Способ управления трехфазным мостовым преобразователем переменного тока в постоянный
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повьппения энергетических показателей управляемых вьтрямителей и улучшения их динамических характеристик . Целью изобретения является i улучшение гармонического состава первичного тока и выпрямленного напряжения преобразователя, повьшхение быстродействия регулирования и упрощение системы управления вентилями. Эта цель достигается использованием предлагаемых алгоритмов отпирания вентилей преобразователя при включении их с любым четным числом-раз в течение периода напряжения сети; Такое управление вентилями обеспечивает снижение амплитуд низших гармоник первичного тока и вьтрямленного напряжения за счет увеличения амплитуд гармоник более высокого порядка, которые легче фильтруются. Повышение кратности принудительного включения вентилей приводит также к снижению времени реакции преобразователя на .изменение упрайляюще го воздействия, т.е. к повьш1ению быстродействия при регулировании вьтрямленного напряжения . 1 з.п. ф-лы, 12 ил. (Л
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСГ1УБЛИН (5р 4 h 02 M 7/162
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbiTHA
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ASTGPCHOMY. СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3888462/24-07 (22) 22.04.85 (46) 07.01.87. Бюл. У 1 (71) Ташкентский политехнический институт им. А.P. Бируни (72) В.Г. Палванов (53) 621 314.632 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
NI 111746, кл. Н 02 М 7/19, 1957.
Авторское свидетельство СССР
У 187880, кл. Н 02 М 7/72, 1964.
Авторское свидетельство СССР
В 404171, кл. Н 02 P 13/16, 1971.
/ (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫИ
ИОСТОВЬК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕИ IIEPEMEHHOrO ТОКА В ПОСТОЯННЬй (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения энергетических показателей управляемых выпрямителей и улучшения их динамических характеристик. Целью изобретения является,.SU„„1282293 А 1 с ,улучшение гармонического состава первичного тока и выпрямленного напряжения преобразователя, повышение быстродействия регулирования и упрощение системы управления вентилями.
Эта цель достигается использованием предлагаемых алгоритмов отпирания вентилей преобразователя при включе- нии их с любым четным числом pas в течение периода напряжения сети. Такое управление вентилями обеспечивает снижение амплитуд низших гармоник первичного тока и выпрямленного напряжения за счет увеличения амплитуд гармоник более высокого порядка, которые легче фильтруются. Повышение а кратности принудительного включения вентилей приводит также к снижению времени реакции преобразователя на . С" изменение управляющего воздействия, т.е. к повышению быстродействия при
Ьи регулировании выпрямленного напряжения. 1 s. и. ф-лы, 1 2 ил.
1282293!
О
Изобретение относится к электротехнике и может бьп ь использовано для повышения энергетических показателей трехфазных мостовых управляемых выпрямителей и улучшения их динамических характеристик.
Целью изобретения является улучшение гармонического состава первичного тока и выпрямленного напряжения и повышение быстродействия регулирования.
На фиг. 1 приведены диаграммы токов вентилей i -х и тока фазы А питающей сети х.(, а также выпрямленного напряжения ц,1 трехфазного мостового преобразователя прн управлении с четырехкратным включением вентилей, работающего в выпрямительном режиме с отстающим коэффициентом сдвига к,. 1 ({углы отпирания вентилей на фиг. соответствуют частным значениям углов f,= 36 и 9 = =18 и в соответствии с приведенными формулами равны cC,= 36, о(, 126, d.ç
= 228, 4 g 271 а 18 + -- = 30 ):на фиг. 2 — диагЗа раммы этих же токов и напряжений при управлении с четырехкратным включением вентилей для случая, когда выпрямитель работает в инверторном режиме с опережающим коэффициентом \ сдвйга к,
= -18 и Y = -60 равна в этом слу271. чае Р— Р = 42 > — = 30, а углы Зо отпирания вентилей в соответствии с алгоритмом для этого значения разности углов р, и <е равны с(=-18.,ос =12, <,=- 150, = 2 0 ); фиг. 3 — диаграммы этих же токов и напряжений при уПравлении с четырехкратным включением вентилей при работе преобразователя в выпрямительном режиме с коэффициентам сдвига К =1 (эти диаграмиы соответствуют с О .частным значениям углов y =- М =-9 .я s причем разность этих углов равна б О 18 — т. е. меньше 30; углы отпира— ния вентилей в соответствии с алгоритмом для этого значения разности углов Ч1,и равны с = 9, d = о > 20 s 44 231 при этом диаграммы на фиг. 1-3 соответствуют управлению. с изменяющимся в процессе регулирования алгоритмом отпирания вентилей в зависимости от 1 вепичины разности углов и Ч ; на 1 Я) фиг. 4 — диграммы этих же токов и напряжений преобразователя при управлении с шестикратным включением вентилей, соответствующие алгоритму отпирания вентилей, который остается неизменным на всем диапазоне регулирования, т.е. не зависит от значения разности углов Ф,и (эти углы на фиг.4 равны М = — Рд = 6, а углы отпирания вентилей в соответствии о с этим алгоритмом равны oL = 6 о(д = 46, о -з= 86, о = 194, о и = 234, . = 274, диаграммы на фиг. 4 соответствуют работе преобразователя в выпрямительном режиме с коэффициентом сдвига, равным единице); на фиг. 5 — зависимость максимального коэффициента мощности К „ преобразователя при управлении по закону Ч„= М от величины выпрямленного напряжения в относительных единицах для случаев q=2 (кривая !) и q- as(кривая 2); на фиг. 6 — зависимости относительных значений амплитуд гармоник первичного тока от . величины выпрямленного напряжения при управлении с двукратным (q = 2) ,включением вентилей по закону М; =- .P, -0 !IIpI. котором К = 1, а К„; — К .„„ (кри300 и м к вая 3 показывает характер изменения амплитуды 5-й гармоники первичного тока в процессе регулирования выпрямленного напряжения, кривая 435 7-й гармоники, кривая 5-11 — и гармоники, кривая 6- 13 — и гармоники, а кривая 7 — 1-й гармоники; пунктирными линиями 8 †изображены соответственно величины 5-й, 7-й, 11-i3 40 и 13-й гармоник первичного тока преобразователя при обычном и сжчметричном управлении вентилями †тако управлению соответствует равенство углов М,и ); на фиг. 7 — аналогич45 ные зависимости при управлении с четырехкратным (ц=4) включением вентилей по закону 4, =-М, на фиг. 8 — за висимости относительных амплитуд гармоник выпрямленного напряжения от величины его среднего значения при управлении с двукратным включением вентилей по закону Y, =- Уд (кривая l2 показывает изменение 6-й гармоники выпрямленного напряжения, кривая 13 - изменение 12-й гармоники, пунктирные линии 14 и 15 — изменение соответственно 6-й и 12-й гармоник выпрямленного напряжения при обычном симметричном управлении, т.е. при 1282293 — d. = EP(j +2 9 у Ъ +) i + — = y + 10-; 9 9 1-й 2-й 3-й импульс — о(, з= 4-й -oL = ч ); на фиг. 9 — аналогичные зависимости, соответствующие управлению с четырехкратным включением вентилей; на фиг. 10 — упрощенная функциональная схема системы управления с шестикратным включением вен-, тилей преобразователя, реализующая алгоритм управления, по п. 1 фор- мулы изобретения (схема имеет два канала, так как в соответствии с 10 реализуемым алгоритмом управления одновременно должны изменяться два угла —, и Ч ); на фиг. 1! — диаграммы выходных импульсов отдельных элементов схемы при реализации алго- ритма управления по п. 1 формулы изобретения; на фиг. 12 — аналогичные диаграммы при реализации алгоритма управления по п.2 формулы изобретения. 20 Система управления (фиг.10) содержит генератор 16 задающих U и синхронизирующих U., импульсов, синхронизированных с. напряжением питающей преобразователь сети, фазосдвигающие устройства !блоки задержки) 17 и 18, узел 19 сравнения фаз импульсов фаэосдвигающих устройств,17 и 18, коммутатор 20 выходных импульсов. Генератор 16 вырабатывает непрерывную последовательность задающих импульсов Uy, следующих с 18 -кратной частотой (т.е. с частотой 900 Гц), а также последовательность синхронизирующих импульсов, следую- - 35 щих с частотой 50 Гц (синхронизирующие импульсы необходимы для фиксации начала каждого нового периода). Серия задающих импульсов U- на протя3 жении одного периода показана на 4( фиг. 11. На выходах фазосдвигающих устройств 17 и 18 получаются такие же серии импульсов, но сдвинутые относительно задающих импульсов U соответственно на углы и Ч (импуль- 45 сы U Ä, и У „:на фиг. l l ) . Фазо ЗВ 7. сдвигающие устройства 17 и 18 являются управляемыми, т.е. углы и Ч изменяются пропорционально изменению управляющего напряжения U . Импульсы с выходов фазосдвигающих устройств поступают на вход коммутатора 20, который распределяет их по шести выходным каналам, обозначенным -на фиг. 10 номерами соответствующих 55 силовых тиристоров преобразователя. Коммутатор 20 представляет собой два распределителя импульсов, имеющих общие выходные цепи. В соответствии с алгоритмом управления по и. 1 формулы изобретения при Ч -М < iT/9 коммутатор 20 должен q пропускать в канал управления, например тиристором Vl, шесть импульсов, сдвинутых относительно момента естественного отпирания этого тирис" тора !(этот момент совпадает с началом отсчета на фиг. !1) соответственно на углы 1-й импульс — с = V ; Tr Х1 )! 2-й — Ы м+ — + — =,м +4--; 1- 9 3-й -с =М,+ — +2- = 9 +5-; 323 9 3- 9 4-й -d- =9 +:-- + 4- = Y +10- 4 д 3 9 а 9 2T ) ) 5-й — с = + — +5- = P +112 3 9 9 2 « 1 бй -ы = + -- +6- = М +12-. 3 9 2 9 Такие углы имеют соответственно l-й, 5-й,и 6-й импульсы серии Б и ll-й, 12-й и 13-й импульсы севйй Следовательно, коммутатор 20 должен быть выполнен так, чтобы при e,-Ì (Э: /9 он пропускал в канал Vl именно эти импульсы — серия импульсов U „< > (фиг. 11). При Ч,- ).11 /9 в канал управпения тиристором Vl также должны посту-. пать шесть импульсов, но уже с другими углами сдвига 5-й — = Ч + Jl + 5- = V +14- ° Л jr, 5 g . 9 . э 6-й - = Ч+3Г +6- = Y .+15 —. 9 (g Такие углы сдвига имеют соответственно. l-й, 2-й и 3-й импульсы серии U >Ä, и l-й, 15-й и 16-й импульсы серйи U Ä . Таким образом, как ри только разность углов М„ — превысит 20, коммутатор 20 должен изменить характер функционирования и пропускать в канал Ч! уже другие импульсы — серии U,< 1(на фиг. 11). Изменение характера функционирования коммутатора 20 осуществляется под воздействием выходного сигнала узла 19 сравнения фаз импульсов фазосдвигающих устройств {фиг. 10). Такую перестройку работы коммутатора 20 можно осуществить, используя в нем к примеру не одну, а две пары рас1282293 Л (3) 1-й 2-Й 4-й Й ч,- зг(гк() 35 2 (s) 3 6 -у- У,р (2) где пределителей, причем в зависимости от характера выходного сигнала узла 19 сравнения импульсы в выходные каналы пропускаЕт то одна пара, то другая. Если при построении системы управления вентилями использовать алгоритм управления по г .2, формулы .изобретения, то импульсы, поступающие в канал VJ независимо от значения разности углов Ч -((, долйны быть сдвинуты относительно момента естественного отпирания тиристора Ю на углы импульс †.4 = Ю 1 2 (г 2 Ч +2 1-с/- = +4 3 Э 2 Л Л -((-= Ч + -- +4-= ч +10-4. 2,3 9 2 9 2 М Ъ .((-(. + — +6- = „+ 12-; 3 9 "2 9 23r = y + — +8 — = q +14-. в 2 3 9 2 9> Такие углы имеют (фиг. 12) l-й, 3-й и 5-й импульсы серии V „„ H 11-й, 13-й и 15-й импульсы серии U, . Ком9ъ 352 мутатор 20 должен пропускать в канал Vl импульсы серии Uy((фиг., 2) при любых значениях разности углов поэтому при реализации этого алгоритма узел 19 сравнения в схеме не нужен. При этом упрощается и схема Коммутатора 20, так как он не дол.жен в процессе работы изменять характер функционирования. Таким образом, использование алгоритма управления по п.2. формулы изобретения приводит к упрощению системы управления вентилями преобразователя. Зависимости, изображенные на фиг. 5-9, рассчитаны по общим формулам, полученным,в результате анализа работы трехфазного мостового преобразователя при управлении с про извольным значением четной кратности включения вентилей q (в том числе и при q=2). Выпрямленное напряжение в относительных единицах определяется по формуле )(- 0 .,.,""(-, — -, U = -в-= cos — Б,1 2 . 7( о 3 Коэффициент мощности преобразова-. теля равен Uj с5 1 2 (, М ) Максимальному значению коэффициента мощности соответствует управление по закону чг -М . При таком 2 равлении H q коэффициент мощ ности определяется следующим предельным выражением К „, =: и ° (4) Амплитуды гармоник первичного то.ка.в относительных единицах рассчитываются по формуле i = йЕЕ ((() Х,1 ?,1 (5) с, 20 где 1 — ток нагрузки преобразователя; 2 к 2 к1((1 1 Ч2 5 ((— 5 v СО 5 ккрм 2 3 2 51 г К.(— — - — 5) и 7(i (6) К Л S ЪЧ 2 «((к((Ч+Ч зг . b = ь, $; 5 h K к11 2 3 г к Л 35 3(1 К вЂ” парядковый йомер гармоники пер. ,вичного тока (К=1,5,7,11,13 и т .д.). Амплитуды гармоник выпряленного 40 напряжения и относительных единицах рассчитываются по известным значениям коэффициентов а (6) и b (7) по формуле Ug 1 — -=г — /(а + a. )(Ь +b„.,l Ui((nn) (.1- 1-; U — 2I -1 .+ 45 (1 1 где n — порядковый номер гармоники выпрямленного напряжения (п = 6,12, 18 и т.д.). 50, Из (фиг. 5) видно, что коэффи. циент мощности при о о мало отличается от его значения при q=2 и, следовательно, при любой другой четной (кратности включения вентилей. Сравнение зависимостей, изображенных на фиг. 6 и 7,:показывает, что при q 4 амплитуды 5-й и 7-й гармоник первичного тока значительно . 282293 8 алгоритм отпирания вентилей, который остается неизменным при изменении разности углов Ч, и V (фиг. 4), поскольку упрощению алгоритма соответствует и упрощение системы управления вентилями. Таким образом, использование пред.лагаемых алгоритмов отпирания вентилей трехфазного мостового преобразо10 вателн позволяет улучшить гармонический состав первичного тока и выпрямленного напряжения, повысить быстродействие регулирования и упростить систему управления вентилями. f5 Формула изобретения 1. Способ управления трехфазным мостовым преобразователем переменного тока в постоянный путем принуди. 20 тельного многократного включения каждого вентиля в течение периода напряжения сети, отличающийся тем, что, с целью улучшения гармонического состава первичного тока и 25 выпрямленного напряжения и повьппения быстродействия регулирования, каждый ,вентиль преобразователя включается в течение периода, напряжения сети четное число Q =4, 6, 8, IÎ и т.д. раэ, 30 при этом первое отпирание вентиля осу-. ществляется с углов о(= 1 ; диапазон изменения которого произволен, второе и последующие до q/2 включительно отпиранин осуществляются с углами 35 с = Ю + — +(> -i) Л 2л 3 3% где = 2,3,..., q/2, остальные q/2 отпираний осуществляютсн с углами 2У . 27 40 Ы. =(p + +,) 2 gq где (+ 1) (+2) ., с при условии, что разность углов Ч", и ф5 11 изменяется в диапазоне ? l меньше, а амплитуды 1I-й и 13-й гармоник больше, чем при q =2. Анализ показывает, что при q = 4 уменьшаются также амплитуды 17-й и 19 — й, 29-й, 31-й и т.д. гармоник, а возрастают амплитуды 23-й, 25-й 35-й, 37-й и т.д. гармоник. С повышением кратности включения вентилей q снижаются амплитуды у все большей части гармоник низших порядков. Так, при 1 = б сниженными оказываются амплитуды не только 5-й и 7-й гармоник, но также и ll-й и 13-й. Как известно, размеры и вес резонансных фильтров высших гармоник снижаются с увеличением их частоты (или кратности последней по .отношению к частоте основной гармоники). С повышением кратности включения вентилей резонансные фильтры должны настраиваться на все более высокие частоты, благодаря чему их размеры и вес будут снижаться. Сравнение зависимостей на фиг. 8 и 9 показывает, что повышение кратности включения вентилей оказывает на амплитудный спектр гармоник выпрямленного напряжения такое же влияние, что и на амплитудный спектр гармоник первичного тока: при 9=4 амплитуда б-й гармоники выпрямлен— ного напряжения значительно меньше, а амплитуда 12-й гармоники больше, чем при q =2. Если нагрузка преобразователя является активно-индуктивной (например, нагрузкой явлнется электродвигатель), то такая нагрузка, как известно, обладает естественными фильтрующими свойствами, улучшающимися с повышением частоты гармоник. Поэтому можно сделать вывод, что повьппение кратности включения вентилей, сопровождающееся снижением амплитуд гармоник выпрям.ленного напряжения низших порядков при одновременном увеличении амплитуд гармоник высоких порядков, приводит к улучшению гармонического состава выпрямленного напряжения. Вполне очевидно, что с повышением кратности вкжочения вентилей уменьшается время запаздывания реакции преобразователя на изменение управляющего воздействия, т.е. повышается быстродействие регулирования. При управлении с четной кратнос тью включения вентилей (q--б,1О, 14, и т.д.) целесообразнее-использовать 0(ч> - LP (— > ЫГ 3 а при изменении разности этих углов в диапазоне 31 — о < 39, 1 2 3$ первые Q/2 отпираний осуществляются с углами 231 0L = М, +(j->) где = 1,2,..., q/2, следУющее отпирание осуществляется с углом . 21> О(= 9 +3 -.l — . (ф+1) Ч d =Ч+(J-1) и Ф 4и где = 1,2,..., q/2, а остальные отпирания — с углами 5 гю, 4У +; rp + — +(3 2) З . 3о пде ("-++2), (-+З),..., 9 1282293 а остальные отпирания осуществляются с углами 23 =Ч +3r+ — 2 3Q 2, Способ по п ° 1, о т л и ч а ющ и Й с я тем, что, с целью упрощения системы управления, при четной кратности включения вентилей а.= 6, 10; 14 и т.д. первый (/2 отпираний каждого вентиля осуществляются с углами iо "-(q- + 11 ° (+ ) °,%, причем угол 1,может изменяться в произвольном диапазоне, а диапазон изменения угла М ограничен услови2 ем М Ос - а 3< 1 282293 1282293 1 282293 Ю И N Фиг.7 Vd(n}m 1282293 Составитель Е. Мельникова Техред В. Кадар Редактор В. Данко Корректор И Муска Тираж 661 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 7283/56 Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
