Устройство для поочередного управления вентильным преобразователем

 

Союз Советскик

Социалистически»

Республик (6! ) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 060278 (21) 2577248/24-07 с присоединением заявки ¹вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 250580. Б оллетень ¹ 19

Дата опубликования описания 30 ° 05. 80 (5 )y к 2

Н 02 Р 13/16

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (» Ц Д (621. 314. 27 (088. 8) (72) Авторь| изобретения

Ф. Н. Голубев, В. Д. Латьдако, B. A. Соловьев, Ю. А. Халютин и Г. A. Южакова

Ленинградский ордена Ленина электротехническйй институт нм. В. И. Ульянова (Ленина) (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПООЧЕРЕДНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильных преобразователях электрической энергии, таких как управляемые выпрямители, инверторы, ведомые сетью, преобразователи частоты с непосредственной связью, содержащие две или несколько групп вентилей, углы регулирования которых при регулирова- о нии выпрямленного напряжения изменяются поочередно.

Известно устройство для поочередного управления вентильным преобразователем, состоящим из и групп вентилей, содержащее и каналов управления с соответствующим числом систем импульсно †фазово управления, снабженных устройствами ограничения максимального и минимального значения входного напряжения и источниками напряжения начального смещения (11.

Недостатком данного устройства является невысокая точность регулирования

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство для поочередного управления вентильным преобразователем, в котором в каждом из п каналов управления содержатся блоки импульснофазового управления, на входах которых включены блоки ограничения максимального и минимального значений напряжения. Источник входного напряжеНаилучший энергетический режим с наибольшим значением коэффициента мощности обеспечивается тогда, когда на 25 любом уровне выпрямленного напряжения поддерживается такое соотношение углов регулирования групп вентилей, при котором разность их значений имеет наибольшую возможную величину. Для зто-ЗО го на любом участке диапазона регулирования выпрямленного напряжения должен изменяться угол регулирования только одной группы вентилей, а углы регулирования остальных групп сохраняются неизменными, равными максимальному или минимальному значениям. После достижения предельного значения угла регулируемой группы вентилей его значение остается неизменным и начинается следующий участок диапазона регулирования, на котором изменяется угол регулирования следующей группы вентилей. Таким образом, обеспечивается поочередное регулирование групп вентилей.

736354 ния управления Пв подключен кс вхо&1 дам всех блоков ограничения вмес.-e c источниками индивидуальных для каждого канала напряжений смещения U„-

Благодаря наличию напряжений смещения и блоков ограничения обеспечивается поочередное изменение углов ре.гулирования на выходах блоков импульсно-фазового управления (2) .

Вследствие отсутствия в схеме управления каких-либо инерционных элемеьтов напряжение на входах систем импульсно-фазового управления заиксит только от величины входногс управляющего напряжения и имеют сцина— ковые значения как в статических,, так и в динамических режимах, в то . 15 время как выпрямленное напряжение изменяется с запаздыванием, обусл:.Овленным дискретностью управления и неполной управляемостью вентилей только той группы, углы регулирования которой изменяются на данном участке диагазсна регулирования.

Недостатком данного устройства яв= ляется то, что на каждом участке диапазона регулирования выпрямленного 25 напряжения, входные напряжения систем импульсно-фазового управления и соответствующие им углы регулирования групп вентилей изменяются одинаково как в статических, так и в динамичес- Я ких режимах. В результате этогс преобразоватеги с гоочередным управлением обладают худшими динамическими cIûoéoòва..; и по сравнению с преобразователями, в которых регулирование выпрямленного у напряжени". происходит при одновременн м изменении углов регулирования: †.=:сех вентилей, Как известно, быстродействие вентильных преобразователей Огранич." вае-соя .цискретностью управления =. |ÿçàí4Q иой с ограниченным числом фаз, и неполнОй управляеиОстью в силу котОрОй при быстром увеличении угл- регулирования, когда скорость его изменения превышает угловую частоту питающей 4" сети, выпрямленное напряжение не может уменьшаться быстрее снижения мгновенного значения синусоидального напряжения включенных вен=илей. ПО-;.тому при поочередном изменении углов pe- $Q

ГУЛИРОВанИЯ ГРУпп вентилей бы тродействие преобразователя будет определятьея только быстродействием той группы вентилей, углы которой изменяются на данном участке диапазона р"=-гулирования, т. е. ислом фаз только этoA r эуппы Вентилей и возможной с:коростью изменения только той доли IIaпряжения, которую вносит эта группа в полное выпрямленное напряжение преобразователя.Следовательно,быстродействи преобразователей будет ниже, чем прй одновременном изменении углов регулирования всех вентилей. Другим недостатком устройства для поочередного управления является трудность 65 получения высокой точности поочередного изменения углов регулирования вентильных групп и линейности регулировочной характеристики преобразователя особенно при большом числе поочередно регулируемых групп вентилей.

Для строго поочередногс изменения углов регулирования необходимо подобрать такие значения уровней ограничения и напряжений начального смещения каналов управления, чтобы минимальное значение напряжения на входе системы импульсно-фазового управления одного канала H максимальное значение напряжения на входе системы импульсно-фазового управления достигалось г.ри одном и том же значении входного напряжения управления. В противном случае в регулировочной характеристике появляются участки зоны нечувствительности, или на некоторых участках имеет место одновременное изменение углов двух групп вентилей, что также сказывается на гц нейности регулировочной характеристики и ухудшает энергетические показатели преобразователя.

Учитывая ограниченную стабильно"ть элементов схемы и источников смещения добиться правильного согряжения участков регулировочной характеристики в существующих устройствах можно только с небольшой точностью. Поскольку участки регулировочной характеристики имеют разный наклон (ocoбенно в преобразователях, содержащих неоднородные группы вентилей, как, например в схеме с дополнительными вентилями), получение линейности связало с дополнительными трудностями.

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности регулирования.

Цель,цостигается тем, чтс известное устройство для управления вентиль—

IIым преобразователем снабжеHQ дом канале управления бло ом обратной связи и задатчиком интенсивности, ограни -:ивающим скорость изменения напряжения зна:- ением равным отношению углс вой чэ. тОты питающей сеТН к кОэффи— диен v передачи блока импульсно-фазового,::,.равления, и общим для всеx каналов операционным усилителем, причем вход з ijl;àò rêêà интенсивности подключен к выход. блока огранихения максимального и минимального значени"; входного напряжени". выход — ко входам блока импульсно-фээовсго управления и блока обратной cBr. 3è, выход которого подключен I,o входу ОперациОННОГО y ñêëIIòe. Ii-.,выход Операционного усилителя подключен ко входу блока ограничения максимальното и минимального значений H3.пряжения.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для поочередного управления преобразователем; на фиг. 2 — переходи .-.,е характеристики, илпюстрирующие пр цесс изменения углов регулиро736354 вания c(..3,d<, d>, <4 и выпрямленных напРЯжений Ес1, ЕД, Е, Е саответ2 Ъ Д4 ствующих групп вентилей, а также выпрямленного напряжения преобразователя Ес) для случая, когда число фаз групп вентилей бесконечно велико; на фиг. 3 — переходные характеристики, иллюстрирующие изменение напряжений на входах блоков импульсно-Фазового управления U„, U, U, U и выУх з прямленных напряжений соответствующих гРУпп вентилей 1с, Рс, Е,,, (.(4, а

1( также выпрямленнога напряжения того же пРеобРазователЯ бс), но пРи шестифазных группах вентилей.

В данном устройстве (Фиг. 1) между входами блоков 1 импульсно-фазового !. управления каждого канала управления и выходами соответствующих блоков 2 ограничения максимального и минимального значений входного напряжения включен задатчик 3 интенсивности, ограничивающий скорость изменения напряжения на уровне, равным отношению угловой частоты питающей сети к коэффициенту передачи систем импульсно-фазового управления. К выходам задатчиков 3 подключены входы блоков 4 обратной связи, имеющие коэффициент передачи, пропорциональный суммарному передаточному коэффициенту соответствуюших групп вентилей и их блоков импульсно-фазового управления, а входы этих блоков совместно с источником входного напряжения UI3< пОДкЛЮчены ко вхаду операционного усилителя 5 с большим коэффициентом усиления, выход которого вместе с источником индивидуальных для каждого канала напряжений смещения Ur подключен ка входам блоков 2 ограничения напряжения всех каналов управления.

При медленных изменениях входного 4() напряжения управления, когда скорость изменения напряжения на выходе блоков

2 ограничения не превышает величины, ограничиваемой задатчиками 3, напряжения на входах блоков 1 импульсно-фазового управления изменяются поочеред. но при условии, что ограничение минимального значения напряжения i-га канала происходит при значении входного напряжения управления не меньшим его значения, соответствующего ограничению максимального значения напряжения (i + 1)-га канала, т. е. при

U — U > U . — U т1п см ° Зис3 („ . см «+<

Вследствие большого коэффициента усиления усилителя 5 суммарное значение напряжений на выходе блоков 4 обратной связи равно по величине (и обратно по знаку) входному напряжению управления U . Напряжение на выходе усилителя 5 изменяется непрерывно О во всем диапазоне, если — U

UtNqI3 см Зиад, I; 1> см \ +<1 или с резкимй скачкамй на стыках участков, обусловленными разностью (UI„ I,Uc . ) — (U,, 1 — U ) . Поскаль- 65

СМ1 Зисюк!..3 3 с,„ . к / Ilp! еда :Очн .к . Каэффиц ент3 3 блоков обратных cIIRзей прапорциакальны сум-марным передаточным коэффициентам соответствующих групп ве33тилей и их блоков импульсно-фазового управления, регулиравачная характеристика преобразователя будет линейной.

При нелинейной зависимости приращения выходного напряжения преобразователя ат приращений напряженчя на входах блакаэ импульсно-фазового управления характеристики блоков обратной связи дал>кн3 представлять собой соответствующие нелинейности.

При быстрых изменениях входного напряжения управления, когда требуемая скорость изменения выпрямленного напряжения не мажет быть обеспечена за счет изменения углов регулирования тай группы вентилей, которая регулируется на данном участке диапазона регулирования, напряжение на входе блока 1 импульсно-фазового управления этого канала управления изменяется с предельной скоростью, ограничиваемой задатчикам 3 и соответствующей скорос.ти изменени углов регулирования, равной угловой частоте питающей сети.

Напряжение на выходе устройства 3 этога канала x пр эления при этом изменяется медленнее- его входе, а напряжение на выходе блока 4 обратной связи изменяется пропорциональна предельной скорости изменения выпрямленного напряжения при условии, чта числа Фа=. данной группы вентилей бесконечна велико (т. е. без учета цискретнасти управления) . Поскольку с«арасть изменения напряжения на выходе блока обратной связи этого канала ниже скорости изменения входного напряжения управления, напряжение на выходе усилителя 5 резко изменяется настолько, что вызывает суммарное изменение сигналов на выходе всех блоков обратной связи са с.карастью, равной скорости изменения входного напряжения управления. Это приводит к изменению напряжений на входах блоков 1 импульсно-фазового управления одного или нескольких следующих каналов управления, т. е. к одновременному изменению углов регулирования двух или большего числа групп эентилей. В предельном случае изменяются с максимальной скорос-.üþ углы регулирования всех групп вентилей, что соответствует наибольшей возможной скорости изменения выходнога напряжения преобразователя.

В таких режимах уменьшается также и запаздывание, обусловленное ограничен-. ным числам фаз регулируемой группы вентилей, так как дискретность управления определяется дискретностью всех групп вентилей, углы регулирования которых претерпевают изменения.

После дости>кения заданного значения выходного напряжения преобразователя процесс изменения напряжений на

736 354 входах блоков 1 импульсно-фазового управления будет продолжаться при не— иэменном значении входного напряжения управления и выходного напряжения преобразователя. Выходное напряжение операционного усилителя 5 изменяется настолько, что обеспечивает равенство суммарного значения напряжений на выходе блоков обратной связи значению входного напряжения управления. Процесс завершается, когда напряжения во всех каналах управления примут значе10 ния, соответствующие статическому режиму работы. Поскольку такие процессы носят кратковременный характер (длительность их измеряется тысячными долями секунды), ухудшение знергети— ческих характеристик преобразователя, вызванное нарушением поочередного регулирования в динамических режимах, незначительно.

Скачкообразное уменьшение входно:.-о напряжения управления в момент времени t„ вызывает одновременное уменьшение напряжения U>„, (), П,, П,„ на ч.« входах соответствующих блоков импульс— но-фазового управления с максимальHO возможной скоростью, определяемой задатчиком 3 (фиг. 1) и равной скорости изменения опорного напряжения блоков импульсно-фазового управления (фиг, 3) ° Это приводит к тому что уг З0 лы регулирования всех групп вентилей возрастают со скоростью, равной угловой частоте питающей сети (для преобразования с бесконечно большим числом фаэ групп вентилей изменение углов ре-3g гулирования «(,, «».,с».„,»;{« непрерывно (фиг. 2), а выпрямленные напряжения группы вентилей уменьшаются по закону с« (t) = Ес) cos д.;(t) = Е « cos{d„„ „+

+ ш ) (Е», Е»„, Е„,, Е »„- фиг. 2) или снижаться йо коси нусоидам анодного напряжения включенных вентилей (C,,,,(.,», — фиг. 3) что вызывает уменьшение выпрямленного напряжения преобразователя с предельной скоростью (Ea на фиг. 2 и 1,) — фиг. 3) . H мо- 45 мейт времени t выпрямленное напряже2 ние преобразователя достигает установившееся значение и начинается процесс изменения уггов регулирования групп вентилей к соотношению, соответству- 50 ющему поочередному управлению при сохранении неизменным выпрямленного напряжения преобразователя. При этом напряжения на входах блоков импульсно-фазового управления, а следователь- у но, и углы регулирования, третьей и четвертой групп вентилей изменяются в прстивоположном направлении с максимально возможной скоростью, определяемой тем же эадатчиком 3 (фиг. 1), а напряжение и угол регулирования пер-@ вой группы вентилей продолжают изменяться э прежнем направлении с той же скоростью. Напряжение на входе блока 1 импульсно-фазового управления, а соответственно и угол регулирования 65 второй группы вентилей изменяются со скоростью меньшeé предельной таким образом, что напряжение на входе усиливЂ.еля 5 (фиг. 1) остается неизменным, т. е. при неизменном выпрямленном напряжении преобразователя (участок — — фиг. 2, 3). В момент t скорость изменения угла регулирования второй группы вентилей достигает максимального возможного значения и на участке t.„ — t4 (фиг. 2, 3) углы регулированйя трех групп вентилей »Х2

« (, с»« и соответственно напряжения на входах блоков импульсно-фазового управления этих групп П, U, U> воз.», ч вращаются к исходному состоянию с максимальной скоростью, а аналогичное напряжение и угол регулирования первой группы вентилей изменяются в прежнем направлении, но с такой скоростью что выпрямленное напряжение преобразователя сохраняется неизменным.

В момент t напряжения на входах блоков импульсно-фазового управления третьей и четвертой трупп вентилей достигают уровня ограничения макси— маль.ioro значения, соответствующих минимальному углу регулирования зт««х групп вентилей, поэтому на участке — (фиг. 2, 3) изменяются напря— же.«ия и углы регулирования только первых двух групп вентилей в противопо ложных направлениях.

В момент t> напряжение на входе блока импульсйо-фазсвого управления второй группы вентилей достигает уровня ограничения максимального значения, и преобразователь переходит в статический режим работы с соотношением углов регулирования групп вентилей, соотв тствующим поочередному управлению, Пля сравнения на фиг. 2 пунктиром показано изменение угла регулирования

vL и выпрямленного напряжения E nep«

Ф вой группы вентилей, а на фиг. выпрямленнсго напряжения преобразователя 1д при отработке того же скачка входного напряжения управления преобразователем с обычным устройством поочередного управления. В этом случае процесс отработки входного напряжения заканчивается в момент времени для преобразователя с бесконечно большим числом фаз (фиг. 2) или в момент времени t =- t.> < t для преобразователя, изображейного на фиг. 3. На участке t « — t видно, что переход от поочередного уйравления к одновременному при быстрых процессах управления позволяет уменьшить также и величину запаздывания, определяемую ограниченным числом фаз регулируемых на данном участке групп вентилей.

Таким образом, использование в предлагаемом устройстве общего для всех каналов операционного у илителя и блоков обратной связи облегчает настройку, повышает точность работы устройства для поочередного управле736354 ния и обеспечивает линейность регулированной характеристики преобразователя.

Включение в схему устройств типа задатчика интенсивности, используемых в качестве датчиков запаздывания регулирования, позволяет при быстрых процессах перейти от поочередного управления групп вентилей к одновременному и за счет этого повысить предельное быстродействие преобразователя, Скорейшее возвращение после окончания быстрого процесса к статическому соотношению углов регулирования, соответствующему поочередному управлению, делает незначительным снижение энергетических показателей. В целом данное устройство обеспечивает повышение статической и динамической точности систем регулирования, содержащих вентильные преобразователи с поочередным управлением. Учитывая простоту Щ устройства, оно может найти широкое, применение в установках, где эти показатели являются важными: в преобразователях частоты с непосредственной связью, быстродействующих системах тиристорного электропривода и т. и.

Формула изобретения

Устройство для поочередного управления вентильным преобразователем, состоящим из и групп вентилей, содержащее в каждом из и каналов управления блок импульсно-фазового управления и блок ограничения максимального и минимального значения входного напряжения, ко входу которого подключен источник напряжения начального смещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности регулирования, оно снабжено в каждом канале управления блоком обратной связи и задатчиком интенсивности, ограничивающим скорость изменения напряжения значением, равным отношению угловой частоты питающей сети к коэффициенту передачи блока импульсно-фазового управления, и общим для всех каналов операционным усилителем, причем вход задатчика интенсивности подключен к выходу блока ограничения максимального и минимального значений входного напряжения, выход — ко входам блока импульсно-фазового управления и блока обратной связи, выход которого подключен ко входу операционного усилителя, выход операционного усилителя подключен ко входу блока ограничения максимального и минимального значений напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Каганов И. Л. Электронные и ионные преобразователи. Часть III ГЭИ, 1956, с. 255-260.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 3"7954, кл. Н 02 Р 13/16, 1970.

736354

Тираж 783 Подписное

Закаэ 2284/1 1

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4

Фиа 5

Составитель О. Парфенова

Редактор М. Ликович Техред И.Асталош Корректор Г. Решетник