Способ формирования сигнала разрешенного диапазона углов включения вентилей в ведомых сетью вентильных преобразователях переменного тока в постоянный

 

Сущность изобретения: способ формирования сигнала разрушенного диапазона углов включения вентилей в ведомых сетью вентильных преобразователях переменного тока в постоянный заключается в том, что формируют фиксированный задний фронт сигнала разрушенного диапазона углов включения вентилей, формируют передний фронт сигнала разрушенного диапазона углов включения вентилей, измеряют ток на выходе преобразователя, измеряют напряжение в цепи нагрузки, определяют текущее значение ЭДС нагрузки и указанный передний фронт сигнала разрешенного диапазона углов включения вентилей формируют зависимым по арккосинусоидальному закону от отношения суммы текущего значения ЭДС нагрузки с падением напряжения в цепи нагрузки при максимально допустимом токе к максимальной ЭДС преобразователя. 5 ил. -fe VI OJ о со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 Н 7/1О

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4800432/07 (22) 15.01.90 (46) 15.05.92. Бюл. № 18 (71) Нижегородский политехнический институт и Завод "Красное Сормово" (72) Г.Г. Магазин ник, В. B. Соколов, В.Л.Мельников и А.А.Болонин (53) 621.316.925.4(088.8) (56) Писарев А.Л., Деткин Л.П. Управление тиристорн ыми преобразователями (системы импульсно-фазового управления). М.:

Энергия, 1973, с, 22 — 42.

Чернов Е.А., Кузмин В,П., Синичкин С.Г.

Электроприводы подач станков с ЧПУ.

Справочное пособие. Горький, Волго-Вятское кн. изд-во, 1986, с.72-75.

Комплектные тиристорные электроприводы. Справочник И.Х,Евзеров, А.С.Горобец, Б,И.Мошкович и др. /Под ред.

B.М.Перельмуттера. М.: Энергоатомиздат, 1988, с.58.

Барский B.À, Раздельное управление реверсивными преобразователями. Л.;

Энергия, 1973, с.61 — 67.

Комплектные тиристорные электроприводы с регуляторами напряжения или скорости. М.: Информэлектро, 1975.

Агрегаты тиристорные серии ТП-ТПР мощностью 1000 — 12000 кВт на тиристорах

Т2 — 320, М.; Информэлектро, 1979.

Авторское свидетельство СССР

¹ 157396, кл. Н 02 P 5/06, 1965.

Патент СССР

¹ 772507, кл. Н 02 P 5/16, 1980.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к ведомым сетью вентильным преобразователям, подключенным к нагрузке с противо-ЭДС, преимущественно в виде двигателя постоянного тока.. Ы 1734163 А1 (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА

РАЗРЕШЕННОГО ДИАПАЗОНА УГЛОВ

ВКЛЮЧЕНИЯ ВЕНТИЛЕЙ В ВЕДОМЫХ

СЕТЬЮ ВЕНТИЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ (57) Сущность изобретения: способ формирования сигнала разрушенного диапазона углов включения вентилей в ведомых сетью вентильных преобразователях переменного тока в постоянный заключается в том, что формируют фиксированный задний фронт сигнала разрушенного диапазона углов включения вентилей, формируют передний фронт сигнала разрушенного диапазона углов включения вентилей, измеряют ток на 3 выходе преобразователя, измеряют напря. жение в цепи нагрузки, определяют текущее значение ЭДС нагрузки и указанный передний фронт сигнала разрешенного диапазона углов включения вентилей формируют 2 зависимым по арккосинусоидальному закону от отношения суммы текущего значения

ЭДС нагрузки с падением напряжения в цепи нагрузки при максимально допустимом токе к максимальной ЭДС преобразователя.

5 ил.

Формирование управляющих импульсов в известных аналоговых системах импульснофазового управления преобразователями (СИФУ) осуществляется обычно в моменты сравнения опорного напряжения U « с ал1734163 гебраической суммой напряжений управления U> и смещения Uo.

В качестве опорного напряжения в современных многоканальных СИФУ с "вертикальным" управлением используется 5 синусоидальное или пилообразное напряжение, синхронизированное с питающей и реоб разо вател ь сетью.

Полный диапазон изменения углов управления а преобразователем от минималь- 10 ного значения а » в выпрямительном режиме до максимального значения а м — в инверторном режиме, ограничивается в известных СИФУ двумя способами. Первый способ. Ограничение алгебраической сум- 15 мы напряжения управления и смещения на входе СИФУ. Этот способ осуществляется подключением на указанный входограничительной транзисторно-резистивной цепочки с эталонным (стабилизированным) 20 напряжением сравнения, Второй способ.

Формирование логического сигнала "разрешенной зоны" появления управляющих импульсов с "жестким" (фиксированным) ограничением а м» и жестким или "плава- 25 ющим" ограничением а макс (3 — 6). Устройства для осуществления этого способа содержат обычно в составе СИФУ узлы ограничения а иа к, определяющие длительность сигнала "разрешенной зоны".

При "плавающем" ограничении амакс узел ограничения а<>Kc соединяют с дополнительным выходом датчика тока.

Второй способ, очевидно, более надежен, так как ограничение предельных углов осуществляется не на входе СИФУ, а ближе к выходным цепям, что увеличивает помехозащищенность, Этот способ применяется в мощных преобразователях НПО

"ХЭМЗ" и "Преобразователь".

Оба указанных способа обеспечивают соответствие ЭДС двигателя и преобразователя только в крайних точках диапазона регулирования, Для обеспечения соответствия ЭДС нагрузки и преобразователя во 45 всем диапазоне регулирования (и тем самым исключения неуправляемых бросков тока) предлагается "плавающее" ограничение в функции ЭДС нагрузки диапазона изменения текущих значений угла управления а. При этом результат достигается автоматическим ограничением алгебраической суммы напряжений смещения и управления, т,е, воздействием на вход СИФУ, что имеет недостаток — низкую помехоустойчивость. Такой способ получил в литературе название "токовой стенки" и широко применяется в одноконтурных CAP вентильного электропривода, а также в многоконтурных, как дополнительное аварийное ограничение.

Реализация "токовой стенки" осуществляется подключением на входе СИФУ диодно-резистивной ограничительной цепочки с запиткой не от эталонного напряжения (как в устройстве для первого способа), а от напряжения, снимаемого с тахометрического моста и пропорционального ЭДС нагрузки, или от специального датчика ЭДС, Известен также патент, в котором для исключения возможных перегрузок по току ограничивают диапазон изменения напряжения управления на входе СИФУ в функции скорости двигателя.

При нулевой скорости (фиг.1) ограничение Uy на уровне U< определяет левую границу возможных углов управления и соответственно максимальные значения

ЭДС преобразователя и пускового тока двигателя. По мере разгона двигателя уровень ограничения увеличивается, что вызывает смещение влево диапазона возможных значений углов управления, увеличение ЭДС, что в итоге позволяет поддерживать на заданном уровне пусковой ток. На максимальной скорости ограничение Uy достигает своего предельного значения Uz, при котором левая граница диапазона возможных значений углов управления равна а ».

Аналогичным образом ограничивается диапазон возможных значений углов управления в тормозном режиме,. По существу это менее точный, но более простой способ реализации упреждающего токоограничения (токовой стенки), так как для его осуществления используется не тахометрический мост, а тахогенератор, подключенный непосредственно или через делитель к ограничивающей диодно-резистивной цепочке, Указанные способы и устройства характеризуются недостаточной надежностью и устойчивостью, заключающейся в появлении бросков тока нагрузки (в результате действия помехи в каналах СИФУ), приводящих к срабатыванию защиты и отключению преобразователя от нагрузки. Причиной возникновения аварийных ситуаций является несовершенство способа ограничения а » тиристорных преобразователей.

На фиг.2 приведена диаграмма сигналов в одном из каналов СИФУ, иллюстрирующая возможность возникновения аварийной ситуации. Для простоты изложения опорное напряжение принято пилообразным, а ограничение предельных углов включения тиристоров — с помощью логического сигнала "разрешенная зона" (Up>), передний фронт которого совпадает с Q M», 1734163 а задний с а макс, Видно, что в результате действия помехи (показано пунктирной линией) не исключается формирование управляющих импульсов с углами

\ управления а y < а у (а у определяется напряжением управления из системы регули1 рования). Так как в пределе a„= a>«, то максимальное отклонение фактического угла управления от заданного системой регулирования

Ла„„,= а„— а„=aMGKc амин очень велико, что вызывает броски тока нагрузки, приводящее к аварийным отключениям преобразователя. Для увеличения тока нагруз- 15 ки в системах мощного электропривода от нуля до номинального значения достаточно отклонения углов управления тиристорного преобразователя всего на Ла= (3 — 5) эл. град.. 20

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является вентильный преобразователь переменного тока в постоянный НПО ХЭМЗ последнего поколения, В этом преобразо- 25 вателе путем формирования логического сигнала "разрешенной эоны" осуществляется "жесткое" ограничение ам«и а макс Указанный ведомый сетью вентильный преобразователь принимается в каче- 30 стве прототипа.

Устройство-прототип (фиг.3) содержит вентильный преобразователь 1 с двумя комплектами управляемых вентилей, нагруженный на электродвигатель 2 постоянного тока, систему 3 импульсно-фазового управления в составе фазосмещающего устройства 4 и узлов ограничения максимальных 5 и минимальных 6 углов включения тиристоров, систему регулирования в соста- 40 ве датчиков тока 7, напряжения 8, ЭДС 9 и блока регуляторов 10, к входам которого подключены выходы указанных датчиков, а выход соединен с управляющим входом фазосмещающего устройства 4. Входы датчи- 45 ков тока и напряжения подключены к соответствующим элементам силовой схемы, а входы датчика ЭДС вЂ” к выходам датчиков тока и напряжения.

Однако прототип (как и известные ана- 50 логи) характеризуется недостаточной надежностью, обусловленной фиксированным ограничением а мин и проявляющейся в возможности формирования (в результате помехи) управляющих импульсов с !

aу ((aу, что вызывает скачки выпрямленного напряжения и, как следствие, неуправляемые броски тока нагрузки, приводящие к аварийному отключению преобразователя.

Целью изобретения является повышение надежности ведомых сетью вентильных преобразователей переменного напряжения в постоянное.

Для достижения поставленной цели в ведомых сетью вентильных преобразователях переменного тока в постоянный с ограничением мин имал ьного угла вкл ючения . путем формирования логического сигнала разрешенного диапазона углов включения вентилей передний фронт указанного сигнала формируют зависимым по арккосинусоидальному закону от отношения суммы текущего значения ЭДС нагрузки с падением напряжения в цепи нагрузки при максимально допустимом токе к максимальной

ЭДС преобразователя, т.е.

E + I макс R э а м« = arccos где Š— текущее значение ЭДС нагрузки;

IMa c — максимально-допустимый ток нагрузки;

R> — эквивалентное сопротивление цепи нагрузки;

Е о — максимальная ЭДС преобразователя.

Это позволило изменить в функции

ЭДС нагрузки ограничение а мин таким образом, что возможные (вследствие помехи)

Ла=ау — ауне вызывают черезмерных скачков ЭДС преобразователя и, как следствие, бросков тока нагрузки, приводящих к аварийному отключению преобразователя. Предельное значение минимального угла включения тиристоров (а ин.np ) остается (как и в известных СИФУ) фиксированным и, исходя из обеспечения условий безопасной работы преобразователя, обычно равно (5 — 10) эл. град. (см. фиг,4).

Предлагаемое "плавающее" ограничение а мин, формируемое в СИФУ и определяющее левую границу разрешенного диапазона изменения углов включения тиристоров, дублирует упреждающее ограничение, формируемое в системе регулирования. B итоге существенно повышается надежность преобразователей, Управление по предлагаемому способу заключается в следующем. В исходном состоянии, т.е. когда напряжение задания на входе блока регуляторов равно нулю и двигатель неподвижен,. нулевым сигналом с датчика ЭДС устанавливается ограничение а «на таком уровне, чтобы возможные в результате действия помехи броски тока нагрузки не превышали максимально допустимых значений и не вызывали аварийного

1734163

55 отключения преобразователя, При пуске двигателя по мере увеличения сигнала с датчика ЭДС граница а мин смещается в сторону уменьшения углов включения. При максимально допустимом значении противо-ЭДС нагрузки подвижная граница ("плавающий" уровень) достигает предельного значения а мин.пр

На фиг.1 приведены график зависимости уровня ограничения сигнала управления скорости двигателя, иллюстрирующий работу известного устройства; на фиг.2 — диаграмма сигналов в одном из каналов СИФУ, иллюстрирующая возможность возникновения аварийной ситуации; на фиг.3 — упрощенная схема устройства-прототипа; на фиг.4 — диаграмма, показывающая, что при

"плавающем" ограничении исключается формирование управляющих импульсов, вызванных помехой в управляющем сигнале; на фиг,5 — схема предлагаемого устройства, Устройство (фиг.5) содержит ведомый сетью вентильный преобразователь переменного тока в постоянный с двумя комплектами управляемых вентилей 1, нагруженный на электродвигатель 2 постоянного тока, систему 3 импульсно-фазового управления в составе фаэосмещающего устройства 4 и узлов ограничения максималь ных 5 и минимальных 6 углов включения тиристоров, систему регулирования в составе датчиков тока 7, напряжения 8, ЭДС 9 и блока регуляторов 10, к входам которого подключены выходы указанных датчиков, а выход соединен с управляющим входом фазосдвигающего устройства 4, Входы датчиков тока и напряжения подключены к соответствующим элементам силовой схемы. Входы датчика ЭДС вЂ” к выходам датчиков тока и напряжения. Кроме того, выход датчика ЭДС подключен через функциональный преобразователь к дополнительному входу системы импульсно-фазового управления (к узлу 6 ограничения a M>H ).

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Пуск двигателя 2, подключенного к ведомому сетью вентильному преобразователю 1. осуществляется подачей задающего сигнала на вход блока 10 регуляторов. При этом на управляющем входе фазосмещающего устройства 4 формируется напряжение, уровень которого определяет угол

30 включения тиристоров преобразователя.

Узлы 5 и 6 ограничения а „ „ и а м н формируют в каждом канале системы 3 импульсно-фазового управления сигналы

"разрешенной эоны" для управляющих импульсов, поступающих на тиристоры. Сигналы с датчиков обратной связи по току 7, напряжению 8 и ЭДС 9 поступают на блок регуляторов для формирования требуемого закона изменения сигнала на управляют,ем входе фазосмещающего устройства. Кроме того, сигнал с функционального преобразователя 11, увеличивающийся по мере разгона двигателя по указанному закону, сдвигает левую границу "разрешенной зоны" в сторону уменьшения углов включения.

При торможения двигателя, т.е, при уменьшении сигнала с датчика ЭДС, "плавающий" уровень а мин сдвигается вправо, Таким образом, при возникновении любой помехи в системе регулирования рассогласование между заданным и фактическим значением угла управления не может превысить заранее установленной допустимой величины и, соответственно, неуправляемый бросок тока нагрузки не может превысить допустимого значения. Ава- рийное отключение преобразователя в результате помех исключается, что существенно повышает его надежность.

Формула изобретения

Способ формирования сигнала разрешенного диапазона углов включения вентилей в ведомых сетью вентильных преобразователях переменного тока в постоянный, заключающийся в том, что формирует фиксированный задний фронт разрешенного диапазона углов включения вентилей и формируют передний фронт сигнала разрешенного диапазона углов включения вентилей, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, измеряют ток на выходе преобразователя;. измеряют напряжение в цепи нагрузки, определяют текущее значение ЭДС нагрузки и указанный передний фронт сигнала разрешенного диапазона углов включения вентилей, формируют зависимые по арккосинусоидальному закону от отношения суммы текущего значения ЭДС нагрузки с падением напряжения в цепи нагрузки при максимально допустимом токе и максимальной ЭДС преобразователя.

1734163 с Рл /И2 201й

1734163

12 ? P

1 !

t Ъ г .!rp;

,( г

I! ! с

l/ г! 7

1 )","?

О °

Ый

Я3! ?! «г с .! :г!! гг;:» Л

? i

? ?

Ф

«

) г г

i г !

tl г .Р

? ! г г

1 г?, ! г г

1734163

35

45

Составитель Г.Магазинник

Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Редактор С.Лисина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1674 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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