Способ управления трехфазным параллельным автономным инвертором тока

 

Использование: в преобразовательной технике, в частности в трехфазных автономных инверторах тока с индуктивно-тиристорным компенсатором. Сущность изобретения: при перегрузках инвертор переводится в режим зависимого управления и обеспечивается пофазно управление компенсатором во всех режимах, причем коррекцию задающего генератора осуществляют выходным напряжением коммутатора. 4 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к трехфазным автономным инверторам тока с индуктивно-тиристорным компенсатором.

Стационарность режима автономных инверторов тока при комбинированном управлении нарушается, если нагрузка превышает расчетное значение, при котором угол управления компенсатором равен (с учетом динамики несколько меньше) 90^о [1]. Поэтому считалось, что с помощью таких инверторов нельзя пускать двигатели, пусковая мощность которых превышает расчетную мощность инвертора, из-за формирования импульсов управления коммутатора (определяются частотой напряжения на шинах коммутатора) и компенсатора (определяются независимым задающим генератором) с разными частотами (частота инвертора при перегрузках увеличивается, а частота следования импульсов компенсатора остается неизменной).

Указанный недостаток исключен в однофазном автономном инверторе с индуктивно-тиристорным компенсатором [2], который при перегрузках переводится в режим зависимого управления. Это достигается за счет введения логического устройства, определяющего наличие перегрузки, и задающего генератора, частота которого корректируется импульсами управления индуктивно-тиристорного компенсатора. Логическое устройство сравнивает фазовое положение импульса управления компенсатором с соответствующим моментом перехода напряжения коммутатора через ноль. Если импульс формируется раньше момента перехода через ноль, то угол α_к, отсчитываемый от амплитуды напряжения коммутатора, меньше 90^о и перегрузки нет. Если импульс формируется после момента перехода через ноль, то α_к > 90^о, т.е. появилась перегрузка. При перегрузке стационарно устойчивый режим возможен только на частоте выше номинальной. Поэтому задающий генератор необходимо перевести на более высокую, чем номинальная, частоту, соответствующую стационарно устойчивому режиму. В этом случае в нормальных режимах задающий генератор работает по принципу сравнения пилообразного напряжения с опорным, формирование импульса управления компенсатора осуществляется в момент равенства пилообразного напряжения и опорного, сброс пилы задающего генератора в ноль осуществляется этим же импульсом. В режиме перегрузки, определяемом логическим устройством, импульс формируется в момент перехода через ноль напряжения коммутатора и этим же импульсом осуществляется сброс пилы в ноль. Поэтому частота задающего генератора равна частоте коммутатора, а угол α_к = 90^о. Недостатком такого построения задающего генератора является невозможность независимого регулирования фазового положения импульсов компенсатора по отношению к фазовому положению задающего генератора (форма напряжения генератора: пилообразная, прямоугольная, синусоидальная принципиального значения не имеет). В трехфазных инверторах такое регулирование является обязательным. Например, для обеспечения симметричной системы напряжений при несимметричной нагрузке осуществляется сравнение фазового положения напряжений коммутатора с положением соответствующих фаз симметричного задающего генератора. Симметричный режим напряжений коммутатора обеспечивается несимметричным управлением компенсатора при симметричном задающем генераторе [3].

Целью изобретения является расширение области применения трехфазных инверторов тока с индуктивно-тиристорным компенсатором за счет перехода инвертора при перегрузках в режим зависимого управления и обеспечение пофазного управления компенсатора во всех режимах.

Цель достигается тем, что в инверторах при перегрузках коррекцию задающего генератора осуществляют выходным напряжением коммутатора. Фазовое положение импульсов компенсатора определяется принятым законом управления как в нормальных режимах, так и режимах перегрузки. Моменты формирования импульсов компенсатора поэтому не совпадают с моментами начала или конца фаз задающего генератора, в том числе с моментами коррекции задающего генератора при перегрузках. Наличие или отсутствие импульсов компенсатора непосредственно не влияет на работу задающего генератора в отличие от рассмотренного выше однофазного инвертора, в котором фазовое положение задающего генератора всегда совпадает с моментами формирования импульсов. Коррекцию всех фаз трехфазного задающего генератора при перегрузке осуществляют каждым переходом через ноль напряжения коммутатора, опережающим соответствующий импульс компенсатора. При этом при однократном сигнале перегрузки, т.е. при одном переходе через ноль, опережающем импульс компенсатора, происходит однократная коррекция фазового положения всех напряжений задающего генератора при сохранении неизменного значения частоты задающего генератора. При длительной перегрузке частота инвертора повышается, угол становится больше 90^о, корректируются начала всех полупериодов фаз задающего генератора и последний работает с частотой инвертора.

На фиг.1 показана функциональная схема устройства, реализующего способ управления трехфазным инвертором тока при перегрузках.

Инвертор содержит вентильный мост коммутатора 1, индуктивно-тиристорный компенсатор 2, узел 3 формирования импульсов управления вентилями коммутатора, узел 4 формирования импульсов управления индуктивно-тиристорного компенсатора, задающий генератор 5, узел 6 коррекции задающего генератора при перегрузках, узел 7 коррекции импульсов компенсатора.

Работа инвертора по предлагаемому способу происходит следующим образом. При отсутствии перегрузок задающий генератор 5 формирует трехфазную симметричную систему напряжений заданной частоты. Узел 4 формирования импульсов управления индуктивно-тиристорного компенсатора 2 формирует импульсы, фазовое положение которых определяется задающим генератором 5, постоянным смещением и сигналом на выходе узла 7 коррекции импульсов компенсатора. Обратная связь между задающим генератором и импульсами управления отсутствует, что позволяет осуществлять независимое управление импульсов компенсатора при неизменном или заданном положении симметричного трехфазного задающего генератора.

При наличии перегрузки, определяемой узлом 6 коррекции задающего генератора при перегрузках, коррекция задающего генератора 5 осуществляется каждым переходом через ноль линейного напряжения коммутатора, опережающим соответствующий импульс компенсатора. Таким образом и при перегрузке нет обратной связи между импульсами управления компенсатором и задающим генератором. Принцип определения перегрузки аналогичен описанному выше.

На фиг.2 приведена осциллограмма работы трехфазного инвертора с комбинированным управлением при перегрузке с применением указанного способа управления компенсатора. Задающий генератор 5 инвертора построен в данном случае по принципу: однофазный задающий генератор 8, работающий на частоте 6 f_n, распределитель 9, трехфазный задающий генератор 10.

На фиг.2 видна коррекция и однофазного, и трехфазного задающего генератора в момент перегрузки (t_n). Здесь U_ОЗГ - напряжение однофазного задающего генератора; U_{AB ТЗГ} - напряжение фазы АВ трехфазного задающего генератора; i_α - входной ток инвертора, i_н - выпрямленный ток фазы нагрузки, U_огр - уровень ограничения развертки осциллографа, U_{кАВ,ВС,СА} - напряжения на тиристорах компенсатора фаз АВ, ВС, СА соответственно, U_du - противоЭДС инвертора.

На фиг.3 представлена развернутая диаграмма работы однофазного (ОЗГ) и трехфазного (ТЗГ) задающих генераторов и показано формирование импульсов управления компенсирующего устройства во всех фазах. Обозначения на фиг.3 те же, что и на фиг.2; дополнительно показана система импульсно-фазового управления, в которой приняты следующие обозначения: U_пАВ; U_пВС, U_пСА - пилообразное напряжение, формируемое трехфазным задающим генератором; U_y - сигнал управления, сравнение которого с пилообразным напряжением определяет момент формирования импульса, i_ку - ток через компенсирующее устройство.

На фигуре показан режим симметричной перегрузки, характеризующийся повышением частоты инвертора. Работает система следующим образом.

В исходном состоянии ток нагрузки меньше предельного значения, соответствующего закрытию компенсатора ( α_ку = =90^о), поэтому пятый, шестой, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой импульсы формируются раньше соответствующих переходов через ноль напряжений U_AB, U_BC, U_CA (первому импульсу соответствует переход из плюса в минус, четвертому - из минуса в плюс и т.д.). Фазовое положение импульсов компенсатора по отношению к независимому задающему генератору (ОЗГ и ТЗГ) определяется пилообразным напряжением м(U_п) и сигналом управления (U_y). Причем фазовое положение ТЗГ и U_п однозначно определяются ОЗГ, а фазовое положение импульса управления - фазой пилообразного напряжения и величиной напряжения сигнала управления.

При перегрузке изменяется только режим работы ОЗГ, остальные узлы системы формирования импульсов компенсатора не меняют принципа работы. В режиме перегрузки меняется частота напряжения на выходе коммутатора и переходы через ноль напряжений коммутаторов происходят раньше, чем сформированы первый, второй, третий, четвертый, пятый импульсы. Данными переходами через ноль напряжений коммутатора осуществляется обнуление ОЗГ, т.е. его частота увеличивается и, как следствие, изменяется фазовое положение ТЗГ. Сигнал управления при увеличении тока нагрузки также увеличивается для обеспечения фазовой стабильности выходного напряжения инвертора (в инверторах с комбинированным управлением при набросе нагрузки фаза напряжения инвертора смещается влево, обеспечивая угол α_ку, соответствующий новому статическому режиму при неизменном фазовом положении импульсов компенсатора). Поэтому в режиме перегрузки импульсов управления компенсатора может вообще не быть (сброс пил происходит раньше моментов пересечения с сигналом управления, что имеет место в каналах формирования первого и третьего импульсов) или они формируются (например, второй, четвертый, пятый) после перехода напряжений через ноль. В обоих случаях ток, протекающий через компенсатор (i_ку), отсутствует, что соответствует углу α_ку = 90^о.

При сбросе нагрузки частота инвертора снижается (фаза напряжения инвертора смещается вправо), импульсы управления компенсатора, начиная с шестого, формируются раньше соответствующих переходов через ноль, дополнительное обнуление ОЗГ прекращается и работа инвертора осуществляется на частоте, соответствующей длительному статическому режиму, т.е. режиму до перегрузки.

На фиг.4 показана работа инвертора на несимметричную нагрузку (симметричная система напряжений при этом обеспечивается несимметричным управлением компенсатора [3]). Симметричная система напряжений формируется пофазным регулированием компенсатора. При этом переходы через ноль каждой фазы сравниваются с переходами через ноль соответствующей фазы задающего генератора и осуществляется симметрирование линейных выходных напряжений, так как они образуют замкнутый треугольник (равенство углов в треугольнике, т.е. фазовая симметрия напряжений, гарантирует равенство сторон, т.е. равенство амплитуд напряжений).

Обозначения на фиг. 4 те же, что и на фиг.2, 3. Дополнительно введены обозначения U_уАВ; U_уВС; U_yCA, подчеркивающие их неравенство в несимметричных режимах.

По фигуре видно, что при обрыве фазы А симметричная система напряжений обеспечивается несимметричной загрузкой компенсатора. Максимальный ток компенсатора в фазе АВ, минимальный в фазе ВС; фазы выходного напряжения (U_AB, U_BC, U_CA) совпадают с соответствующими фазами ТЗГ (U_{АВ ТЗГ}; U_{BC ТЗГ}; U_{СА ТЗГ}), напряжения управления фаз не равнык между собой, система импульсов несимметричная. Из примеров, приведенных на фиг.3 и 4, видна необходимость регулирования фазового положения импульсов по отношению к задающему генератору и, следовательно, необходимость управлять фазой и частотой задающего генератора при обеспечении требуемого закона управления импульсами по отношению к задающему генератору.

Формула изобретения

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ АВТОНОМНЫМ ИНВЕРТОРОМ ТОКА, содерщащим вентильный коммутатор, к выходу которого подключен вентильный компенсатор реактивной мощности в виде последовательно соединенных реакторов и тиристорных ключей переменного тока, заключающийся в том, что импульсы управления вентилями коммутатора в нормальных режимах и режимах перегрузки формируют с углом управления, соответствующим заданному закону регулирования выходного напряжения инвертора, частоту следования импульсов управления вентильного компенсатора реактивной мощности в нормальных режимах определяют независимый задающий генератор, состоящий из однофазного задающего генератора и соединенного с ним через распределитель трехфазного задающего генератора, а при наличии перегрузки независимый задающий генератор запускается каждым переходом через ноль напряжения инвертора, опережающим соответствующий импульс управления вентилями компенсатора, отличающийся тем, что в нормальных режимах и режимах перегрузки формирование импульсов управления вентилями компенсатора осуществляют суммированием пилообразного напряжения фазовое положение которого определяется трехфазным задающим генератором и управляющим сигналом, сформированным в соответствии с заданным законом регулирования выходного напряжения, при этом импульсы управления формируют в моменты равенства упомянутых напряжений.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4