Способ управления преобразователем частоты

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1249 74

Ai (59 4 Н 02 И 5 27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

M А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 делАм изОБРетений и ОткРытий (21) 3823444/24-07 (22) .11.12.84 (46) 07.08.86. Бюл. У 29 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) В.В.Иванцов (53) 621.314.27(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 944067, кл. Н 02 М 5/27, 1980.

Авторское свидетельство СССР

9 987783, кл. Н 02 М 5/27, 1981,,(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕИ ЧАСТОТЫ

,(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления тиристорными преобра,зователями (Г1) в источниках электро питания переменного тока стабильной частоты. Цель изобретения — повышение качества преобразования при включении и переключениях нагрузки. Способ заключается в том, что преобразователем частоты управляют путем изменения фазы импульсов управления, при чем регулирование производится по двум контурам: по мгновенному значению фазу сформированных импульсов изменяют в зависимости от разности выходного напряжения 11 и синусоидального напряжения (СЭН) и по среднему значению, для чего регулируют амплитуду указанного СЭН пропорционально интегралу от разности между средним значением выходного напряжения Д и постоянного эталонного напряжения. В способе дополнительно измеряют амплитуду выходного напряжения П, формируют управляющий сигнал, пропорциональный этой амплитуде, и.воздействуют этим сигналом на амплитуду указанного СЭН. Изобретение позволяет обеспечить плавный выход на режим П при пуске, а также снижение выбросов выходного напряжения П при переходе из режима перегрузки или К.3. в нормальный режим работы. 1 ил.

249674

Целью изобретения является повышение качества преобразования при включении и переключениях нагрузки.

На чертеже приведена схема устройства, реализующего способ.

Устройство включает в себя источник 1 эталонного напряжения, выход которого через первый вход сумматора 2, интегратор 3, усилитель-ограничитель 4 соединен с первым входом . сумматора 5, а также с вторым входом сумматора 5 непосредственно. Выход сумматора 5 соединен с управляющим входом регулятора 6 амплитуды, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 7 напряжения прямоугольной формы. Выход регулятора 6 через фильтр 8, первый вход сумматора 9 и усилитель-ограничитель

10 соединен с управляющим входом блока !1 импульсно-фазового управления (выход которого соединен с упуправляющим входом непосредственного преобразователя 12 частоты). Синхро-. низирующий вход блока 11 и силовой вход преобразователя 12 соединены с выходом первичного источника пита- ния синхронным. генератором 13. Выход преобразователя 12 соединен с нагрузкой 14, а также через фильтр 15, обратной связи — с вторым входом сумматора 9, а через вентиль—

16 с вторым входом сумматора 2. Кроме того, выход преобразователя 12 через амплитудный детектор 17 соединен с первым входом сумматора 18, второй вход которого соединен с выходом источника 19 эталонного напряжения, а выход сумматора 18 через усилитель 20 и вентиль 21 соединен с третьим входом сумматора 2.

Напряжение прямоугольной формы с выхода генератора 7 через. регулятор

6, представляющий собой двухсторонний ограничитель, поступает на вход фильтра 8, Фильтр 8 выделяет из него основную 1гармонику и формирует

1 1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управ; ения тиристорными преобразователями в источниках электропитания переменного тока стабильной час" тоты, к которым предъявляются требования отсутствия выбросов в выходном напряжении при переходе из режима перегрузки в нормальный режим работы а также при включении преобразователей в работу, 5

У

55 тем самым эталонное напряжение синусоидальной формы, которое через вход сумматора 9 и усилитель-ограничитель 10 поступает на управляющий вход блока 11. Усилитель-ограничитель 10 служит для ограничения входного сигнала блока ll на уровне, обеспечивающем включение тиристоров преобразователя 12 в моменты, естественного включения, Блок 11 преобразует напряжение с выхода усилителя-ограничителя 10 в серию импульсов, синхронизированных с напряжением генератора 13 и модулированных по фазе в соответствии с выходным сигналом усилителя-ограничителя 10. В результате воздействия импульсов блока 11 на тиристоры преобразователя 12, на его выходе формируется переменное напряжение, частота оСновной гармоники которого равна частоте основной гармоники напряжения генератора 7.

Выходное напряжение преобразователя

12 фильтруется фильтром 15 и вычитается из эталонного напряжения синусоидальной формы, в результате чего замыкается отрицательная обратная связь по выходному напряжению преобразователя частоты, улучшающая его форму и стабилизирующая его основную гармонику. Для повьппения качества стабилизации напряжения преобразователя 12 при изменении нагрузки 14 и напряжения генератора 13 выходное напряжение преобразователя 12 выпрямляется вентилем 16 и вычитается из эталонного напряжения источника 1 с помощью сумматора 2. Разность этих сигналов интегрируется интегратором

3 и через усилитель-ограничитель 4 и сумматор 5 воздействует на управляющий вход регулятора 6, изменяя уровни ограничения напряжения прямоугольной формы, поступающего с выхода генератора 7. При этом изменение напряжения интегратора 3 приводит к изменению амплитуды выходного напряжения регулятора 6 и амплитуды основной гармоники на выходе фильтра

8, т.е. к изменению амплитуды эталонного напряжения синусоидальной формы. Указанное регулирование выполняется до совпадения среднего по модулю значения напряжения преобразователя 12 и эталонного сигнала с выхода источника 1. Сумматор 5 служит для задания начального уровня сигнала на управляющем входе регулятора 6, и соответственно начального

12496

20 значения амплитуды эталонного напря-; жения синусоидальной формы на выходе фильтра 8, относительно которого производится регулирование в большую и меньшую сторону при изменении на пряжения интегратора при его положительной и отрицательной полярности соответственно. Усилитель-ограничитель 4 служит для задания диапазона регулирования эталонного напряжения синусоидальной формы путем ограничения напряжения интегратора на определенных уровнях при его положительной и отрицательной полярности. Причем, когда напряжение на

15 выходе усилителя-ограничителя 4 имеет с .отрицательную полярность и равно отрицательному уровню ограничения, то

;выходное напряжение сумматора 5 имеет положительную полярность, а его величина имеет наименьшее возможное значение соответственно и амплитуда эталонного напряжения синусоидальной формы также имеет наименьшее значение. При изменении напряжения инте гратора 3 в направлении положительной полярности, выходной сигнал сумматора 5 возрастает и увеличивается амплитуда эталонного напряжения синусоидальной формы на выходе фильт30 ра 8 °

Применение двухконтурного регулирования сигнала управления на входе блока 11 за счет обратной связи по мгновенному значению выходного напряжения преобразователя 12, замк- 35 нутой через фильтр 15 и за счет обратной связи по среднему значению модуля выходного напряжения, замкнутой через вентиль lб,позволяет стабилизировать выходное напряжение преобразователя 12 с высокой точностью при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной. При этом под номинальной нагрузкой следует . понимать наибольшую. величину нагруз- 45 ки 14 при которой действующее значение основной гармоники выходного напряжения преобразователя равно номинальному, а коэффициент гармоники выходного напряжения преобразо- 50 вателя не превышает заданную величину. Для автономных систем электроI питания его величина не должна превышать 8Е. Для выполнения этого . условия управление преобразователем 55

: 12 в:режиме работы на номинальную нагрузку должно осуществляться по закону, обесйечивающему получение

74 4 напряжения, близкого к синусоидальному, т.е. без ограничения амплитуды сигнала управления на входе блока 11 на предельных уровнях,,соответствующих включению тиристоров в моменты естественного включения. В свою очередь, в этом режиме глубина модуляции импульсов управления должна быть близка к единице (амплитуда сигнала на входе усилителя-ограничителя 10 равна уровням его ограничения и равна амплитуде опорных сигналов блока 11) для получения лучших энергетических показателей на входе преобразователя. При этом напряжение синхронного генератора 13 выбирает-. ся таким, чтобы в режиме работы на номинальную нагрузку устройство для управления преобразователем обеспечивало стабилизацию номинального выходного напряжения преобразователя .

12 при глубине модуляции импульсов управления равной единице. Таким образом, за номинальную принимается величина нагрузки, при которой на выходе преобразователя поддерживается напряжение с заданными величинами основной гармоники и коэффициента гармоник при управлении сигналом, близким по форме и сичусоидальному, с амплитудой, обеспечивающей модуляцию импульсов управления,.равную единице.

Снижение величины нагрузки 14 от номинальной до холостого хода сопровождается повышением напряжения генератора 13, а на выходе напряжение преобразователя 12 поддерживается постоянным за счет уменьшения устройст. в ом амплитуды синусоидального эталон;т ного напряжения на выходе фильтра 8 и за счет уменьшения амплитуды основной гармоники сигнала на входе блока 1"1,, что приводит к уменьшению глубины модуляции импульсов управления. В режиме холостого хода амплитуда эталонного напряжения на выходе фильтра

8 меньше ее величины в режиме работы на номинальную нагрузку, а соотношение эталонного напряжения и напряжения ограничителя выбирается таким, чтобы отсутствовала возможность даль« г нейшего уменьшения амплитуды выходного напряжения фильтра 8. Это достигается тем, что выходной сигнал усилителя-ограничителя 4 в данном режиме имеет отрицательную полярность и равен нижнему уровню ограничения.

5 1249

Коммутация номинальной нагрузки (сброс на холостой ход и наброс) сопровождаются отклонениями выходного напряжения от номинального значения, связанными с инерционностью системы регулирования сигнала управления преобразователя из-за наличия интегратора 3. Переходный процесс изменения напряжения носит апериодический характер, а восстановление напряже- 1О ния до номинального уровня происходит за несколько периодов выходного напряжения. При набросах и сбросах нагрузки амплитуда. сигнала управле-. ния на входе усилителя-ограничителя

10 изменяется, но не превышает уровня его ограничения. Амплитуда выходного напряжения измеряется амплитудным детектором 17, который формирует напряжение, в данном случае положи- 2р тельной полярности, пропорциональное амплитуде выходного напряжения преобразователя 12. При набросе нагрузки 14 с холостого хода до номинальной величины измеряется отклонение выход- 25 ного напряжения амплитудного детек-, тора 17 и формируется эталонное напряжение в данном случае, отрицательной полярности, модуль которого не превышает минимальное значение напряжения детектора 17, измеренное при набросе номинальной нагрузки.

Поэтому при набросе номинальной нагрузки выходное напряжение сумматора 18 уменьшается, но остается положительной полярйости, соответственно выходное напряжение усилителя

20 также положительно, вентиль 21 закрыт, не пропускает сигнал на вход сумматора 2 и система регулирования работает по рассмотренному выше ал- горитму.

Если величина нагрузки 14 становится больше номинальной, то при ее подключении из-за уменьшения напряжения генератора 13, а также из-за падения напряжения в цепях преобразователя 12 его выходное напряжение уменьшается.устройство стремится .стабилизировать напряжение преобразователя 12 и увеличивает амплитуду эталонного напряжения синусоидальной формы на выходе фильтра 8 и на выходе сумматора 9, что приводит к ограничению амплитуды сигналов на выходе усилителя- ограничителя 10 и изменению его формы на трапецеидальную (прямоугольную,1, обеспечивающую

674 б включение тиристоров преобразователя пд трапецеидальному (прямоугольному ) закону в моменты естественного. включения, что сопровождается соответствующим изменением формы выход- ного напряжения также н трапецеидальную (прямоугольную) 1 При переходе на прямоугольный закон управлеНия с включением вентилей в моменты естественного включения возможности преобразователя по стабилизации выходного напряжения исчерпаны и на abtходе преобразователя устанавливается напряжение меньше номинального.

При этом постоянно действующая раз-. ница напряжений между постоянным опорным напряжением источника 1 и

1 средним,по модулю значением выходГ ного напряжения преобразователя, измеряемым вентилем 16, интегрируется интегратором 3 и стремится увеличить его выходное напряжение до максимально-возможного, а значит и амплитуду эталонного напряжения синусоидальной формы на выходе фильтра 8, Если это произойдет, то последующий сброс нагрузки будет сопровождаться значительным по вели" чине выбросом напряжения, так как нагрузка преобразователя будет. минимальной, а амплитуда эталонного напряжения.синусоидальной формы на входе сумматора 9 будет иметь максимально возможную амплитуду. При уменьшении амплитуды выходного напряжения преобразователя 12 и соответственно напряжения детектора 17 ниже эталонного напряжения источ.ника 19 изменяется полярность напряжения на выходе сумматора 18 и усилителя 20. Вентиль 21 открыва- ется и сигнал отрицательной полярности поступает на вход сумматора 2.

Величина сигнала усилителя .20 выбира" ется такой, чтобы обеспечить получение на выходе сумматора 2 сигнала . отрицательной полярности даже при нулевом напряжении на выходе вентиля

16 (в режиме короткого замыкания), что обеспечивает поддержание на выхо-. де усилителя-ограничителя 4 напряжения отрицательной полярности равного отрицательному уровню ограничения, а На выходе фильтра 8 — напряжения си" нусоидальной формы с наименьшей амп-: литудой. При этом амплитуда эталонного напряжения на выходе фильтра 8 поддерживается равной ее значению в режиме холостого хода, однако за

12496

7 счет действия обратной связи, замкнутой через фильтр, сигнал управления на входе блока 11 имеет амплитуду, обеспечивающую синусоидальный либо прямоугольный закон управления. с

5 большой глубиной модуляции. Последующий сброс нагрузки приведет к повышению напряжения на выходе преобразователя, однако его величина в начале переходного процесса окажется 10 меньше или равной номинальному значению, так как амплитуда эталонного напряжения поддерживалась равной ее значению, необходимому для поцдержания номинального напряжения в режи- 15 ме минимальной нагрузки. Таким обраI зом, переход из режима перегрузки в нормальный режим работы происходит без выбросов выходного напряжения.

При включении преобразователя ча- 20 стоты в работу с предварительной подачей питания на все блоки устройства для управления преобразователя эа исключением усилителей мощности импульсов управления, устройство 25 также обеспечивает поддержание минимальной амплитуды сигнала на выходе фильтра 8, поскольку выходное напряжение преобразователя равно нулю..

После подачи импульсов управления на тиристоры преобразователя на его выходе появляется напряжение, равное номинальному, если преобразователь

12 включается в режиме холостого хода, либо меньше номинального, если преобразователь работает на нагрузку меньшую номинальной. Поскольку эталонный сигнал источника 19 выбирается меньше сигнала детектора 17, соответствующего работе преобразователя 12 на нагрузку не более номинальной, то после включения преобра- зователя и появления на его выходе напряжения, полярность сигнала на выходе усилителя 20 станет положи- 45 тельной, вентиль 21 закроется и сис тема регулирования повысит сигнал .на выходе фильтра 8 до уровня, необходимого для стабилизации напряжения преобразователя 12. То есть и включение преобразователя в работу происходит без выбросов выходного напряжения.

Включение преобразователя частоты в работу без выбросов выходного напряжения, а также снижение выбросов выходного напряжения при переходе из режима перегрузки в нормальный режим работы позволяет избежать опасного для элементов источника и погребите лей возрастания выходного напряжения. При этом достигается улучшение качества генерируемой электроэнергии.

Формула и з обретения

Способ управления преобразователем частоты, заключающийся в том, что формируют синусоидальное эталон ное напряжение с регулируемой амплитудой, формируют импульсы управления и подают их на тиристоры преобразователя,вычисляют разность выходного напряжения преобразователя и синусоидального эталонного напряжения и в зависимости от этой разности изменяют фазу сформированных импульсов управления, определяют минимальную величину-нагрузки преобразователя частоты и соответствующую ей амплитуду синусоидального эталонного на- пряжения, при которой выходное напряжение равно номинальному, формируют постоянное бпорное напряжение, измеряют среднее по модулю значение выходного напряжения, вычитают его из опорного, а сигнал разности интегрируют, регулируют амплитуду синусоидального эталонного напряжения пропорционально вычисленному интегралу в нормальных режимах работы, в режиме короткого замыкания нагрузки преобразователя упомянутую амплитуду уменьшают до величины, определенной при работе преобразователя на минимальную нагрузку, о т л и— .ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества преобразования электроэнергии при включении и переключениях нагрузки, измеряют амплитуду выходного напряжения преобразователя частоты и формируют управляющии сигаю, пропорциональныи амплитуде выходного напряжения преобразователя, определяют минимальное значение управляющего сигнала при увеличении величины нагрузки преобразователя частоты от ее минимального значения до значения, принятого за номинальное, и формируют постоянное эталонное напряжение, не превышающее упомянутое минимальное значение управляющего сигнала, сравнивают постоянное эталонное напряжение с управляющим сигналом и в случае превышения управляющим сигналом эталон9

Составитель В.Миронов Редактор В.Иванова Техред Л.Олейник Корректор С.Шекмар

Заказ 4337/57

Тираж 631 . .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, -35 Раушская наб., д.4/5.Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðîä, ул.Проектная,4 нЬго напряжения осуществляют упомянутое регулирование амплитуды синусо идального эталонного напряжения, и в случае превышения постоянным эталон1249674 10 ным напряжением управляющего сигнала выполняют упомянутое уменьшение амплитуды синусоидального эталонного напряжения.