Способ управления мостовым вентильным преобразователем

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления выпрямителями и ведомыми инверторами. Целью изобретения является повышение коэффициента мощности преобразователя. Применение данного способа управления позволяет осуществлять как управление вьтрямитепями, так и ведомыми сетью инверторами при широком изменении величины ЭДС источника постоянного тока, поддерживать ток в заданных пределах за счет того, что при превьшении величиной постоянного тока максимальной величины уйтавки тока в выпрямительном режиме и .при ее снижении ниже минимальной величины в инверторном режиме отпирают два вентиля одной фазы преобразователя, после чего запрещают отпирание всех. вентилей. В случае снижения величины постоянного тока ниже минимальной величины уставки тока в вьтрямительном режиме и при превышении его максимальной величины уставки тока в инверторном режиме снимают запрет на отпирание вентилей. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.. (/) СО ч О) ю ОЭ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„, SU„„1317623 А1 цр4 Н 02 M 7/72

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРытий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (" ., К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3297434/24-07 (22) 05. 06 ° 81 (46) 15.06.87. Бюл. В 22 (71) Научно-исследовательский институт постоянного тока и Всесоюзный государственный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт "Энергосетьпроект" (72) А.К.Михайлов и А.В.Поссе (53) 621.314.27(088.8) (56) Нейман Л.P и др. Электропередача постоянного тока как элемент энергетических систем. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962, с. 222-228.

Маевский О.А. Энергетические показатели вентильных преобразователей.

М.: Энергия, 1978, с. 98-99. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МОСТОВЫМ

ВЕНТИЛЬНЦМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления выпрямителями и ведомыми инверторами ° Целью изобретения является повышение коэффициента мощности преобразователя.

Применение данного способа управления позволяет осуществлять как управление выпрямителями, так и ведомыми сетью инверторами при широком изменении величины ЭДС источника постоянного тока, поддерживать ток в заданных пределах за счет того, что при превышении величиной постоянного тока максимальной величины уставки . тока в выпрямительном режиме и при ее снижении ниже минимальной величины в инверторном режиме отпирают два вентиля одной фазы преобразователя, после чего запрещают отпирание всех вентилей. В случае снижения величины постоянного тока ниже минимальной величины уставки тока в выпрямительном режиме и при превышении- его максимальной величины уставки тока в инверторном режиме снимают запрет на отпирание вентилей. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1 131

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к способам управления мостовым преобразователем, который оснащен управляемыми вентилями и может работать в качестве выпрямителя и ведомого сетью инвертора.

Цель изобретения — повьппение ко- эффициента мощности преобразователя.

На фиг. 1 показана схема одномостового преобразователя; на фиг. 2 и

3 — эпюры напряжений и токов при ,работе одномостового преобразователя соответственно в режиме выпрямления и инвертирования; на фиг. 4 — структурная схема системы управления, реализующей предлагаемый способ для одномостового преобразователя; на фиг.

5 — расчетная схема четырехмостового преобразователя; на фиг. 6 — эпюры напряжений при работе четырехмостового преобразователя; на фиг. 7 структурная схема системы управления, реализующей предлагаемый способ для четырехмостового преобразователя, на фиг. 8 — структурная схема системы управления, реализующей предлагаемый способ в. соответствии с п. 3 формулы изобретения.

Трехфазный мостовой преобразователь (фиг. 1а) образован вентилями

1-6, которые присоединены непосредственно или через трансформатор к сети переменного тока. На стороне переменного тока преобразователя действуют фазные ЭДС 7 (Р,„, е Ь, е, ) и индуктивности 8 (L ) . На стороне пос— тоянного тока преобразователя между его полюсами включены последовательно источник 9 постоянной ЭДС (е) и реактор 10 индуктивностью L . ИсточО ником 9 ЭДС может быть машина постоянного тока, выполняющая функцию двигателя при работе преобразователя в режиме выпрямления или генератора при работе преобразователя в режиме инвертирования. Кроме того, в качестве источника 9 ЭДС могут быть использованы преобразователь передачи или вставки постоянного тока, аккумуляторная или конденсаторная батарея. На фиг. 1б показаны схема включения конденсаторной батареи 11 вместо источника 9 ЭДС. При работе преобразователя в качестве выпрямителя включены, например, разъединители 12 и 13 и происходит заряд конденсаторов емкостного накопителя энергии. Для выдачи накопленной энер7623 2

2О

ЗО

55 гни в сеть переменного тока разъединители 12 и l3 размыкаются, включаются разъединители 14 и 15, а преобра-, зователь изменением фаз импульсов управления (изменением углов регулирования) переводится в инверторный режим.

На фиг. 2 и 3 показаны изменяющиеся во времени кривые ЭДС, напряжения, токов и импульсов управления, а именно относительно оси 0„ — трехфазная система ЭДС, е„, е ь > c ° относительно оси Π— импульсы управления, отпирающие четные вентили (индексы при импульсах соответствуют позициям вентилей на фиг. 1а), относительно оси

Оз — импульсы управления, отпирающие нечетные вентили, относительно оси

0 — токи вентилей (токи четных вентилей показаны над осью, а нечетных— под осью: пунктирными линиями показаны уровни уставок максимального и минимального токов), относительно оси

Π— вьгпрямленное напряжение U< и ЭДС е источника 9 ЭДС

На фиг. 4 показана структурная схема системы управления, содержащей блок 16 сравнения, снабженный переключателем 17 рода работы. Два выхода блока 16 сравнения подключены к управляющим входам блоков 18 и 19 управления тиристорами 1, 3, 5 и 2, 4, б соответственно, и к запирающим входам этих блоков, причем к одлоьф из них,. например 19, через блок 20 задержки по времени. Величина постоянного тока определяется датчиком 21, выполненным,„ например, в виде трансформатора постоянного тока. Блок. 16 сравнения содержит элементы 22 и 23 сравнения с уставками I u I у макс у м " соответственно. Выходы элементов уставок подключены к переключателю 17 непосредственно или через инверторы

24 и 25. Один из вьгходов переключателя 17 подключен к одному входу Dтриггера 26 непосредственно, а дру гой — через логический элемент НЕ 27.

Выходы D-триггера 26 являются выходами блока 16 сравнения.

В режиме выпрямления при токе, меньшем обоих уставок, сигнал от логического элемента НЕ 27 переводит

D-триггер 26 в состояние, при котором подается сигнал управления на блоки 18 и 19 управления и преобразователь работает в нормальном режиме.

По мере роста тока при превьппении его величины ?„м„„ входной сигнал на

3 4

= О, при котором коэффициент мощности преобразователя имеет наибольшее возможное значение. Процесс показан начиная с некоторого момента времени, когда при нормальном режиме работы выпрямителя происходит нарастание постоянного тока д, причем значение этого тока находится между значениями токов уставок Т„„,„„. и I> . Нарастание тока происходит

У мс кс потому, что U d е,, постоянная времени нарастания определяется отношениемL KL

Разность Ugе воспринимается реактором 10.

В момент t ток id достигает значения тока I и в результате этомс<кс го подается команда на переход к однофазному режиму, которая выполняется следующим образом (см. импульсы на осях 0 и О>): блокируется очередной после t импульс (на фиг. 2 импульс 5) и все импульсы его группы (на фиг. 2 импульсы нечетной группы вентилей), в другой группе импульсов блокировка производится с задержкой на один очередной импульс (на фиг. 2 четные импульсы блокиру;ются не сразу, а после возникновения очередного в этой группе импульса 6) .

В результате этого ток продолжает проходить через вентиль 3, в момент

t возникает коммутация тока с венти3 ля 4 на вентиль 6 и после ее оконча- ния начинается однофазный режим: ток

i> проходит через вентили 3 и 6, присоединенные к одной фазе на стороне переменного тока, в данном примере к фазе С.

В однофазном режиме ток д спадает с постоянной вермени L

R — активное сопротивление реактора

10, двух вентилей и других элементов цепи. В случае использования конденсаторной батареи 11 электромагнитная энергия реактора 10 переходит в энергию конденсаторов 11 и значение е продолжает нарастать. В момент ток снижается до величины I, и в результате этого подается команда на возобновление формирования и подачи на вентили 1-6 импульсов управления по-прежнему с минимальным углом регулирования. Восстанавливается нормальный режим работы преобразователя, выпрямленное напряжение Ug становится больше ЭДС е вследствие, чего ток х„ снова нарастает. Продолжается за3 131762

D-триггере пропадает, он остается в прежнем положении, работа схемы не изменяется. При увеличении тока I> выше Т„„„„, появляется сигнал на другом входе D-триггера 26, пропадает сигнал на его управляющем выходе и появляется сигнал на запирающем выходе, который блокирует импульсы блоков 18 и 19 управления, причем за счет введения блока 20 задержки за- 1ð пирание импульсов одной из групп тиристоров, а именно 2, 4, 6, происходит со сдвигом на один интервал повторяемости, что и приводит к работе преобразователя в режиме горения вентилей одной фазы. После этого ток

I начинает снижаться и при уменьшеd нии его ниже величины I „« опять появляется сигнал на выходе элемента, после чего цикл повторяется. 20

B режиме инвертирования процесс повторяется в обратном порядке. Для того, чтобы согласовать полярность напряжения элементов 22 и 23 сравнения в обоих режимах переключателем 17 25 в цепь их выходных цепей введены инверторы 24 и 25.

Если преобразователь работает толь-, ко в режиме инвертирования, перевод его в режим однофазного опрокидывания ЗО может осуществляться простым открыванием вентилей тех фаз, в которых уже имеются проводящие вентили. Схема управления для этого случая представлена на фиг. 8. Дополнительно к указанным элементам в нее введен блок 28 одноразовых импульсов, формирующий одиночные импульсы длительностью 60 для мостовой схемы, Эти импульсы подаются на все тиристоры 40

1-6 преобразователя одновременно с подачей запирающего напряжения на блоки 18 и 19 управления. При подаче управляющего напряжения на блоки 18 и 19 управления одновременно подает в 45 ся сигнал на приведение блока 28 в рабочее положение.

Блок 28 одноразовых импульсов может быть выполнен, например, в виде емкостного накопителя, снабженного зарядным устройством и устройством срабатывания.

Эпюры на .фиг ° 2 иллюстрируют работу преобразователя в режиме выпрямления и постепенный рост встречной ЭДС е источника 9 ЭДС (например, процесс заряда конденсаторной батареи 11). Вентили 1-6 отпираются импульсами с углом регулирования

5 131762 ряд конденсаторной батареи 11 (увеличение е ) .

После того, как ток i станет равным I«„„ описанный процесс повторяется. Нри заряде емкостного накопителя 11 процесс заканчивается, ког5 да ЭДС е становится равной максимальным значениям выпрямленного напряже„ ния, а ток i< спадает до нуля.

Эпюры на фиг. 3 иллюстрируют ра- 1р .боту мостового преобразователя в инверторном режиме. Пусть на стороне постоянного тока в качестве источника ЭДС е включен заряженный конденсатор 11 и процесс заключается в передаче его энергии через инвертор в сеть переменного тока. Конденсатор

11 постепенно разряжается и соответственно с этим уменьшается „. Вентили 1-6 инвертора могут отпираться с постоянным углом опережения 8, значение которого выбирают возможно меньшим, но таким, чтобы коммутация наибольщих токов, близких к Тм„„ проходила успешно. Улучшение коэффи- 25 циента мощности достигается, если инвертор снабжен регулятором угла погасания, который изменяет угол опережения так, чтобы при всех значениях тока угол погасания был возможно ми- 3р нимальным.

Процесс на фиг. 3 показан начиная с некоторого момента времени, когда при нбрмальном режиме работы инвертора происходит спадание тока причем его значение находится между значениями токов уставок 1„ и

I . Уменьшение тока происходит потомин му, что встречное напряжение инвертора 1U gl больше ЭДС конденсатора 11 (е) . Разность lU / — е компенсируется ЭДС, возникающей на реакторе 10 при уменьшении

-тока. В момент t ток становитerr равным токУ уставки I „„ и в результате этого подается команда на переход к однофазному режиму. Такой переход можнО осуществить так же, как при работе преобразователя в режиме выпрямления. B результате начиная с момента t встречное напряже3 ние инвертора U = О, ток пропускают вентили 5 и 2, присоединенные на стороне переменного тока к фазе а, В режиме инвертирования к однофазному режиму можно перейти преждевременным отпиранием такого вентиля, который принадлежит той же фазе, что и проводящий в данном промежутке

3 б времени один из двух вентилей, и последующей блокировкой всех импульсов.

Так, сразу после момента t (фиг. 5)

1 можно преждевременно подать импульс на вентиль 5 и затем заблокировать все импульсы. Ток переходит с вентиля 3 на вентиль 5, и однофазный режим с проводящими вентилями 5 и 2 начинается еще до момента

В однофазном режиме ток под действием ЭДС е начинает нарастать. часть энергии конденсатора 1 I переходит в электромагнитную энергию реактора 10. В момент t ток достигает значения тока установки I „ и макс в результате этого подается команда на возобновление формирования и подачи на вентили 1-6 импульсов управления по-прежнему с минимально допустимым углом опережения 8. Восстанавливается нормальный режим работы преобразователя, опять IUgl 1с1 ток уменьшается, продолжается передача энергии от конденсатора !1 в сеть переменного тока.

После того, как ток id станет равным I»„ описанный процесс повторяется. Процесс заканчивается при полном разряде конденсатора 11.

Таким образом, применение предлагаемого способа управления мостовым преобразователем позволяет осуществлять его работу как в режиме выпрямления, так и в инверторном режиме, при широком изменении величины ЭДС источника стороны постоянного тока, поддерживать ток в заданных пределах и обеспечивать высокое значение коэффициента мощности.

Однако при использовании предлагаемого способа управления возникает неравномерность потребления мощности в режиме выпрямления и выдачи мощности в режиме инвертирования. Отрицательное влияние этого недостатка на сеть переменного -.îêà можно уменьшить подключением к сети параллельно двух или больше преобразователей, работающих со сдвигом во времени промежутков нормальной работы. Кроме того, можно использовать многомостовой каскадный преобразователь, например, по схеме фиг. 5.

Работа такого преобразователя в режиме выпрямления поясняется графиком на фиг. 6, ось О6> а В режиме инвертирования — графиком на фиг. 6, ось О . ЭДС е источника 9 ЭДС при работе в режиме выпрямления возраста1317623

При работе в режиме выпрямления 40 (фиг. 6, ось О ) в моменты tz, tq, t4 в соответствии с ростом ЭДС е про— исходит ввод по одному мосту, который до этого находился в однофазном режиме. Предлагаемое управление с 45 чередованием нормального и однофаз- . ного режимов в течение всего процесса нарастания осуществляется на одном из работающих мостов 1М-4М. Так, в .промежутке t t в управляемом режиме может быть мост 1М или 2М и соответственно в нормальном режиме — мост

2М или 1М, мосты ЗМ и 4М в этом промежутке времени находятся в однофазном режиме. Один из возмвжных способов управления состоит в том, что для управления выбирается один мост, например 1М, а остальные мосты в зависимости от необходимого уровня выет, а при работе в инверторном режиме снижается (например, в результате заряда и разряда конденсаторов емкостного накопителя энергии). Изменение выпрямленного напряжения Ud показано в первом приближеннии как изменение его постоянной составляющей.

Структурная схема управления для четырех мостов представлена на фиг.7.

Схема управления мостом 1М не отличается от схемы фиг. 4. Остальные мосты 2М-4М имеют блоки 29-31 сравнения блоки 32-37 управления и блоки

38-40 задержки по времени. Схема их соединения не отличается от схемы фиг. 4. Однако так как эти мосты переводятся из однофазного режима в нормальный не по сигналу тока, а по сигналу напряжения, то входной сигнал напряжения на конденсаторе 11 сравнивается в блоках 29-31 сравнения с уставками напряжения 1/4 U „, 1/2U „ и 3/40,1 соответственно для мостов н

2М, ЗМ и 4М. Величина напряжения на емкостном накопителе 11 определяется датчиком 41 напряжения, выполненным, например, в виде делителя. Для перевода мостов 2М-4М в однофазный режим в начале процесса заряда емкостного накопителя 11 сигналы на блоки 3237 управления подаются от одного блока 42 сравнения при напряжении, поступающем с датчика 41 напряжения, меньшем 1/4U Ä. Блоки 29-31 сравнения подсоединяются к управляющим входам блоков 32-37 управления непосредственно, а к запирающим — через логические элементы НЕ.

35 прямленного напряжения находятся в нормальном или однофазном режиме.

При пуске выпрямителя в момент на мостах 2М, ЗМ, 4М импульсами управления отпираются только по два вентиля одной фазы. Для перевода в последующем моста из однофазного режима в нормальный подаются импульсы управления на все его вентили.

При работе в режиме инвертирования (фиг. 6, ось О,) в моменты С в соответствии со снижением

ЭДС р происходит вывод по одному мосту (перевод из нормального режима в однофазный). Предлагаемое управление с чередованием нормального .и однофазного режимов в течение всего процесса снижения е осуществляется на1 одном из работающих мостов.

Как видно из графиков, при испбльзовании многомостового каскадного преобразователя значительно уменьшаются колебания выпрямленного напряжения (в соответствии с числом мостов) °

Кроме того, можно уменьшить диапазон изменения тока, сократить разность уставок I„„„ -1„„„, так как уменьшается разность U — е, возникающая при управлении одним мостов из нескольких, включенных последовательно. В результате при переходе от одномостового преобразователя к многомостовому значительно снижается отрицательное влияние способа управления на сеть переменного тока, связанное с неравномерностью потребления или выдачи мощности.

Формула изобретения

1. Способ управления мостовым вентильным преобразователем, заключающийся в том, что задают максимальную величину уставки тока, измеряют величину постоянного тока, сравнивают ее с заданной уставкой тока, формируют импульсы управления вентилями преобразователя и отпирают их с нормальным чередованием фаз, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения коэффициента мощности, задают минимальную величину уставки тока, сравнивают ее с измеренной величиной постоянного тока, при пре; вьппении величиной постоянного тока максимальной величины уставки тока в выпрямительном режиме и при ее снижении ниже минимальной величины уставки в инверторном режиме отпи1317623

1О рают два вентиля одной фазы преобразователя, после чего запрещают отпирание всех вентилей, при снижении величины постоянного тока ниже минимальной величины уставки тока в выпрямительном режиме и при превьппении его максимальной величины уставки тока в инверторном режиме снимают запрет на отпирание вентилей.

2. Способ по п. 1 о т л и ч а юшийся тем, что для отпирания двух вентилей одной фазы преобразователя фиксируют открытый вентиль и запрещают отпирание следующего вентиля преобразователя.

3. Способ по и, 1, отличаюшийся тем, что для отпирания двух вентилей одной фазы преобразователя в инверторном режиме фиксируют фазы, первые вентили которых открыты, 10 и отпирают второй вентиль в одной из указанных фаз.

1317623

От

1317623

Фиг4

) 3)7623

1317623

Составитель В.Миронов

Редактор А.Огар Техред В.Кадар

Корректор Л.Пилипенко

Заказ 2432/53 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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