Способ управления вентильным преобразователем с шунтирующим вентилем

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 02 М 7!155

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BT0PCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4110429/24-07 (22) 12.06.86 (46) 23.05.88. Бюл. И9 1.9 (71) Белорусский политехнический институт (72) Н.Н.Михеев и А.P.Îêîëîâ (53) 621.316.727 (088.8) (56) Грабовецкий А.Г. Упреждающее управление вентильным преобразователем. — Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, 1983, В 6, с. 9-12.

Авторское свидетельство СССР

0 1319199, кл. Н 02 М 7/00, 1984.. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЪНЦМ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ С ШУНТИРУЮЩИМ ВЕНТИЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для. управления вентильными преобразователями постоянного тока, содержащи ми шунтирующие вентили. Цель -изобретения — повышение помехозащищенности и быстродействия работы преобразова-. теля. По предложенному способу форми руют опорное напряжение для шунтирую. щего вентиля в виде суммы сигнала, „„SU„„1398052 А1 пропорционального интегралу противоЭДС нагрузки на интервале бестоковой паузы и сигнала, пропорционального интегралу прикладываемого к нагрузке напряжения на интервале с момента открывания вентиля преобразователя и до момента открывания шунтирующего вентиля, либо до момента погасания тока нагрузки в двигательном режиме, если погасание тока произойдет до момента открывания шунтирующего вентиля в двигательном режиме, и импульс управления шунтирующим вентилем формируют в момент превышения опорного напряжения для шунтирующего вентиля напряжением управления. В двигательном режиме блокируют поступление на управляющий вход шунтирующего вентиля импульса управления, сформированного на интервале бестоковой паузы и производят открывание шунтирующего вентиля синхронизирующим импульсом, сфор мированным в момент, перехода синусоиды питающего напряжения через ноль в . -отрицательную область, если в этот Ж момент времени напряжение управления 00 превышает опорное напряжение для шун- („ тирующего вентиля. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. Q3

1398052

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления вентильными преобразователями постоянного тока, содержащими

5 шунтирующий вентиль.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности и быстродействия.

На фиг.1 и 2 представлены функцио- 10 нальные схемы устройства, реализующих способ управления вентильным преобразователем с шунтирующим вентилем; на фиг.3 — - временные диаграммы, поясняющие способ управления вентильным пре- 15 образователем с шунтирующим вентилем и работу реализующего его устройства.

kIa фиг.1 показаны ключи 1-3 сбросов интеграторов, интеграторы 4-6, диоды 7-8, управляющие ключи 9-11, 20 суммирующие устройства 12 и l3, компараторы 14 и 15, формирователи 16 и

- 17 импульсов управления, блок 18 определения фазного выпрямленного напряжения за положительный полупериод, блок 19 синхронизирующих сигналов, формирователь 20 синхронизирующих импульсов, элементы ИЛИ 21 и ?2, формирователь 23 импульсов, триггеры 24 и 25, элементы И 26-28 релейный эле- 30 мент. 29 и элементы ИЛИ 30 и 31.

Ключи 1, 2 и 3 сброса интеграторов подключены на соответствующие клеммы интеграторов 4, 5 и 6, неинвертирующий вход интегратора 4 через диод 7, включенный в прямом направлении, соединен с клеммой сетевого питающего напряжения, а инвертирующий вход через диод 8, включенный в обратном направлении, соединен с клем- 40 мой сетевого питающего напряжения и через управляющий ключ 9 — с нулевой шиной, неинвертирующий вход интегра-. тора 5 соединен с датчиком противо"

ЭДС нагрузки и через управляющий ключ45

10 - с нулевой шиной, с которой также соединен инвертирующий вход интегратора 5, вход управления управляющего ключа 10 соединен с датчиком нагрузки, неинвертирующий вход интегратора

6 соединен с клеммой сетевого питающего напряжения и через управляющий ключ 11 — с нулевой шиной, с которой также соединен инвертирующий вход ин . тегратора 6, выходы интеграторов 4 и

6 соединены соответственно с первыми входами суммирующих устройств 12 и

13, вторые входы которых соединены с выходом интегратора 5, а выходы сое.— динены соответственно с входами сравнения компараторов 14 и 15, опорные входы которых соединены с источником напряжения управления, а выходы через формирователи 16 и 17 импульсов управления соединены соответственно с входами управления вентиля преобразователя и шунтирующего вентиля.

Выход блока 18 определения фазного выпрямительного напряжения соединен с третьим входом суммирующего устройства 12; вход блока 19 синхронизирующих сигналов соединен с клеммой питающего напряжения, а выход через формирователь 20 синхронизирующих импульсов соединен с первым входом элемента ИЛИ 21, второй вход которого, как и второй вход элемента

ИЛИ 22, соединен через формирователь

23 импульсов с выходом датчика тока, первый вход элемента ИЛИ 22 соединен с выходом формирователя 17 импульсов управления, выходы элементов ИЛИ 2 1 и 22 соединены соответственно с Sвходами триггеров 24 и 25, R-входы которых соединены с выходом формирователя 16 импульсов управления, инверсный выход триггера 24 соединен с входом управления ключа сброса интегратора 1, а прямой выход триггера

25 соединен с входами управления управляющих ключей 9 и 10, первые входы элементов И 26, 27 и 28 соединены соответственно с выходаМи элемента ИЛИ 22, формирователя 16 импульсов управления и формирователя

17 импульсов управления, второй вход элемента И 26 и вторые входы элементов И 27 и 28 соединены соответственно с первым и вторым выходами релейного элемента 29, вход которого соединен с источником напряжения управления; выходы элементов И 26 и 27 соединены с первым и вторым входом элемента HJIH 30, выход которого соединен с входом управления ключа 2 сброса интегратора, первый и второй входы элемента ИЛИ соединены с выходами элементов И 26 и 28, а выход соединен с входом упрацления ключа 3 сброса интегратора.

На фиг.2 показаны элемент ИЛИ 32, элементы И 33 и 34 и элемент HE 35.

Первый, второй и третий входы эле" мента ИЛИ 32 соединены соответственно с выходамн элементов И 28> 33 и 34, а выход соединен с входом управления шунтирующего вентиля и с первым вхо1398052 дом элемента ИЛИ 22, первый вход элемента И 33 соединен с выходом формирователя 20 синхронизирующих импульсов, а второй вход через элемент НЕ

35 соединен с выходом компаратора 15, первый вход элемента И 34 соединен с выходом формирователя 17 импульсов управления, второй вход — с первым выходом релейного элемента 29, а тре".1ð тий вход соединен с выходом .датчика тока.

На фиг.3 обозначено: :U - фазное напряжение питающей сети; li> — выпрямленное напряжение; прикладываемое 15 к нагрузке; О, U» — опорные нап- ряжения для вентиля преобразователя ! и шунтирующего вентиля; U — фазное выпрямленное напряжение за положительный полупериод; U — напряжение 20 управления; U,, U — импульсы управления вентилем преобразователя и шунтирующим вентилем; Н вЂ” сигнал на выходе компаратора 15.

Устройство управления по фиг. 1 работает следующим образом.

При появлении импульса управления вентилем преобразователя на выходе формирователя 16 импульсов управления переключается триггер 24, замыкая 30 ключ сброса интегратора 1, обнуляя интегратор 4, и переключается триггер

25, размыкая управляющие ключи 9 и

11, на интеграторе 6 начинается интегрирование прикладываемого к двигателю напряжения, и результат интегрирования поступает на первый вход суммирующего устройства 13 и с выхода последнего вЂ, на опорный вход компаратора 15, где сравнивается с напряжением управления, поступающим на вход сравнения компаратора 15. При переходе синусоиды напряжения через ноль в отрицательную область на выходе формирователя синхронизирующих импульсов 45 появляется синхронизирующий импульс, который переключает триггер 24, размыкая ключ 1 сброса интегратора 4.

Интегратор 4 начинает интегрирование питающего напряжения, поступающего 91 через диод 8 на инвертирующий вход интегратора 4, напряжение с выхода которого поступает на первый вход ° : суммирующего устройства 12, где вычитается из фазного выпрямленного напряжения за положительный полупериод, поступающего с выхода блока 18 определения фазного выпрямленного напряжения ыа третий вход суммирующего устройства 12, с выхода которого опорное напряжение поступает на опорный вход компаратора 14 где сравнивается с напряжением управления U поступающий на вход сравнения компаратора 14.

Прн превышении напряжением управления, поступающего на вход сравнения компаратора 15, опорного напряжения, поступающего на опорный вход компаратора 15, формируется импульс управления шунтирующим вентилем на выходе формирователя 17 импульсов управле" ния, который через элемент ИЛИ 22 поступает на первый вход первого элемента И и на S-вход триггера 25, переключая,его и замыкая управляющие ключи 9 и 11. В двигательном режиме (при положительном U ) с первого выхода релейного элемейта 29 на второй вход элемента И 26 .поступает сигнал логической " 1", разрешая прохождения импульса с выхода элемента ИЛИ 22 через элемент И 26 на ключи 2 и 3 сброса интеграторов 5 и 6, обнуляя их.

При погасании тока нагрузки в двигательном режиме после открывания шунтирующего вентиля размыкается управ; ляющий ключ 10 и интегратор 5 начинает интегрировать противоЭДС нагрузки поступающую с выхода датчика противоЭДС нагрузки на инвертирующий вход интегратора 5, результат интегрирования с выхода интегратора поступает на вторые входы суммирующих устройств

12 и 13. В момент равенства опорного напряжения, поступающего с выхода суммирующего устройства 12 на опорный вход компаратора 14, с напряжением управления, поступающим на вход сравнения компаратора 14, на выходе формирователя 16 импульсов формируется импульс управления вентилем преобразователя, и работа устройства повторяется.

При погасании тока нагрузки до момента открывания шунтирующего вентиля в двигательном; режиме, но после пе- . рехода синусоиды питающего напряжения через йоль, сброс ичтеграторов 5 и б осуществляется импульсом, сформиро-, ванным в момент погасания ток4 нагрузки формирователем 23, поступающим через элементы ИЛИ 22, И 26 и ИЛИ 30 на вход управления ключа 2 сброса интегратора 5 и через элементы ИЛИ 22 °

И 26 и ИЛИ 31 на вход управления ключа 3 сброса интегратора 6; одновре1398052

50.

1с менно с этим укаэанный импульс переключает триггер 25, замыкая управляющие ключи 9 и 11, и далее устройство работает аналогично описанному.

При погасании тока нагрузки до момента перехода синусоиды питающего напряжения через ноль импульсом, сформированным по заднему фронту сигнала тока, переключается триггер 24, размыкая ключ 1 сброса интегратора 4 до момента появления синхронизирующего импульса с выхода формирователя 20 синхронизирующих импульсов, интегратор 4 начинает интегрировать положительную полуволну напряжения, поступающую на неинвертирующий вход интегратора через диод 7,. Указанный им-, пульс переключает триггер 25, замыкая управляющие ключи 9 и 11 и замыкает ключи 2 и 3 сброса интеграторов 5 и,б, обнуляя напряжение на их выхо» дах. Далее устройство работает аналогично описанному.

При погасании тока нагрузки в ин-. верторном режиме (U,<0} переключаются триггеры 24 и 25, размыкая ключ 1 сброса интегратора 4 и замыкаются управляющие ключи 9 и 10. При появлении импульса управления шунтирующим вентилем на выходе формирователя 17 импульсов управления в момент превышения напряжением управления опорного, напряжения на входах компаратора 15, происходит замыкание ключа 3 сброса интегратора 6 указанным импульсом, поступающим через элементы ИЛИ 22, И 28 и ИЛИ 31 на вход управления ключа 3 сброса интегратора б, сбрасывая имеющийся результат. Сброс интегратора 5, осуществляющего интегрирование противоЭДС нагрузки, происходит импульсом управления, поступающим с выхода формирователя 16 импульсов через элементы И 27 и ИЛИ 30 на вход управления ключа 2 сброса интегратора 5.

В интеграторном режиме на втором выходе релейного элемента 29 и, следовательно, на вторых элементах И 27 и

28 имеется сигнал логической "1". В остальном работа устройства аналогич" на описанному.

Отличие работы устройства по фиг.2 по сравнению с работой устройства по фиг.1 заключается в том, что в двигательном режиме импульс управления с выхода формирователя 17 импульсов поступает на управляющий вход шунтирующего вентиля через элементы

И 34 и ИЛИ 32 только при наличии тока нагрузки, в противном случае этот импульс блокируется логическим "0" на третьем входе элемента И, в инверторном режиме подобные ограничения не накладываются и импульс управления с выхода элемента И 28 всегда поступает на управляющий вход шунтирующего

10 вентиля, вызывая его отпирание. При отсутствии сигнала с выхода компаратора 15 в момент появления синхронизирующего импульса на выходе формирователя синхрониэирующих импульсов 20, 15 на втором входе элемента И 33 имеется сигнал логической "1" и синхронизирующий импульс через элементы И 33 и

ИЛИ 32 поступает на управляющий вход шунтирующего импульса, вызывая его

20 открывание.

В оСнове предлагаемого способа управления вентильным преобразователем с шунтирующим вентилем лежат следующие закономерности, характеризую25 щие различные режимы работы нагрузки.

Если принять за начало .отсчета ,момент перехода синусоиды питающего напряжения через ноль, то среднее выпрямленное напряжение, прикладывае30 мое к нагрузке в режиме непрерывного тока за один период, определяется следующим образом:

Ч s- п вв

U =П,1 + — ) U sin VdV †)U sin VdV=

3 о Я) в 2 ) kU

3 (1)

Справедливо и другое выражение

%ав

U„s n VdV=1U>, 1 (2)

"so где Ud — фазное выпрямленное напряо жение за положительный полупериод;

45 V åâ угол откр ания вентиля преобразователя, отсчитыва ется от точки О;

Ч вЂ” угол открывания шунтирующего вентиля, отсчитывается от точки +; — напряжение управления;

- коэффициент усиления преобразователя.

Из выражений (1) и (2) видно, что

55 формируя в режиме непрерывного тока опорное напряжение для вентиля преобразователя в соответствии с выражением (1),. а опорное напряжение для шунтирующего вентиля в соответствии (3) (10) 7 1398052 8 с (2), можно обеспечить поддержание зователя до момента перехода синусои- . постоянного средневыпрямленного нап- ды питающего напряжения через ноль ряжения на нагрузке и его регулирова- справедливы выражения: ние в соответствии с заданным значе- V

5 вв. нием напряжения управления U незави- 1 (1 ( симо от,искажений и помех в питаю- 1 д 2» ) 2 щем напряжении на всем интервале дис- « кретности (Чц -«V> +«J, т.е. с уче- 1 (. щ, в шб том искажений и помех, имеющих место (7) как до момента открывания вентиля Ч Ч+2

ЧBil в « преобразователя, так и после его открывания. Таким образом, напряжение, =2,- edV + 2.-) U sin UdV kU . (8) прикладываемое к нагрузке за один период, регулируется дв в соот- 15 инверторном режиме при погасании ветствии с текущ значением напр е- тока агрузки на интервале проводимо сти вентиля преобразователя условие обраэователя и по каналу шунтирующего ве ти, что, в свою очередь, пов а- шается и шунтирующий вентиль может ет быстродеиствие и точность регули- 20 быть открыт в соответств рования (быстродействие и точность в обработке управляющего воздействия).

В режиме прерывистого тока, в длиющего вентиля фактически означает окончание инверторного режима и no-.

t гасает на интервале проводимости шун- 25 тирующего, вентиля, средневыпрямленное в качестве рабочего не елесооб азно напряжение определяется выражениями:

При погасании тока наг зки на инт вале проводимости вентиля преобраэоМцв-1 V«

1 ( вателя выражения для определения средП =Б -„ (Б э п 767 + р (edV — него выпрямленного напряжения на на,21.

2 30

« v„ грузке примут вид: — — U sin VdV=kU Vn ыв-«

23 J 1 (0 U «

eu «

U =U +- ) U sin UdV — — j edV1о 2«) г-)

U =- ) edV+ — ) U sin VdV=kU . (4) в«

v„„

35 1 («

Ч

При погасании тока нагрузки на ч. (9) о е I интервале проводимости вентиля преоб- Чыв

Разователя после перехода синусоиды U = — I U sin VdU — — t edV.

1( питающего напряжения через ноль cnpa- "

21 J ведливы следующие выражения:

Ч

40, в« V«+2 «

Ч+

В инверторном режиме возможно

Ч sll погасание тока нагрузки на интервале

1 ( ц =ц + 1 I U sin VdV (П ц + проводимости вентиля преобразователя

27м J в о только после момента перехода синусо+ — edV = kU

1 иды питающего напряжения через ноль

5).

2% так как противоЭДС нагрузки отрицаЧм

Ч„ Ч„+27 тельна.

U =2- ) edV+> I U sin UdVpkU . (6)

Из приведенных выражении видно, что, формируя в режиме прерывистых

Sq токов опорное напряжение для вентиля

При погасании тока нагрузки на ин- преобразователя в соответствии с тервале проводимости вентиля преобра- выражениями (3), (5), (7) и (9) и вызователя условия открывания шунтирую- . рабатывая импульс управления венщего вентиля не выполняют ются и вентиль тилем преобразователя в момент не может быть отк ыт р т, даже если H. . 55 равенства этого опорного напряжения будет сформирован импульс управления с напряжением управления, а также формируя опорное напряжение для шунПри погасании тока нагрузки на ин- тирующего вентиля в соответствии с тервале проводимости вентиля преобра- выражениями (4), (6), (8) и (1О) и

1398052 вырабатывая импульс управления шунти рующим вентилем в момент превышения этого опорного напряжения напряжением управления, можно обеспечить поддержание среднеro выпрямленного напряжеция на нагрузке независимо от формы

И искажений напряжения питающей сети за весь период выпрямленного напряжения, параметров (момента погасания

z 0êà) и режима работы нагрузки. Управление вентильным преобразователем

По двум каналам — каналу вентиля преобразователя и каналу шунтирующего вентиля — в соответствии с текущим значением напряжения управления,т.е. управление по переднему и заднему фронту прикладываемога к нагрузке за фдин период напряжения, позволяет по усить быстродействие работы преобразователя и его надежность. формула из о бре тенин

1„ Способ управления вентильным

Преобразователем с шунтирующнм вентилем, при котором в режиме прерывистых токов опорное напряжение для фазного

Вентиля формируют как сумму фазного

Выпрямленного напряжения за положи-" тельный полупериод питающей сети, сигнала, пропорционального интегралу противоЭДС нагрузки на интервале бес

Токовой паузы и развертывающего сигнала сравнивают его напряжение с напряжением управления и в момент ра-. венства этих напряжений формируют

;импульс управления фазным вентилем, формируют опорное напряжение для шунтирующего вентиля и сравнивают его с напряжением управления, о т л и ч а ю щ и.й с я тем,, что, с целью повышения помехозащищенности и быстродействия работы преобразователя, развертывающий сигнал формируют в виде разности сигнала, пропорционального интегралу напряжения на нагрузке на интервале с момента перехода этого напряжения через ноль в отрицательную

Ц, область и до момента открывания шунтирующего вентиля, либо до момента погасания тока в двигательном режиме, если погасание тока произойдет до момента открывания шунтирующего вентиЛя

1б в двигательном режиме, и сигнала, пропорционального интегралу фаэного напряжения на интервале с момента перехода этого напряжения через ноль в положительную область и до момента

15 открывания фазного вентиля, а опорное напряжение для шунтирующего вентиля формируют как сумму сигнала, пропорционального интегралу противоЭДС нагрузки на интервале бестоковой паузы

2б и сигнала, пропорционального интегралу напряжения на нагрузке на интервале с момента открывапия фазного вен тиля и до момента открывания шунтиру" ющего вентиля, либо до момента пога2Б сания тока нагрузки в двигательном режиме, если погасание тока произой.дет до момента открывания шунтирующего вентиля в двигательном режиме и формируют импульс управления шунтиру3О ющим вентилем в момент превышения опорного напряжения для шунтирующего вентиля напряжением управления.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю . шийся тем, что, с целью повышения надежности работы преобразователя, блокируют в двигательном режиме импульс управления шунтирующим вентилем, сформированный на интервале бес4д токовой паузы, и формируют импульс управления шунтирующим вентилем в моменты перехода фазного напряжения через ноль в отрицательную область, если в этот момент времени напряжение

g5 управления превышает опорное напряжение для шунтирующего вентиля, 1398052 фиг.1

1398052! 398052 и„

Составитель А.Придатков

Техред М.Дидык

Корректор M.щаро,ци

Редактор А.Ворович

Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государствейного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2275/54

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