Способ формирования опорного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для импульсно-фазового управления вентильными преобразователями . Целью изобретения является повьшение точности формирования тока нагрузки в прерывистом режиме. В данном способе определяются режим прерывистого тока путем сравнения величины противо-ЭДС нагрузки и фазного . напряжения и коррекция в этом режиме опорного напряжения таким образом, чтобы обеспечить линейную зависимость между напряжением задания на ток и среднем значением тока нагрузки независимо от изменения амплитуды и частоты питающей сети. 2 ил. Р 00 j: СО сд

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECIlYEillHH (19) (11) (59 4 Н 02 M 1/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3866374/24-07 (22) 11.03.85 (46) 07,10.87. Бюл. У 37 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) Г. В, Грабовецкий, В, Г. Анохов, О. Г, Куклин и Б. А. Сташишин (53) 621.314,2?(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1лл 921026, кл. Н 02 M 1/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

1(л 1117817, кл. Н 02 М 7/12, 1982. (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для импульсно-фазового управления вентильными преобразователями, Целью изобретения является повышение точности формирования тока нагрузки в прерывистом режиме. В данном способе определяются режим прерывистого тока путем сравнения величины противо-ЗДС нагрузки и фазного напряжения и коррекция в этом режиме опорного напряжения таким образом, чтобы обеспечить линейную зависимость между напряжением задания на ток и среднем значением тока нагрузки независимо от изменения амплитуды и частоты питающей сети, 2 ил.

1343514

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для импульсно-фазового управления вентильными преобразователями .с естественной коммутацией.

Целью изобретения является повышение точности формирования тока нагрузки в режиме прерывистого тока, На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, реализующего пред.лагаемый способ; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие способ и работу устройства, Устройство содержит блок 1 формирования синусной составляющей опорного напряжения, блок 2 формирования косинусной составляющей опорного напряжения, блок 3 выделения противоЭДС нагрузки, первый сумматор 4, модулятор 5 фазы, датчик б амплитуды сетевого напряжения, блок 7 коррекции включающий сумматор 8, выпрямитель

9, ключ 10 и ячейку 11 аппроксимации.

Блок 1 представляет собой вычитающий усилитель с равными коэффициентами передачи по инверсному и неинверсному входам, При этом на неинверсный вход подается линейное напряжение U; (фиг, 2 а), прикладываемое к нагрузке при включении, очередного вентиля, для которого формируется опорное напряжение, а на инверсный вход — линейное напряжение, соответствующее предыдущему вентилю U„l;I1, В результате на выходе вычитателя формируется синусная составляющая опорного напряжения U, представляющая собой полуволну синусоиды в зоне о

0-180 (фиг, 2 а), соответствующей зоне работы вентиля, для которого формируется опорное напряжение.

Блок 2 представляет собой суммирующий усилитель, на неинверсный вход которого поступают через весовые сопротивления напряжения U„„ v UÄ<„-,1 / - / в результате на его выходе формируется косинусная составляющая опорного напряжения U«(фиг, 2 а).

Блок 3 формирует напряжение Е„, пропорциональное противо-ЭДС нагрузки. Сумматор 4 может быть выполнен на операционном усилителе, охваченном резистивной обратной связью и с весовыми сопротивлениями на входе. Модулятор представляет собой компаратор с гистерезисным характером переключения, Датчик 6 представляет собой выпрямитель, например, по трехфазной нулевой схеме с емкостным фильтром на выходе, входы которого через резистивные делители подключены к фазам питающей сети.

Ячейка 11 аппроксимации может быть выполнена на основе операционного

10 усилителя с корректирующими цепями, например с тремя участками аппроксимации, выходное напряжение U êîòîðîго равно U„ =: 0,25 U« + 0 58 (U/I —

15 U напряжение на выходе выпрямителя 9, а 0„„„ пропорционально напряжению U/14 датчика 6, Устройство,- реализующее предлагаемый способ, работает следующим об20 разом, В интервале U, — U (фиг. 2 a), соответствующему зоне углов улравлеО ния 0-180, блоки 1 и 2 на основе линейных напряжений U; U«,,1 путем

25 их суммирования и вычитания формируют соответственно косинусную U è синусную U< составляющие опорного напряжения. Для симметричной питающей сети амплитуды линейных напряжений

30 одинаковы.

Рассмотрим формирование составляющих опорного напряжения для шестипульсной схемы, их формирование аналогично для других значений пульсноЗ5 стей, формируется как полусумма линейных напряжений и с учетом сдвига между U„; и U/I ;,1 имеет амплитуду косинусной составляющей

1 /

<3 U/I

Пт 2 Р причем максимум U íàõîäèòñÿ в точке a = 0 (фиг. 2 а, V ) . .U формируется как полуразность тех же линейных напряжений и имеет амплитуду

U/m

Uc — 2

50 причем переход через нуль происходит в точке Ы, = О.

В сумматоре 4 суммирование U производится с единичным коэффициентом передачи„ а U — с коэффициентом

55 /II — ct и /и/ передачи в общем случае >

t g /m что соответствует для шестипульсной схемы 0,308 и приводит к сдвигу в

1343514 сторону отставания опорного напряжения U, относительно 11„ для непрерьЮного режима приблизительно на десять.

Поскольку в сумматоре 4 из суммы

5 и U производится вычитание противо-ЭДС нагрузки Ен, то U в непрерывном режиме (фиг, 2 а), поступающее на вход модулятора 5, есть напряжение U в интервале V„-V, отсчиты- 10 ваемое от Е„, используемого в качестве нулевой оси. Управляющее напряжение поступает на второй. вход модулятора 5, Приведенное формирование U „ позволяет получить постоянный коэффициент передачи при изменении Е„, т.е. при различных углах управления, Это позволяет получить от системы одинаковую динамику и статику, оптимальную при всех углах управления.

Рассмотрим формирование опорного напряжения в прерывистом режиме.

Необходимо сформировать U такое, чтобы выполнялась пропорциональная 25 . зависимость между заданием на ток и током нагрузки во всем диапазоне прерывистого режима: при изменении тока от нуля до предельно непрерывного.

Б „ зависит от вида нагрузки, пред- Э0 лагаемый способ ориентирован на нагрузку вида посЛедовательное соединение противо-ЭДС и индуктивности, Такую нагрузку в первом приближении представляет собой фаза асинхронного двигателя или якорная цепь двигателя постоянного тока. Для указанной нагрузки в установившемся режиме предельно непрерывный ток имеет длитель2я ность протекания g = — p т.е. равную 40 ш интервалу дискретности преобразователя. При этом среднее значение выпрямленного напряжения равно противо-ЭДС нагрузки. Поскольку нагрузка отраа- 45 ет среднее значение выпрямленного напряжения, то предельно непрерывный режим при U» (фиг. 2) соответствует углу включения в момент Ч, т.е. равенству 50

»С Н

При угле включения в момент V4 ток нагрузки равен нулю, так как мгновен- 55 ное значение V; не превышает Е „.

Следовательно, зона прерывистого режима соответствует углам управления, попадающим В интервал V(Ч4 для дан ного вентиля и аналогичные интервалы для других вентилей.

В прерывистом режиме необходимо сформировать опорное напряжение U „, отсчитываемое от Ец (фиг. 2 а), которое позволяет получить пропорциональную зависимоcTb между заданием на ток U и средним значением тока нагрузки I „, . Связь между ними осуществляется следующим образом: U сравнивается с U „, в момент сравнения (фиг. 2 е, точка D) вырабатывается импульс управления С„„ (фиг, 2 б) с углом с6 (момент V ), в результате формируется импульс тока i„ (ôèã. 2 в), среднее значение которого за интервал дискретности Т„ есть I . Если для любого угла включения к в интервале V -V установить уровень V и, пропорциональный I то получим пропорциональную завйсимость между

V u I Примерный характер такой зависимости V приведен на фиг. 2 а, где каждому текущему моменту Ч, отсчитываемому от точки предельно непрерывного режима V, получена требуемая зависимость Ч,(V).

Таким образом, I„ (Ч) определяется следующим образом. Известны уравнения, связывающие среднее значение тока нагрузки I в прерывистом режиме с противо-ЭДС нагрузки Е„, длительностью протекания тока . и углом включения откуда ш э

Н.ср Н.ПН (3% ) (2) ) где I среднее значение тока в предельно непрерывном режиме.

Длительность протекания тока Ъ связана с углом включения с6 попадающим для прерывистого режима в интервал V -V4 для принятого значения Е„.

Если за начало отсчета времени принять момент V, то можно связать текущее время с длительностью протекания тока . Для момента включения очередного вентиля V (фиг. 2 а) V =

= V -V . Кроме того, в первом приближеннии можно принять V -V> 0/2

П а V -V = —. Эти равенства тем точа нее, чем ближе Е„к нулю. Отсюда текущее время V = ii/m — y/2, а зависимо сть среднего значения тока от момента включения вентиля V I „,р =

1343514 значение этой разницы на выходе выпрямителя 9 есть U«, которое через нормально замкнутый ключ 10 поступает на первый вход ячейки 11, До тех пор, пока импульс управления С„„ на выходе модулятора 5 отсутствует (фиг. 2 б, отрицательное значение Сн„)

"" ) ключ 10 находится в замкнутом состоянии. Когда появляется импульс управt0 ления (положительное значение Сн с момента V ), ключ 10 размыкается.

На второй вход ячейки 11 поступает напряжение уровня аппроксимации которое формируется датчиком 6, По15 следний вырабатывает постоянное напряжение 1),р, величина которого пропорциональйа амплитуде питающей сети, которая заводится на вход датчика.

Внутри ячейки 11 напряжение разбива20 етсЯ на подУРовни Ufo„ U zz . С изменением напряжения питающей сети изменяются амплитуды Uц и U„„, но пропорционально изменяется Uiö и закон аппроксимации сохраняется, 25 Достаточно точную аппроксимацию можно получить используя три кусочнолинейных учатска. Увеличение числа аппроксимируемых участков приводит к повышению точности формирования, 30 но усложняет реализацию.

Смысл аппроксимации сводится к тому, что крутизна U возрастает при превышении 0,к очередного уровня аппроксимации.

Уровни аппроксимации устанавливают в исходном режиме, когда Е н = О.

Для этого случая момент перехода U

d через нуль соответствует <а = 90 и

1предельно непрерывному току нагрузки, 40 .а окончание зоны прерывистого режима — = 120, Амплитуда напряжения предварительной коррекции, соответствующей точке к = 120, равна ш — — V +

il — (т V) ), 1.1рк Е н . 1 кр

Выбор U для формирования U„ вы- 45 зван тем, что функция Б„„ коррелирует с функцией U),, Обе функции равны нулю в точке, соответствующей предельно непрерывному режиму (точка V ), и монотонно возрастают к моменту окон- 50 чания зоны прерывисTQго режима (момент V,, ). Кроме того, с увеличением

Е„ уменьшаются амплитуды обеих функций (ордината СК для U и ордината

СХ для П,ц,).

Рассмотрим формирование U соглас-, но функциональной схеме (фиг. 1).

Сумматор 8 производит операцию вычитания Е„ — 11„р . Положительное

U „ = U sin 30

Следовательно, П „в прерывистом режиме U, от текущего времени V должно иметь вид последней зависимости.

При этом в точке предельно непрерывного режима 7 (текущее время V = О) амплитуда опорного напряжения для прерывистого режима должна быть рав на ординате АВ = V, т.е. равна опорI ному напряжению слева от V соответствующему опорному напряжению для непрерывного режима. Отсюда уравнение опорного напряжения в прерывистом режиме имеет вид

Р—, V+ 3 =, V)— рд ou (U „(фиг, 2 а) формируется следующим образом.

Известны законы изменения от времени U „ и U „ . Разность между ними— напряжение коррекции U< = Uoo Op

Изменение U в интервале V -Ч4 представляет собой монотонно возрастающую функцию от нуля в точке V до максимума в точке V . Поскольку функция U заранее известна, то сформировав U и сложив ее в прерывистом режиме с U „, получаем U и, Формирование U), производится в блоке 7 путем кусочно-линейной аппроксимации из напряжеНия предварительной коррекции

Б,)„, которое представляет собой разность противо-ЭДС нагрузки E è косинусной составляющей U), опорного напряжения где .U„o, — амплитуда U),ñ

К UÄÄ привязаны уровни аппроксимации

Б р, = 0 2 )-)„„„„; Э О = 0 5 У„к„,, Выбор уровней аппроксимации и коэффициентов передачи на каждом участке осуществляется графическим построением U no U „ таким образом, чтобы полученное напряжение коррекции U êàê можно точнее приближалось к напряжению, полученному расчетным

Цк 0,25 U„ + 0,58 (11пк

Причем очередная разность вступает в работу при превышении напряжения предварительной коррекции соответствующего уровня аппроксимации, fO

Напряжение коррекции U сформированное в прерывистом режиме, поступает на соответствующий вход сумматора 4, суммируется с Б„„ и формирует на выходе сумматора опорное напряжение f5

По((°

В момент V происходит сравнение напряжений Б и U „, а модулятор 5 вырабатывает широкий импульс управ- 20 ления С„, положительное значение которого размыкает ключ 10 и прекращает подачу U„ на вход ячейки 11, Примененная селекция по ЦИ1 приводит к тому, что напряжение предварительной коррекции Uù, вырабатываемое в каждом канале опорного напряжения, не перекрывается по времени. Это позволяет сократить аппаратурные затраты и использовать ячейки 11 для всех 30 каналов, При этом на входе ячейки ll, ("сумматор, прои зводящий суммирование ,напряжений коррекции всех каналов, ставят после соответствующих ключей

10 (не показано), а общее напряжение коррекции подают одновременно (параллельно) на все сумматоры 4 каналов опорных напряжений, 40

Таким образом при формировании опорного напряжения в прерывистом режиме определяется начало прерывистого режима, уровень опорного напряжения в начале прерывистого режима равен уровню опорного напряжения в конце непрерывного режима, т.е. происходит запоминание уровня опорного напряжения U,„ для непрерывного ре( жима на границе прерывистого режима, а формирование Ук производится из напряжения Б„к путем кусочно-линейной аппроксимации таким образом, чтобы результирующее напряжение U u .соответствовало заданному закону.

50

7 134351 путем. В результате U f(U ) соответствует следующему выражению:

Таким образом, предлагаемый способ позволяет формировать опорное напряжение в прерывистом режиме, обеспечивающее линейную зависимость между напряжением задания на ток и средним значением тока нагрузки независимо от изменения амплитуды и частоты питающей сети и практически во всем диапазоне изменений противоЭДС нагрузки. Это приводит к повышению точности формирования тока нагрузки в прерывистом режиме. ! формула изобретения

Способ формирования опорного на« пряжения для управления вентильным преобразователем с естественной коммутацией, заключающийся в том, что измеряют на каждом интервале дискретности ЭДС источников питания, подключенных к нагрузке, и противо-ЭДС нагрузки, в режиме непрерывного тока опорное напряжение U формируют как сумму трех составляющих, первая из которых равна полусумме ЭДС источников питания, подключенных к нагрузке на данном и предыдущем интервале дискретности, вторая — полуразности указанных ЭДС, умноженной на величину (m/h — ctg й/m)/tg ((/т, где ш — пульсность преобразователя, третья составляющая равна противо-ЭДС нагрузки, взятой с обратным знаком, .о т л и— чающий с я тем, что, с целью повышения точности формирования тока нагрузки в режиме прерывистого тока, сравнивают противо-ЭДС нагрузки с указанной первой составляющей опорного напряжения, в момент равенства противо-ЭДС нагрузки и первой составляющей опорного напряжения фиксируют

I значение опорного напряжения Б и при превышении значениями противоЭДС нагрузки значений первой составляющей опорного напряжения опорное напряжение формируют равным

U, =U, (1 — тi V+ 3 (m/" x

x V) — (m " V) ) где 7 — текущее время, взятое в радианах.

1343514

Составитель В, Миронов

Редактор И. Шулла Техред.М.Коданич Корректор А, Ильин

Заказ 4834/54

Тираж 659 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