Способ регулирования тока нагрузки вентильного преобразователя

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления силовыми статическими вентильными преобразователями . Целью изобретения является повышение точности регулиро|ШН1И ,M в &03 ю tt№l № ео вания тока нагрузки при вариациях напряжения сети и противо-ЭДС нагрузки . Поставленная цель достигается за счет того, что одну из составляющих опорного сигнала очередного вентиля формируют путем интегрирования соответствующих напряжений сети, а другая составляющая представляет собой произведение мгновенных значений ЭДС нагрузки и временного интервала, прошедшего от момента выключения предыдущего вентиля. Для реализации этих операций в устройство введены интеграторы 7, 8 и 9 со сбросом и сумматоры 1 , 2 и 3 по числу вентилей преобразователя , блок 10 управления сбросом интеграторов, датчик 16 ЭДС нагрузки , датчик 17 состояния вентилей, функциональные преобразователи 18 и So ,Sb Фиг. /

СООЗ СОЮТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (so 4 Н 02 И 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИД-"ТЕЛЬСТВУ (21) 3852174/31-07 (22) 01.02.85 (46) 23.07.87. Бюл. Р 27 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) А.Г.Грабовецкий (53) 621.316.727(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 926753, кл. Н 02 И 7/12, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 1012402, кл. H 02 М 1/08, 1983. (54) СПОСОЬ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА НАГРУЗКИ ВЕНТИЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления силовыми статическими вентильными преобразователями. Целью изобретения является повышение точности регулиро„„SU„„1325642 А 1 вания тока нагрузки при вариациях напряжения сети и противо-ЭДС нагрузки. Поставленная цель достигается за счет того, что одну из составляющих опорного сигнала очередного вентиля формируют путем интегрирования соответствующих напряжений сети, а другая составляющая представляет собой произведение мгновенных значений ЭДС нагрузки и временного интервала, прошедшего от момента выключения предыдущего вентиля. Дпя реализации этих операций в устройство введены интеграторы 7, 8 и 9 со сбросом и сумматоры 1, 2 и 3 по числу вентилей преобразователя, блок 10 управления сбросом интеграторов, датчик 16 ЭДС на- М, грузки, датчик 17 состояния вентилей, функциональные преобразователи 18 и

1325642

35

19 и блок 20 перемножения. Т,о., формование опорных сигналов для вентилей происходит так, чтобы прогнозировать вариации напряжения сети и

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для управления силовыми статическими вентильными преобразователями.

Цель изобретения — повышение точности регулирования тока при вариациях напряжения питающей сети и противо-ЭДС нагрузки.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ регулирования тока нагрузки вентильного преобразователя; на фиг. 2 — пример выполнения преобразователя по трехфаэной нулевой схеме; на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие работу указанного устройства; на фиг. 4 и 5 — варианты возможных схем функциональных преобразователей; на фиг. 6 — диаграмма изменения во времени ЭДС двигателя постоянного тока с независимым эозбуждением в стационарном режиме прерывистого тока

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит датчик напряжений сети (ДН) 1-3, сумматоры 4-6, интеграторы 7-9 со сбросом по числу вентилей преобразователя, блок управления сбросом интеграторов (БУС) 10, два коммутатора аналоговых сигналов (КС) ll и 12 с числом каналов, равным числу вентилей, блок ограничения углов управления (БОУ) 13, компаратор

l4 с суммирующими входами, источник задающего сигнала (ИЗС) 15,датчик

ЭДС нагрузки (ДЭ) 16, датчик состояния вентилей (ДСВ) ll7 первый и второй функциональные преобразователи (ФП) 18 и 19, а также блок перемножения (БП) 20 и распределитель импуль сов (РИ) 21.

Входы ДН 3 соединены с источниками сетевых напряжений, а нх выходы подключены к соответствующим входам сумматоров 4-6, входам БУС !О, КС 12 и входам БОУ 13. ДН могут быть выполнены, например, по схеме усилителя противо-ЭЛС,нагрузки и с упреждением учитывать их при определении фазы оТ пирающе"c. импульса очередного вентиля, 6 ил. с олтроиной развязкой. Входы сброса интеграторов 7-9 подключены к выходам

БУС 10„ и их выходы соединены с эходами коммутатора КС ll. Коммутаторы

11 и 12 можно выполнить, например, на микросхемах аналоговых ключей типа 284КН1. БУС 10 в данном случае состоит из трех каналов, каждый из которых может иметь сумматор, фильтр первой гармоники питающей сети, вы" полненный, например, по схеме полосового фильтра, и формирователь импульсов сброса, выполненный, например, на интегральной микросхеме одновибра15 тора типа 155АГ1. Входы управления ключами коммутаторов 11 и 12, а также соответствующие входы БОУ 13 подключены к вторым выходам РИ 21, первые выходы которого соединены с управля20 ющими электродами вентилей преобразо,вателя, Причем входы управления ключа КС ll, коммутирующего опорный сигнал для данного вентиля, и ключа КС

12, коммутирующего сигнал напряжения

25 питающей сети, действующий в анодной цепи предыдущего вентиля, соединены с одним и тем же выходом РИ 21. Распределитель импульсов 21 может быть выполнен, например, путем последова30 тельного соединения счетчика и дешифратора. Сигналы РИ, управляющие работой ключей КС 11 и КС 12, поступают с выходов дешифратора, а импульсы управления вентилями формируются эле" ментами И по числу вентилей, первые входы которых соединены с выходом БОУ

13, а вторые входы подключены к соответствующим выходам дешифратора.

Выход КС 1) соединен с вторым суммирующим входом компаратора 14, выход которого соединен с входом БОУ

13. Выход КС 12 подключен к входу

БОУ 13 и через ФП 19 — к второму суммирующему входу компаратора 14. Выход источника задающего сигнала, э качестве которого может быть использован любой ре .улируемый источник!

325642 напряжения, соединен с первым суммирующим входом компаратора 14, к которому также подключен выход ДЭ

16, соединенный, кроме того, с входом БОУ !3 и первым входом БП 20. В качестве ДЭ можно использовать тахогенератор постоянного . тока„ а БП может быть выполнен на микросхеме аналогового перемножителя. К второму входу БП 20 подключен вьмод ФП 18, lp а выход указанного блока соединен с вторым суммирующим входом компаратора 14. Выход ДСВ 17, подключен к одному из управляющих входов ФП 18 и

19, к другим управляющим входам которых подключен выход БОУ 13, соединенный с входом РИ 21, Функциональный преобразователь 18 (фиг. 1) может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг. 4 и содержа- 20 щей источник постоянного напряжения смещения (ИС) 22, интегратор 23 со сбросом и элемент ИЛИ 24. Выход ИС

22 подключен к входу интегратора 23, выход которого является выходом ФП

18. Вход управления сбросом интегратора 23 подключен к выходу элемента

ИЛИ 24, входы которого соединены с выходами ДСВ 17 и БОУ 13 (фиг. 1). функциональный преобразователь 19 0 (фиг. 1) может быть выполнен по схе-! ме, приведенной на фиг. 5 и содержащей интегратор 25 со сбросом и элемент HJlH 26, причем вход интегратора соединен с выходом КС 12 (фиг. 1), а его выход является выходом ФП 19.

Вход управления сбросом индикатора

25 соединен с выходом элемента ИЛИ

26, входы которого соединены с выходами ДСВ 17 и БОУ 13 (фиг.!).

Способ регулирования тока нагрузки вентильного преобразователя можно уяснить, рассмотрев работу устройства, функциональная схема которого приведена на фиг. 1. ВРеменные диа- 45 граммы, поясняющие его работу, приведены на фиг. 3, где е„, е, е, напряжения фаз питающей сети; U see(8) выходное напряжение преобразователя;

П „, (& ), ць,х,(9 ) и П „(6) -опоРные сигналы вентилей для режима непрерыв ного тока; S, S0 и 8„- импульсы сброса интеграторов на выходе БУС

lO (фиг. 1); U<„ — опорный сигнал режима непрерывного тока очередного

55 вентиля на выходе КС 11 (фиг. 1);

e> „ — напряжение питающей сети пре-. дыдущего (n-l)-.ro вентиля на выходе

КС 12 (фиг, !); U è 01р- сигналы на выходах ФП 19 и 18 (фиг. 1); е, сигнал, пропорциональный ЭДС нагрузки на выходе ДЭ 16 (фиг. 1); третья составляющая опорного сигнала очередного и-го вентиля на вьмоде

БП 20 (фиг. 1); Uù, и U результирующий опорный сигнал и сигнал управления на суммирующих входах компаратора !4 (фиг. 1); i u p — импуль- сы управления на выходы БОУ 13 и сигнал ДСВ 17 (фиг, 1).

Приведенными диаграммами иллюстрируется работа вентильного преобразователя на якорь двигателя постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТ) в стационарном режиме прерывного тока (U =const) при синусоидальз ных напряжениях питающей сети.

Сигналы, пропорциональные напряжениям фаз питающей сети, с выходов

ДН 1-3 через сумматоры 4-6 поступают на входы соответствующих интеграторов

7-9 (фиг. 1). На выходе интеграторов формируются опорные сигналы вентилей. для режима непрерывного тока (фиг.За, б). Моменты установки нулевых начальных условий интеграторов определяются временным положением импульсов S„ S S формируемых БУС

1О (фиг. Зб) в моменты перехода через ноль первой гармоники суммы напряжений сети, поступающих на вход соответствующего интегратора, при углах управления данного вентиля Ы „ Ti, Вьмодные сигналы интеграторов поступают на ключи коммутатора

КС ll которые управляются стробами

РИ 2! 8, S,,S (фиг. 1) . Указанные стробы вырабатываются в соответствии с порядком работы вентилей так, что на интервале формирования опорного сигнала очередного вентиля вплоть до генерации его импульса управления соответствующий строб равен логической единице. При этом замыкается ключ КС

ll, управляющийся этим стробом. Taic например, при формировании опорного сигнала вентиля, включенного на сетевое напряжение е (фиг. 2), S!!=l а 8@8 0 ° Очевидно тогда U»=U «iq т.е. на выходе КС 11 сигнал U „í каж.дый момент времени равен опорному напряжению режима непрерывного тока очередного вентиля (фиг. Зв).

Аналогично коммутатором КС 12 (фиг. 1) из сигналов ДН 1-3 формиру- ется сигнал е „ „, пропорциональный а, каждый момент времени напряжению сети, действующему в анодной цепи вен42 (6) S =о +В

5 13256 тиля, включенного последним (предыдущего вентиля) (фиг. Зг).

Временное положение импульса управления очередного вентиля 4 соответствует фронту выходного сигнала компара-5 тора 14 (фиг. 1) Б,, который формируется в момент равенства результирующего опорного и управляющего сигналов (фиг. Зи, к). Сигнал управления U, на первом суммирующем входе компаратора представляет собой сумму сигнала с выхода датчика ЭДС нагрузки ДЭ 16 е, и сигнала задания

U с выхода ИЗС 15. Указанные сигнаЪ лы пропорциональны соответственно противо-ЭДС нагрузки и падению напряжения от заданного тока I на активном сопротивлении нагрузкй R поэтому

U> e +Б =К(е +1 К„), (1) 20 где К вЂ” коэффициент пропорциональности

Результирующий опорный сигнал очередного и-ro вентиля Ц„(„1 формируется на втором суммирующем входе компаратора как алгебраическая сумма трех составляющих:

V0„(h(g)= V, ()+U {e)+U3n(р), (2)

1Ь 21 З

30 где U,,h{Ф) " сигнал на выходе ФП (фиг. Зд) „

Ц „(д) — сигнал на выходе КС 11 (фиг. Зв);

U „(д) — сигнал на выходе БП 20 (фиг. Зз), формируемый в результате перемножения сигналов ДЭ 16 е, (фиг. Зж) и ФП 18 Ug (фиг. 3e):

U, (4 )=К e,(о)и,(о), где К „- коэффициент передачи блока перемножения.

Сигнал с выхода компаратора 14

S gпоступает на один из входов БОУ

13 (фиг. 1), где угол управления очередного вентиля ограничивается областью положительного напряжения на нем и импульс управления Ы формируется по длительности (фиг, Зж). В БОУ осуществляется проверка двух условий: условия положительности напряжения нав-м вентиле в режиме непрерывного тока е (Р)1 е, {y) (4)

55 (hl и условия положительности напряжения на р-м вентиле в режиме прерывистого тока

6 е (.!) 7 е (с.у), (5) (n1 . о

Условие формирования импульса управления вентилем можно сформулировать таким образом, Импульс управления очередным вентилем формируется в том случае, если: опорный и управлякщий сигналы очередного, вентиля становятся равны при положительном напряжении на вентиле или указанные сигналы не сравниваются до момента времени, где напряжение на очередном вентиле становится отрицательным. В последнем случае импульс 4 формируется в момент смены знака напряжения на вентиле. Этот импульс не может включить вентиль, но он переключает РИ (фиг. 1) и, следовательно, всю систему управления преобразователя для формирования опорного сигнала следующего вентиля.

Управляющие импульсы a(с выхода

БОУ поступают на вход РИ (фиг. 1), где очередным импульсом Ы производится переключение стробов РИ, а импульс распределяется на управляющий электрод соответствующего вентиля.

Кроме того, импульсы d поступают на один из управляющих входов функциональных преобразователей 18 и 19 (фиг. 1), на другой вход которых поступает сигнал ДСВ 17. Заметим, что равенство 8=1 соответствует наличию тока нагрузки (фиг. За, и), В указанных ФП из этих сигналов формируется сигнал управления сбросом интеграторов S, (фиг. 4 и 5) На выходе ФП 18 (фиг. 4) формируется сигнал U, равный

И (о-)= — — U = (g-O 3 (7) 1 (1см R

9 см (h-4

Н1 hn (h-11 где 8,=ы,Т„„ — постоянная времени интегратора (фиг. 4) Т„„ в угловых единицах; — круговая частота сети; текущее время t в угловых единицах;

R — момент выключения пре1 дыдущего (n-1)-ro вентиля.

В момент генерации очередного импульса управления происходит обнуление выходного сигнала ФП 18 (фиг.3e).

Третья составляющая опорного сиг" нала очередного вентиля U {p) (фиг.Зз)

Зь формируется на выходе блока перемно1325642

I жения БП 20 (фиг. I) no уравнению (3), которое при подстановке (7) преобразуется к виду (,)см (-1) () 5

H i

Функциональный преобразователь ФП

19 (фиг. 5) формирует выходкой сигнал по уравнению

И

1 (О) = — — е (()() d ()(, 8, ) ("-")

"(.- ) причем в момент генерации очередного управляющего импульса результат интегрирования обнуляется (фиг. Зд). 15

Тогда уравнение опорного сигнала очередного вентиля (фиг. Зи ) после подстановки в (2) (8) и (9) преобразуется к виду

20 (((,у>=и,„(ю>+ -" -"-к,Е, Ь>(,>-e<„„)(.Y И1 (o>du.

l (1Î) )>

wi)

)(| д („.,)

С целью повьппения точности отра- 25 ботки заданного тока в предлагаемом способе регулирования тока нагрузки операция интегрирования противо-ЭДС заменяется на операцию умножения мгновенного значения ЭДС нагрузки на ЗО длительность соответствующего временного интервала. Тогда уравнение алгоритма формирования опорного сигнала очередного и-го вентиля в принятой системе относительных единиц запишется в ниде

О ц, (а>= 8 (е, „,,(о>-е„(э>)дав (> ((>((1, R (> -(1(>

Таким образом, при формировании опорного сигнала очередного вентиля в соответствии с (11) можно обеспечить отработку заданного тока на выходе вентильного преобразователя беэ ошибкие

B изобретении опорный и управляющий сигналы формируются в соответствии с предлагаемым законом. Действи- 5О тельно, так следует из уравнения (1) при K=1 в принятой системе относительных единиц.

U ==e+ (a)+Z*. (l 2)

Алгоритм формирования второй составляющей опорного сигнала в предлагаемом устройстве в соответствии с изложенным описанием его работы и в лри"втой системе относительных e;;г:— ниц можно записать уравнением ! (р(ь)

))одставляя (13) в (10), где параметры выб,->аны следующим образом, 27( (в =в =e - =—;

»»г с ( )- 1 (м определяем результирующий опорный сигнал, формируемый в данном устройт е с (!

U, (Ф) = — е (9)-е (()() ((д1,, (.) г (u>a +e (>>Г -О ) (((>

1 о (>i-() ) . (((1)

Принимая во вн))мание соображения, изложенные выше, можно легко убе чться, что предлагаемый способ регулирования тока нагрузки преобразователя позволяет обеспечить достижен- е поставленной цели, состоящей в повьппении точности регулирования тока при вариациях напряжений питающе;Ъ сети и противо-ЭДС нагрузки. Указан(ный эффект достигается за счет формирования опорных сигналов для вентилей таким образом, чтобы прогнозировать упомянутые вариации и с упреждением учитывать их при определении фазы отпирающего импульса очередного вентиля.

Формула изобретения

Сгособ регулирования тока нагр;.эки вентильного преобразователя, заключающийся в том, что формируют опорный сигчал очередного в нт-.";н в виде суммы трех составляющих, первая из которых пропорциональна интегралу, взятому с обратньп(знаком от напряжения фазы предыдущего вентиля на интервале его непроводящего состояния, сравнивают опорный и управляющий сигналы, в моменты их равенства формируют импульсы управления вентилями и обнуляют результат ин -егрирования, ограничивают углы управления вентиля областью положительно" го напряжения на нем и распределяют импульсы управления по вентилям, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования тока при вариациях напряжения питающей сети и противо-ЭДС нагрузки, ! 325$)())2

Фи@ Я управляющий сигнал формируют в виде суммы сигнала задания тока н сигнала, пропорционального противо-ЭДС нагрузки, вторую составляющую опорного сигнала очередного вентиля формируют пропорционально интегралу от разности напряжений фаз предь1дущего и очередного вентилей, причем результат интегрирования обнуляют один раз за период напряжения питающей сети в мо- 10 мент перехода через нуль первой гармоники суимь1 интегрируемых напряжений в прн углах управления вРнтнля больше )80 эл.град., а третью составляющую опорного сигнала очередного вентиля формируют пропорционально произведению мгновенных значений противо-ЭДС нагрузки и временного интервала, прошедшего от момента вьвлючения предыдущего вентиля, 1325642

>по

Составитель А.Меркулова

Редактор Е.Папп Техред Л.Сердюкова Корректор Е.Рошко

Заказ 3122/53 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

+tir)n

ФМ)д

Фиаб