) обеспечивает диод 19 (схема идеального дио,ца). С учетом ныражения (23) в этом

При применении предлагаемого способа управления двухфазным вентильным преобразователем в зоне малых углон управления угол (без дополни2 тельных мероприятий может превысить угол Ы„, при этом будет нарушено заданное соотношение положительного и отрицательного вольтсекундного интеграла выходного напряжения по выражению (7) (фиг. 2и), что приведет к искажению заданного закона pery35 лирования по выражению,17}. Для

Г обеспечения нормального режима работы преобразователя по предлагаемому способу необходимо обеспечить выпол40 нение условия (фиг. 2и) 1231567 py + 1 ко р Пзу, (25)

5 что соответствует (26) 2 1О1

15 (27) 30

n — 1 м„ = arccos и+ 1 (28) случае суммарный сигнал управления основными вентилями определяют как где c(предельный минимальный угол включения основных вентилей.

Подавая сигнал коррекции U„, в нуль-орган 3, смещают момент включения основных вентилей в сторону уменьшения .выходного напряжения .(фиг. 2, 3, 4) до величины

U 1

= — — -(созе. + 1) (1 ) о 1О и

При этом способ немного теряет в диапазоне регулирования, что определя1 ется величиной — . и

Для определения предельного минимального угла включения основных вен- 5 тилей ос„,при заданном и используют выражения (7) и (26) 1 — (1 + cos d ) = 1 — cos d. и <о

1О

Угол Ы„, определяет получение максимально возможных значений положительного вольтсекундного интеграла

-,г- и среднего выходного напряже1О ния вентильного преобразователя (фиг. 2и).

Таким образом, предлагаемый способ управления двухфазным вентиль.ным преобразователем с RL-нагрузкой и применением системы фазового уп- 45 равления с косинусоидальными развертками позволяет за счет введения нулевого управляемого вентиля с предлагаемым законом его управления повысить быстродействие регулирования 50 выходного напряжения преобразователя, обеспечить высокий коэффициент мощности и линеаризацию статической характеристики вентильного преобразователя независимо от токового ре- 55 жима в нагрузке. Применение предлагаемого способа в схемах возбужденияя мощных электрических машин позволяет повысить точность их управления.

Формула изобретения

Способ управления двухфазным вентильным преобразователем с RL-нагрузкой и включенным параллельно ей управляемым вентилем, заключающийся в том, что формируют пилообразный сигнал, интегрируя каждую полуволну сетевого напряжения от ее начала до момента достижения пилообразным сигналом управляющегр сигнала, рав ного алгебраической сумме управляемого сигнала и сигнала, пропорционального амплитуде сетевого напряжения в указанный момент времени, формируют импульс управления вентилями преобразователя, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения быстродействия регулирования, энергетических показателей в линеаризации статической характеристики вентильного преобразователя независимо от токового режима в нагрузке, определяют момент включения управляемого вентиля в пределах каждого интервала вентильности преобразователя, для чего фиксируют управляющий сигнал в момент формирования каждого очередного импульса управления, вычисляют дифференциал сигнала управления в пределах каждого интервала вентильности преобразователя в виде разности между текущим и зафиксированным значением управляющего сигнала, уменьшают зафиксированное значение сигнала управления в и раз и вычитают из него вычисленный дифференциал, получая таким образом дополнительный сигнал управления, который сравнивают с пилообразным сигналом в момент равенства этих сигналов формируют очередной импульс управления для включения управляемого вентиля, сравнивают управляющий сигнал с дополнительным сигналом управления и при превышении последнего формируют сигнал коррекции в виде разности этих двух сигналов и прибавляют его к управляющему сигналу.

1231567

Составитель С,Лу= анов

Редактор Т.Парфенова Техред Г.Гербер Корректор Г.Решетник

Заказ 2658/55, Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г..Ужгород, ул. Проектная, 4