Способ управления преобразователем



Способ управления преобразователем
Способ управления преобразователем
Способ управления преобразователем
Способ управления преобразователем
Способ управления преобразователем

 


Владельцы патента RU 2570894:

АББ ТЕКНОЛОДЖИ АГ (CH)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления преобразователями. Технический результат - обеспечение компенсации нежелательного насыщения трансформатора преобразователя в течение короткого времени. В способе управления преобразователем, содержащем преобразовательный блок (1) и трансформатор (2) с по меньшей мере одним комплектом (3) из первичной обмотки (4) и вторичной обмотки (5), причем преобразовательный блок (1) со стороны переменного напряжения соединен с первичной обмоткой (4) соответствующего комплекта (3) обмоток, для компенсации нежелательного магнитного насыщения трансформатора (2) к первичной обмотке (4) соответствующего комплекта (3) обмоток посредством преобразовательного блока (1) целенаправленно прикладывается постоянное напряжение (ucomp). 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области силовой электроники. Оно исходит из способа управления преобразователем в соответствии с ограничительной частью независимого пункта формулы.

Уровень техники

Традиционные преобразователи включают в себя сегодня преобразовательный блок с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей, которые известным образом соединены для коммутации по меньшей мере двух уровней коммутируемого напряжения. Обычно такой преобразователь соединен с электрической сетью переменного напряжения, которая выполнена, например, одно- или трехфазной. Такие преобразователи часто используются в промышленных установках, причем сторона переменного напряжения преобразовательного блока схемы преобразователя связана с сетью обычно через трансформатор, и, разумеется, возможны другие области и возможности их применения, например ветросиловые установки. На фиг. 1 в качестве примера изображена схема такого преобразователя, известного из уровня техники.

При подключении трансформатора к сети переменного напряжения он может насыщаться. Такое насыщение может возникать также при возврате напряжения после неисправностей в сети. Степень насыщения зависит от вольт-секундной площади во время неисправности в сети, т.е. зависит преимущественно от сети переменного напряжения. Обычно магнитный поток трансформатора после такой неисправности или при его подключении к сети переменного напряжения имеет заметную постоянную составляющую, которая затем приводит к насыщению. Однако насыщение трансформатора является в высшей степени нежелательным. На фиг. 2 в качестве примера изображена такая типичная временная характеристика магнитного потока комплекта обмоток трансформатора преобразовательной схемы из фиг. 1.

В US 6577111 В1 описан способ управления преобразователем, который позволяет компенсировать нежелательное насыщение трансформатора, однако не позволяет возвратить магнитный поток к величине ниже величины номинального значения магнитного потока трансформатора.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание способа управления преобразователем, который позволил бы в течение короткого времени компенсировать нежелательное насыщение трансформатора.

Эта задача решается посредством признаков п. 1 формулы. В зависимых пунктах охарактеризованы предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Схема преобразователя включает преобразовательный блок с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей и трансформатор, содержащий по меньшей мере один комплект из первичной и вторичной обмоток, причем преобразовательный блок со стороны переменного напряжения соединен с первичной обмоткой соответствующего комплекта обмоток. Предложенный способ включает в себя этапы, на которых:

а) контролируют величину магнитного потока каждого комплекта обмоток относительно порогового значения, причем определяют полярность магнитного потока;

б) если величина магнитного потока через соответствующий комплект обмоток превышает пороговое значение, а полярность магнитного потока через соответствующий комплект обмоток положительная, то к первичной обмотке соответствующего комплекта обмоток посредством преобразовательного блока прикладывают регулируемое отрицательное постоянное напряжение;

в) если величина магнитного потока через соответствующий комплект обмоток превышает пороговое значение, а полярность магнитного потока через соответствующий комплект обмоток отрицательная, то к первичной обмотке соответствующего комплекта обмоток посредством преобразовательного блока прикладывают регулируемое положительное постоянное напряжение;

г) этапы а)-в) повторяют до тех пор, пока величина магнитного потока через соответствующий комплект обмоток не будет ниже порогового значения;

д) после того как величина магнитного потока через соответствующий комплект обмоток будет ниже порогового значения, и в случае положительной полярности магнитного потока через соответствующий комплект обмоток, к первичной обмотке соответствующего комплекта обмоток посредством преобразовательного блока прикладывают регулируемое отрицательное постоянное напряжение до тех пор, пока вольт-секундная площадь приложенного отрицательного постоянного напряжения не будет меньше или равна заданному отрицательному значению потока, и

е) после того как величина магнитного потока через соответствующий комплект обмоток будет ниже порогового значения, и в случае отрицательной полярности магнитного потока через соответствующий комплект обмоток, к первичной обмотке соответствующего комплекта обмоток посредством преобразовательного блока прикладывают регулируемое положительное постоянное напряжение до тех пор, пока вольт-секундная площадь приложенного положительного постоянного напряжения не будет больше или равна заданному положительному значению потока.

Пороговым значением является значение, выше которого начинается насыщение трансформатора. Описанные этапы а)-г) предпочтительно вызывают то, что при насыщении соответствующего комплекта обмоток трансформатора оно просто и быстро компенсируется за счет приложения положительного или отрицательного постоянного напряжения посредством преобразовательного блока, т.е. магнитный поток через соответствующий комплект обмоток берется из области насыщения. Если насыщения соответствующего комплекта обмоток трансформатора больше не происходит, т.е. после того, как величина магнитного потока через соответствующий комплект обмоток будет ниже порогового значения, то за счет этапов д) и е) предпочтительно достигается то, что магнитный поток через соответствующий комплект обмоток может быть снова доведен ниже величины номинального значения магнитного потока трансформатора, причем величина номинального значения магнитного потока является, например, уменьшенным на значение потока пороговым значением. Следовательно, благодаря предложенному способу особенно простым образом достигаются, в целом, нужный эффект компенсации возникающего насыщения трансформатора и возврат магнитного потока через соответствующий комплект обмоток ниже величины номинального значения магнитного потока.

Эта и другие задачи, преимущества и признаки изобретения становятся очевидными из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на чертежи.

Краткое описание чертежей

На чертежах:

- фиг. 1 - схема преобразователя из уровня техники;

- фиг. 2 - типичная временная характеристика магнитного потока комплекта обмоток трансформатора схемы преобразователя из фиг. 1;

- фиг. 3 - временная характеристика магнитного потока комплекта обмоток трансформатора схемы преобразователя в соответствии с предложенным способом;

- фиг. 4 - обычная эквивалентная блок-схема трансформатора;

- фиг. 5 - характеристика ток намагничивания - магнитный поток трансформатора. Ссылочные позиции на чертеже и их значение объединены в перечне. В принципе, одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Описанные варианты, которые следует понимать как пример, не имеют ограничительного действия.

Осуществление изобретения

Как уже отмечено выше, на фиг. 1 изображена схема известного преобразователя, содержащая преобразовательный блок 1 с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей и трансформатор 2, причем последний содержит, по меньшей мере, один комплект 3 из первичной 4 и вторичной 5 обмоток, а преобразовательный блок 1 со стороны переменного напряжения соединен с первичной обмоткой 4 соответствующего комплекта 3 обмоток. На фиг. 1 трансформатор 2 выполнен в качестве примера однофазным и содержит, следовательно, только один комплект 3 обмоток.

Предложенный способ включает в себя следующие этапы:

а) контролируется величина магнитного потока ψ через каждый комплект 3 обмоток относительно порогового значения ψs1, причем определяется полярность магнитного потока ψ;

б) если величина магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток превышает пороговое значение ψs1, а полярность магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток положительная, то к первичной обмотке 4 соответствующего комплекта 3 обмоток посредством преобразовательного блока 1 прикладывается регулируемое отрицательное постоянное напряжение ucomp;

в) если величина магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток превышает пороговое значение ψs1, а полярность магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток отрицательная, то к первичной обмотке 4 соответствующего комплекта 3 обмоток посредством преобразовательного блока 1 прикладывается регулируемое положительное постоянное напряжение ucomp;

г) этапы а)-в) повторяются до тех пор, пока величина магнитного потока у через соответствующий комплект 3 обмоток не будет ниже порогового значения ψs1,

д) после того как величина магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток будет ниже порогового значения ψs1, и в случае положительной полярности магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток к первичной обмотке 4 соответствующего комплекта 3 обмоток посредством преобразовательного блока 1 прикладывается регулируемое отрицательное постоянное напряжение ucomp до тех пор, пока вольт-секундная площадь приложенного отрицательного постоянного напряжения ucomp не будет меньше или равна заданному отрицательному значению -Δψs потока, и е) после того как величина магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток будет ниже порогового значения ψs1, и в случае отрицательной полярности магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток, к первичной обмотке 4 соответствующего комплекта 3 обмоток посредством преобразовательного блока 1 прикладывается регулируемое положительное постоянное напряжение ucomp до тех пор, пока вольт-секундная площадь приложенного положительного постоянного напряжения ucomp не будет больше или равна заданному положительному значению Δψs потока.

Пороговым значением ψs1 является значение, выше которого начинается насыщение трансформатора 2. Описанные этапы а)-г) предпочтительно вызывают тем самым то, что при насыщении соответствующего комплекта 3 обмоток трансформатора 2 оно просто и быстро компенсируется за счет приложения положительного или отрицательного постоянного напряжения ucomp посредством преобразовательного блока 1, т.е. магнитный поток ψ через соответствующий комплект 3 обмоток берется из области насыщения. Если насыщения соответствующего комплекта 3 обмоток трансформатора 2 больше не происходит, т.е. после того, как величина магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток будет ниже порогового значения ψs1, то за счет этапов д) и е) предпочтительно достигается то, что магнитный поток ψ через соответствующий комплект 3 обмоток может быть снова доведен ниже величины номинального значения ψNom магнитного потока ψ трансформатора 2, причем величина номинального значения ψNom магнитного потока ψ является, например, пороговым значением ψs1, уменьшенным на величину Δψs, т.е. справедливо

Δψss1Nom

Следовательно, благодаря предложенному способу особенно простым образом достигаются, в целом, нужный эффект компенсации возникающего насыщения трансформатора 2 и возврат магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток ниже величины номинального значения ψNom магнитного потока ψ.

Упомянутая на этапе д) вольт-секундная площадь вычисляется следующим образом:

∫ucompdt

причем в соответствии с этапом д) регулируемое отрицательное постоянное напряжение ucomp прикладывается посредством преобразовательного блока 1 к первичной обмотке 4 соответствующего комплекта 3 обмоток до тех пор, пока вольт-секундная площадь приложенного отрицательного постоянного напряжения ucomp не будет меньше или равна заданному отрицательному значению -Δψs потока, т.е. справедливо

∫ucompdt≤-Δψs

Кроме того, упомянутая на этапе е) вольт-секундная площадь вычисляется следующим образом:

∫ucompdt

причем в соответствии с этапом е) регулируемое положительное постоянное напряжение ucomp прикладывается посредством преобразовательного блока 1 к первичной обмотке 4 соответствующего комплекта 3 обмоток до тех пор, пока вольт-секундная площадь приложенного положительного постоянного напряжения ucomp не будет больше или равна заданному положительному значению Δψs потока, т.е. справедливо

∫ucompdt≥Δψs

Однако преобразователь может значительно быстрее дать затухнуть насыщению за счет приложения постоянного напряжения к трансформатору, который забирает магнитный поток из насыщения. При этом возникающие постоянные токи ограничивают время, за которое это происходит.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, предложенный способ включает в себя следующие дополнительные этапы:

ж) на этапах д) и е) контролируется величина магнитного потока ψ каждого комплекта 3 обмоток относительно порогового значения ψs1, причем определяется полярность магнитного потока ψ;

з) если на этапе д) величина магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток превышает пороговое значение ψs1, а полярность магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток положительная, то этап д) отменяется, и осуществляются этапы б) и г), а затем этапы д) и е), и

и) если на этапе е) величина магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток превышает пороговое значение ψs1, а полярность магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток отрицательная, то этап е) отменяется, и осуществляются этапы в) и г), а затем этапы д) и е).

Описанный этап з) в сочетании с этапом ж) гарантирует, что если на этапе д) возникает насыщение соответствующего комплекта 3 обмоток трансформатора 2 при положительном магнитном потоке у, то это насыщение просто и быстро компенсируется за счет приложения отрицательного постоянного напряжения ucomp посредством преобразовательного блока 1, т.е. магнитный поток у через соответствующий комплект 3 обмоток берется из области насыщения. Если на этапе е) возникает насыщение соответствующего комплекта 3 обмоток трансформатора 2 при отрицательном магнитном потоке ψ, то этап и) в сочетании с этапом ж) обеспечивает компенсацию за счет приложения положительного постоянного напряжения ucomp посредством преобразовательного блока 1, т.е. магнитный поток ψ через соответствующий комплект 3 обмоток берется из области насыщения.

Преимущественно осуществляются контроль величины магнитного потока ψ относительно порогового значения ψs1 и определение полярности магнитного потока ψ посредством контроля разностного тока iDiff относительно его порогового значения iDiff1, причем разностный ток iDiff определяется по току i1 через первичную обмотку 4 и по току i′2 через вторичную обмотку 5 соответствующего комплекта 3 обмоток, в частности, с учетом отношения числа витков обеих обмоток. На фиг. 4 изображена обычная эквивалентная блок-схема трансформатора 2, которая показывает ток i1 через первичную обмотку 4, ток i′2 через вторичную обмотку 5 и разностный ток iDiff через главную индуктивность Lh1 соответствующего комплекта 3 обмоток трансформатора. Разностным током iDiff является ток намагничивания соответствующего комплекта 3 обмоток трансформатора. Кроме того, на фиг. 5 изображена характеристика ток намагничивания-магнитный поток трансформатора 2, из которой видна взаимосвязь порогового значения iDiff1 разностного тока iDiff с пороговым значением ψs1. Для контроля разностного тока iDiff относительно его порогового значения iDiff1 необходимо лишь, следовательно, определить разностный ток iDiff по току i1 через первичную обмотку 4 и току i′2 через вторичную обмотку 5, причем токи i1 и i′2 измеряются. Затем за счет взаимосвязи разностного тока iDiff и магнитного потока может осуществляться контроль разностного тока iDiff относительно его порогового значения iDiff1, которое на фиг. 5 совпадает с пороговым значением ψs1. Поскольку разностный ток iDiff очень легко определяется по току i1 через первичную обмотку 4 и току i′2 через вторичную обмотку 5, контроль величины магнитного потока ψ относительно порогового значения ψs1 и определение полярности магнитного потока ψ посредством контроля разностного тока iDiff относительно порогового значения iDiff1, осуществляются очень просто.

Возможно также осуществление контроля величины магнитного потока ψ относительно порогового значения ψs1 и определения полярности магнитного потока ψ посредством модели магнитного потока ψ, в которой магнитный поток ψ определяется по напряжению на первичной обмотке 4 или по напряжению на вторичной обмотке 5 соответствующего комплекта 3 обмоток, причем, в целом, справедливо:

ψ=∫uMag dt

где uMag обозначает напряжение намагничивания трансформатора 2. Его можно вычислить известным специалисту образом по измеренным напряжениям и токам с учетом сопротивлений трансформатора и полных сопротивлений рассеяния. Кроме того, пороговое значение ψs1 и значение Δψs потока можно задавать для контроля, например, посредством изображенной на фиг. 5 характеристики ток намагничивания-магнитный поток трансформатора.

Перечень ссылочных позиций

1 - преобразовательный блок

2 - трансформатор

3 - комплект обмоток

4 - первичная обмотка

5 - вторичная обмотка

1. Способ управления преобразователем, содержащим преобразовательный блок (1) с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей и трансформатор (2), причем трансформатор (2) содержит, по меньшей мере, один комплект (3) из первичной обмотки (4) и вторичной обмотки (5), а преобразовательный блок (1) со стороны переменного напряжения соединен с первичной обмоткой (4) соответствующего комплекта (3) обмоток, характеризующийся тем, что включает этапы, на которых:
а) контролируют величину магнитного потока (ψ) каждого комплекта (3) обмоток относительно порогового значения (ψs1), причем определяют полярность магнитного потока (ψ);
б) если величина магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток превышает пороговое значение (ψs1), а полярность магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток положительная, то к первичной обмотке (4) соответствующего комплекта (3) обмоток посредством преобразовательного блока (1) прикладывают регулируемое отрицательное постоянное напряжение (ucomp);
в) если величина магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток превышает пороговое значение (ψs1); a полярность магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток отрицательная, то к первичной обмотке (4) соответствующего комплекта (3) обмоток посредством преобразовательного блока (1) прикладывают регулируемое положительное постоянное напряжение (ucomp);
г) этапы а)-в) повторяют до тех пор, пока величина магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток не будет ниже порогового значения (ψs1);
д) после того как величина магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток становится ниже порогового значения (ψs1), и в случае положительной полярности магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток, к первичной обмотке (4) соответствующего комплекта (3) обмоток посредством преобразовательного блока (1) прикладывают регулируемое отрицательное постоянное напряжение (ucomp) до тех пор, пока вольт-секундная площадь приложенного отрицательного постоянного напряжения (ucomp) не будет меньше или равна заданному отрицательному значению (-Δψs) потока, и
е) после того как величина магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток становится ниже порогового значения (ψs1), и в случае отрицательной полярности магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток, к первичной обмотке (4) соответствующего комплекта (3) обмоток посредством преобразовательного блока (1) прикладывают регулируемое положительное постоянное напряжение (ucomp) до тех пор, пока вольт-секундная площадь приложенного положительного постоянного напряжения (ucomp) не будет больше или равна заданному положительному значению (Δψs) потока.

2. Способ по п.1, в котором выполняются дополнительные этапы:
ж) на этапах д) и е) контролируют величину магнитного потока (ψ) каждого комплекта (3) обмоток относительно порогового значения (ψs1); причем определяют полярность магнитного потока (ψ);
з) если на этапе д) величина магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток превышает пороговое значение (ψs1); a полярность магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток положительная, то этап д) отменяется и осуществляют этапы б) и г), а затем этапы д) и е), и
и) если на этапе е) величина магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток превышает пороговое значение (ψs1), а полярность магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток отрицательная, то этап е) отменяется и осуществляют этапы в) и г), а затем этапы д) и е).

3. Способ по п.1, в котором контроль величины магнитного потока (ψ) относительно порогового значения (ψs1) и определение полярности магнитного потока (ψ) осуществляют посредством контроля разностного тока (iDiff) относительно порогового значения (iDiff1), причем разностный ток (iDiff) определяют по току (i1) через первичную обмотку (4) и току (i′2) через вторичную обмотку (5) соответствующего комплекта (3) обмоток.

4. Способ по п.1, в котором контроль величины магнитного потока (ψ) осуществляют с помощью его модели.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам преобразовательной техники и может быть использовано для питания с частотой 400 Гц бортовых систем летательных аппаратов (ЛА), а также для питания высокочастотного инструмента частотой 400 Гц или 200 Гц.

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и является устройством, реализующим энергетически эффективный импульсный способ регулирования мощности, передаваемой в нагрузку.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано, например, в системах регулируемого электропривода переменного тока и в системах вторичного электропитания.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях мощности. Технический результат - повышение коэффициента мощности и коэффициента полезного действия.

Изобретение относится к трехфазному источнику бесперебойного питания. Технический результат заключается в осуществлении заявленного изобретения без использования ступенчатого изменения в работе двух преобразователей электроэнергии так, чтобы на нагрузку могла подаваться стандартная трехфазная электроэнергия.

Изобретение относится к преобразователям электрической энергии, конкретно к автономным инверторам напряжения и может быть использовано во вторичных источниках питания в общепромышленной технике, а так же в преобразователях собственных нужд для локомотивов на железнодорожном транспорте.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах БП и обратных преобразователях Технический результат - повышение надежности и эффективности для пользователей и поставщиков.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах регулирования мощности, передаваемой в нагрузку. Технический результат - повышение энергетической эффективности и надежности.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления множеством силовых преобразователей, в частности электронных частотных преобразователей, посредством беспроводной связи.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводах и высоковольтной технике. Техническим результатом является повышение надежности за счет исключения полного отказа установки, использующей вентильный преобразователь.

Настоящее изобретение относится к области электротехники, а именно к реверсивным инверторам напряжения для преобразования постоянного напряжения в переменное, допускающими неисправности в виде короткого замыкания или размыкания цепи, и к способам управления такими инверторами.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования постоянного напряжения в переменное при разработке различных устройств автоматики.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователе напряжения источника питания. Технический результат - повышение надежности.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в установках для индукционного нагрева и плавки металлов. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в установках для индукционного нагрева и плавки металлов. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в установках для индукционного нагрева и плавки металлов. .

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автономных системах электроснабжения, потребители которых предъявляют повышенные требования к форме кривой выходного напряжения.

Изобретение относится к способу работы электронно-управляемого преобразователя постоянного напряжения в переменное, причем способ характеризуется тем, что преобразователь постоянного напряжения в переменное в течение положительной полуволны выходного переменного напряжения регулируется таким образом, что он работает по типу SEPIC-преобразователя, а в течение отрицательной полуволны выходного переменного напряжения регулируется таким образом, что он работает по типу CUK-преобразователя.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в общепромышленных электроприводах, в частности в приводах. .

Настоящее изобретение относится к области электротехники, а именно к реверсивным инверторам напряжения для преобразования постоянного напряжения в переменное, допускающими неисправности в виде короткого замыкания или размыкания цепи, и к способам управления такими инверторами.
Наверх