Способ управления вентильным преобразователем

 

Сущность изобретения: в соответствии со способом управления преобразователем сравнивают уставку тока с граничным значением , и, если уставка меньше граничного значения, то угол управления преобразователем формируют с использованием зависимости, нормированной в функции параметров звена вентильный преобразователь - двигатель. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1739457 А1 (19) (11) (s1)s Н 02 M 7/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4850312/07 (22) 12.07.90 (46) 07,06.92, Бюл. N 21 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И,Ульянова (Ленина) (72) Б,Г.Коровин, А.Ю,Омельченко, Д.В.Судаков, В.И.Цветков, В,А.Рыдов и А.М,ДубhMKOB (53) 621.316. (27(088.8) (56) Управляемый выпрямитель s системах автоматического регулирования./Под ред.

А.Д, Поздеева. — М.: Э нергоатомиздат, 1984, с. 84, Авторское свидетельство СССР и 1319200, к.:, Н 02 M 7/12, 1987, Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах прямого цифрового управления вентильными преобразователями, в частности в приводах постоянного тока с вентильными преобразователями, Качество управления преобразователем при применении предлагаемого способа повышается за счет линеаризации ре гул ировоч ной ха рактеристики и реобразователя совместно с нагрузкой в режиме прерывAcTblx и непрерывных токов, Известны способы и . устройства, обеспечивающие линеаризацию регулирозчной характеристики вентильного преобразователя, основанные на использовании следующих принципов линеаризации естественной характеристики звена вентильный преобразователь-нагрузка (ВП-Н); линеаризация в функции тока с запаздыванием на период дискретности ВП, линеаризация в функции интеграла от напряжения на венти(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ (57) Сущность изобретения; в соответствии со способом управления преобразователем сравнивают уставку тока с граничным значением, и, если уставка меньше граничного значения, то угол управления преобразователем формируют с использованием зависимости, нормированной в функции параметров звена вентильный преобразователь — двигатель. 4 ил, ле в интервале отсутствия тока (бестоковой паузы); линеаризация в функции сигнала задания на входе устройства управления ВП и

ЭДС нагрузки, Зависимость тока нагрузки и напряже. ния на вентиле от несимметрии амплитуд и фаз источника питания ВП снижает точность линеаризации характеристик звена

ВП-Н, а импульсный характер этих величин усложняет практическую реализацию этих способов в конкретных устройствах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является ъ способ управления ВП, заключающийся в том, что формируют сигнал задания, измеряют ЭДС нагрузки, формируют сигнал управления преобразователем в режиме прерывистого тока как однопараметрическую нелинейную функцию алгебраической суммы. модулей сигнала задания и сигнала

ЭДС, причем знак суммы является логиче1739457 ской функцией знаков сигнала задания и сигнала ЭДС.

B качестве однопараметрической нелинейной функции в способе используется компенсирующая нелинейная зависимость, обратная нелинейной зависимости тока на грузки ВП от сигнала управления (угла управления) преобразователя при ЭДС нагрузки, равной О. Логической функцией является функция ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ знаков сигнала задания и сигнала ЭДС нагрузки.

Повышение точности достигнуто за счет компенсации нелинейности звена ВП-Н как в области непрерывных, так и в области прерывистых токов и малой инструментальной погрешности. В известном способе формируют уставку тока, измеряют ЭДС нагрузки, формируют сигнал управления преобразователем, пропорциональный углу управления, сравнивают сигнал управления с опорным сигналом и в моменты равенства формируют импульсы управления ВП. Точность способа достигается тем, что задают граничное значение тока уставки и для токов уставки, превышающих граничное значение, определяют сигнал управления из функциональной зависимости для режима непрерывного тока (PHT), а для токов уставки, меньших граничного значения, определяют сигнал управления из функциональной зависимости для режима прерывистого тока (Р ПТ), Недостатком известного способа является то, что в области прерывистых токов не учитывается зависимость компенсирующей нелинейности от изменения параметров нагрузки в ходе эксплуатации при замене конплекта ВП-Н на комплект с другими характеристиками (числом фаз, сопротивлением и индуктивностью нагрузки), что l1pvi водит к потере точности при стыковке характеристик режимов непрерывного и прерывистого тока.

Цель изобретения — повышение точности управления звеном ВП-Н за счет уменьшения чувствительности компенсирующей нелинейности к изменению параметров этого звена.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу сигнал управления преобразователем и пропорционален углу управления о, который для токов уставки 1 < lr. определяется из выражения

Vnp (I, Ен) = Юн (1, Es) + AVnp (Кн)). где v„(l, E„) — значение сигнала управления в РНТ, - ьхпр (Кн1) = йр (Кн1) . х н (1,0), v, (1,0) — значение сигнала управления в PHT

ПрИ Ен = О, ПРИЧЕМ УГОЛ Vnp (Кн1) — ОПрЕдЕляется из нормированного уравнения

1=со5(1„х 9)-соБ(х„+ h-9)+ 1 8 sin(4, -9))exp(-ас1р9)-l), 10 а угловая длительность А определяется уравнением

Sln(4 „г+%-9)-Б) п(„- -9) exp(-%ctg ej=O, где Ен — абсолютное значение ЭДС нагрузки;

Em — амплитуда ЭДС ВП;

О= arctg(cue 1 н/Кн) — угол нагрузки;

Кн =2л/(mcos О) — нормирующий коэффициент;

R„, L„— сопротивление и индуктивность нагрузки; в0 — частота сети;

m — число фаз преобразователя.

Компенсация нелинейности по предлагаемому способу заключается в том, что характеристика преобразователя в режиме непрерывного тока определяется как нелинейная двухпараметрическая зависимость, обратная зависимости тока преобразователя от ЭДС нагрузки и угла управления, прямая зависимость имеет вид для относительных значений тока и без учета

35 коммутационного падения напряжения

1 = — 51г) — 5i nl)+ — ) -Е (1)

СР Я,л ), тщ)—

Em.

40 Rn где I = — icp — абсолютная величина тока;

Ен = Е п — абсолютная величина ЭДС нагрузки.

С учетом коммутационного падения напряжения

45 . и),, Я х -К q 6м — Б х х — )-9j+(-kd ) „ с (2) где Kdc „„., постоянная вре1 + m гоо Тф 2 г

50 мени фазы трансформатора;

m Л тг

)г= — Sln — SIR (ю, + — ) — Е- граничное

m m значение тока преобразователя;

Vc — ГраНИЧНОЕ ЗНаЧЕНИЕ уГЛа уПраВЛЕ55 ния, определяемое из уравнения х 59(5 и(4, — "-9)-П„в п (х)„-9))-Я(9,- ):O

) где 0 = ехр(— ctg О).

2 л

1739457

Абсолютное значение граничного тока

Em.

)г = — )г. н

Для режима прерывистого тока прямая зависимость тока от угла управления может быть записана.в виде не содержащей в явном виде зависимости

icp от угла нагрузки О.

Известно эквивалентное (3) выражение — соБю )собй-e)-со5(1+%-8)) .

Г

2 и (4)

i> был(1-ejtc <) La ф- )t)e)EI, где Л вЂ” угловая длительность импульса тока, которое содержит явную зависимость от О, Переменная it. удовлетворяет уравнению я — cos Оsin(v — О+Л) =

=(к — cos Оsin(о- 0)) 0

При определении обратной зависимости для компенсирующей нелинейности в режиме непрерывного тока PHT угол управления преобразователем в соответствии с (1) ! И и

Е Е (5)

) =7---а) свг) пои I I к tm ), m ° л где Km = — Ыг) —,! — ток уставки, I

"т ITI не сни>кает общности предлагаемого решения, Нелинейная зависимость (5) является функцией суммы двух переменных, что существенно упрощает табличную компенсацию, От угла нагрузки О выражение (5) не зависит, Компенсация нелинейности в PHT совпадает с принятой в известном способе.

При переходе в режим прерывистого тока существенно обеспечить стыковку обратной нелинейности(5) с компенсирующей нелинейностью, получаемой из (3) или (4) для режима прерывистого тока (P ПТ).

В способе-прототипе это сделано с использованием явной зависимости

A — ( ср п = a- — -Qrc5itn пр 1п получаемой из (3), что приводит к двухпараметрической обратной нелинейности, для

50 которой граничное значение угла управления v сильно зависит от ЭДС с: и угла нагрузки О, а коэффициент передачи зависит от О и от я . При наладке и эксплуатации зависимости от угла нагрузки

О имеет определяющее значение, так как зависимость граничного значения иг от е учитывается в выражении (5), а слабой зависимостью коэффициента передачи от а в режиме прерывистого тока можно пренебречь.

Важно обеспечить гладкое сопряжение характеристик звена ВП-Н в PHT и РПТ, так как отсутствие такого сопряжения приводит к потере точности из-за скачков коэффициента передачи.

На фиг, 1 изображена нелинейная зависимость тока якоря от угла управления I =

=f(v) для режимов непрерывного и прерывистого токов; на фи . 2 aC — зависимости граничного тока от tg О для нормированной It-o = = f (О) и ненормированной кривых

ir = 1(И)м зависимости нормированного К д и ненормированного К;укоэффициентов передачи от угла О; на фиг. 3 — зависимости сигнала управления преобразователем от кода управления и кода ЭДС; на фиг. 4— схема устройства, реализующего предложенный способ, Кривые 1 и 2 представляют нелинейность (5) для двух значений ЭДС нагрузки я. Кривые 3 и 4 соответствуют различным значениям угла нагрузки при E = О, а кривые 5 и 6 — при E > О.

Из фиг, 1 видно, что при изменении

О существенно изменяется и коэффициент передачи К д- с7 I/ñ) о в режиме прерывистого тока. Изменение е не оказывает существенного влияния на коэффициент передачи, во всяком случае при F. < 0,5, и на изменение граничного тока. Грацией двух режимов является горизонтальная прямая )г = const при E = О, Однако ордината этой прямой зависит от угла на рузки О, также как и коэффициент К)> Учет этой зависимости возможен или путем использования семейства кривых вида (3), (4) или путем использования одной кривой, нормированной таким образом, что зависимость )г и К4от угла нагрузки учитывается нормирующим множителем.

Для определения нормирующего множителя представим (4) в виде

icp = COS O IcIc, (V, Е), 2к и далее, положив = 0, имеем

),), (з, О) = cos (v — О)— — cos (v + Л вЂ” О) + tg О si и (v — 0) (D — 1) .

Учитывая, что )сp = IRH/Em, можно записать

1739457

IR, = (° (6)

Смысл такого представления в том, что ig»» (v,e) очень слабо зависит от угла нагрузки О и может использоваться в качестве нормированной кривой для определения

vnp по значениям уставки I. От угла нагрузки и фазности ВП зависит только нормирующий множитель Кн. Слабая зависимость нормированной кривой от угла нагрузки иллюстрируется кривыми фиг. 2. На фиг, 2а, б видно, что для нормированных кривых,относительное изменение этих параметров не превышает 10% даже при больших изменениях О, для ненормированных кривых соответствующие изменения на порядок выше.

Практически нормированную характеристику imp(v, 0) можно считать независимой от изменения угла О. Чувствительность характеристики ВП в РПТ к изменению угла нагрузки и фазности определяется только нормирующим множителем Кн. При значительных изменениях m и О, вызванных заменой комплекта ВП-Н выбором коэффициента

2л Rn

Кн—

m cos OEm при наладке устраняется основная составляющая этой зависимости. Оставшаяся составляющая определяется изменением

cnsO при нагреве в ходе эксплуатации, Пои этом активное сопротивление звена

ВП-Н меняется не более чем на 20 — 30%.

Поскольку полное сопротивление на2л Zn грузки Ен==йн/соз О,тоКн= — ипри

m Em постоянных m u Em чувствительнос1ь Кн к изменению RH определяется производной и ()» +» ) =co58. и с и к н+кн

Соответственно при изменении Л R„/R„ даже на 30/ изменение в несколько раз меньше и его можно не компенсировать.

Точность предлагаемого способа повышается не только за счет малой чувствительности нормированной кривой (6), но и за счет обеспечения ее гладкогс сопря кения с нелинейностью (5) в PHT. Это достигается благодаря тому, что обеспечить гладкое сопряжение единственной кривой (6) с кривыми семейства (5) можно значительно точнее, чем сопрягать два семейства кривых.

Гладкое сопряжение кривых при использовании предлагаемого способа требует табличного задания кривой поправки

Л1)пр (KHI) для РПТ, которая вычисляется из

5 выражения (6), В итоге предлагаемый способ использует следующие табличные зависимости для определения угла управления v по заданной уставке тока! и измеренному значению ЭДС нагрузки Ен

10 в РНТ угол управления при I lr и1 Еи

)„(,E„)=к- — -oi Sin ,». Я, Em . Em (7) 15

B РПТ йри I < Ir пр (I Е-н) =1 н (i Ен) +» пр (Kraal (8)

Л1„(К, I) = 4р (Кн I) — V„(l, О) где vH (I, О) — значение угла управления, рассчитанное для PHT при Ен = О.

Значение угла байр (KHI) определяется из трансцедентного уравнения

Кн = cos (vnp — О) cos (байр + Л О) +

+ 19 О slri ()йр — О) (D — 1), (9) а угловая длительность тока Л вЂ” из трансцендентного уравнения;

sin (vip + Л вЂ” О) = sin (vnp — О) ехр (— Лссц 0). (10) Е„„п,, и Е

55 — sin — = К

max „ m К„ i< rn К„

Максимальное значение ЭДС Eamax = KmEmПосле подстановки нетрудно получить

Nymax = KiKm, Ngmax = Ky Km.

40 Выражения (9), (10) получены из полных выражений для среднего тока и угловой длительности тока, в которых принято E„/Em =О.

В соответствии со способом при формировании сигнала управления преобразова45 телем Ч = Kyо значение угла управления в

РНТ определяется выражением (5), При цифровой реализации устройства входными переменными являются код установки тока и

Ny KI — I è êîä ÝÄÑ íàãðóçêè N К Е /Em.

Максимальное значение тока определяем из(1) при цп п =л/2 — л/m и 8= 00, откуда

1739457

Представим I и Ен в виде

Еи

I--k;k — F =k E в р а í rnid тоах E гпах

Подставляя эти выражения в (5) и учитывая, что Ч = К о, получаем для сигнала управления

10 и и „

V. = Ку и - — - or c5in мах где Nmax = Nymax = И шах.

Аргументом нелинейной зависимости 15 является алгебраическая сумма кодов Ny u

N . Для уменьшения объема таблицы при табличной реализации целесообразно использовать модули сигналов Ny и N, представив сумму аргументов в (11) в виде 20

МА= (NyI+q IN

Семейство кривых (11) приведено на фиг. 3 (непрерывные линии при Ny Nyr и прерывистые при Ny < Nyr). При реализации способа сравнивается текущее значение кода управления Ny, соответствующего устав- 30 ке тока с граничным значением Nyr, соответствующим граничному значению тока при 0:

Е п1 Я. .Г = — — SiA= 51п + — ) (13) 35 г о п ; г„ ®)y и пРи Ny2 > Nyr код Угла опРеделЯетсЯ из табличной зависимости, аргумент которой вычисляется в соответствии с (12), Этот случай соответствУет коДУ УпРавлениЯ Ny2 и 40 сигналУ V2 на фиг, 2., ПРи Ny1 < Nyr необходимо вычислить поправку, используя нормированные зависимости (8, 9). Значение сигнала управления V1 в РПТ определяется как сумма кодов угла V1, определенного по 45 табличной зависимости для РНТ, и кода поправки A Vpp, определенного по нормированной табличной зависимости (6), аргументом которой является код Ne(Nyr)—

Ny1)/сов О, что .равносильно умножению 50 уставки на Кн, Такое определение аргумента относительно граничного значения, а не относительно нуля, уставки, обеспечивает гладкое сопряжение табличных зависимостей в РНТ и РПТ, что также повышает 55 точность способа при его практической реализации. ,Устройство, реализующее способ (фиг, 4), состоит из вычислителя 3, элемента 4 задержки, триггера 6, дешифратора 7, элемента 8 совпадения. двухканального коммутатора 11, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 13.

С информационных входов 12 и 14 на входы элемента 13 поступают знаки кодов

Ny и N, Выход элемента 13 соединен,с шиной данных вычислителя, на которую также поступают абсолютное значение кода

ЭДС 1 М с информационных входов 1, а также абсолютное значение кода управления INyI с информационных входов 2, С входа 5 синхронизации синхронизирующие импульсы поступают на вход прерываний вычислителя 3 и через элемент 4 задержки на управляющий вход счетчика 10. На информационныеые входы счетчика 10 поступает сигнал управления V с шины данных вычислителя 3, информационные выходы счетчика

10 соединены с входами дешифратора 7, а счетный вход счетчика соединен с выходом схемы 8 совпадения, входы которой соеди-. нены с выходом счетчика 6 и входами 9 тактовой частоты, Выход дешифратора 7 соединен с входами. сброса триггера 6 и первым входом двухканального коммутатора, второй вход которого соединен с информационным входом 12 устройства.

Вычислитель устройства может быть реализован на элементах одного из серийных микропроцессорных комплектов, например, серии К580. Остальные элементы устройства реализованы на ИМС серии К155, При реализации способа устройство работает следующим образом.

В память вычислителя 3 занесены две зависимости н„

1 = kq lt -- -olrCSin max: (13) ь1„,= k(и„)

Первое из выражений (13) используется как в РНТ, так и в РПТ, Адрес NA формируется вычислителем 3 программно в соответствии с выражением

NA = I Ny I + qs IN I.

Причем значению qa = 1 соответс1зует логическая "1" на выходе элемента 13, а qs

= — 1 — логический "0" на выходе этого элемента. Далее вычислитель 3 определяет режим тока ВП, сравнивая Ny, пропорциональное уставке тока 1с Nyr, пропорциональным граничному току Iã. При

Ny2 Nyr имеет место PHT и сигнал управления преобразователем, равный V< определяется таблично по первому из выражений

1739457 системы (13). При Му1 < Муг определяется ьи, как и в РНТ, производится вычисление нормированного аргумента Ny = (Куг—

Nyl)/соэО и обращение к таблице для вычисления поправки Лойр = f(Ny ), Далее вычислитель 3 определяет сумму

Unp = !.!и + ЛЮпр, являющуюся сигналом упо равления ВП в РПТ.

В результате сигнал управления формируется с задержкой относительно начала программы вычислителя, определяемого импульсами синхронизации с входа 5, формирующимися при переходе напряжения сети через ноль и поступающими на вход прерывания вычислителя, Для исключения возможного дополнительного запаздывания на период прерывания в устройстве предусмотрен элемент 4 задержки, который задерживает импульсы с входа 5 на время гз превышающее время вь!полнения программы вычислителя. Благодаря этому в каждом цикле работы устройства используется значение \/, вычисленное в этом же цикле.

Этот сигнал V подается на преобразователь код — временной интервал реализованный на счетчике 10, дешифраторе 7, триггере 6 и элементе И 8. Преобразователь код — временной интервал осуществляет преобразование кода управления преобразователем в фазовый сдвиг импульсов управления В П следующим образом, Импульсами с выхода элемента 4 задержки код V с выхода блока 3 вычислителя записывается в счетчик 10 и одновременно устанавливается триггер 6. Тем самым разрешается поступление импульсов тактовой частоты с входа 9 через элемент И 8 на вычитающий вход счетчика 10. Содержимое последнего начинает ступенчато-линейно уменьшаться, так как код К записанный в счетчик 10, через равные промежутки времени, определяемые периодом тактовой частоты, уменьшается на единицу и сравнивается с состоянием ноль. При достижении счетчикам этого состояния, т.е, состояния, при котором на всех его выходах присутствует уровень "Лог, О". на выходе дешифратора 7 появляется выходнсй импульс, который сбрасывает триггер 6, запрещая тем самым поступление импульсов тактовой частоты на счетчик 10. Состояние последнего фиксируется на уровне О. Чем больше значение кода Ч, тем больше в результате фазовый сдвиг импульсов управления ВП, Максимальное значение V на выходе блока 3 вычислителя 2" — 1, где n— разрядность V и счетчика 10, Выходной импульс дешифратора 7 через двухканальный коммутатор 11, в зависимости от знака кода задания Ny, подается либо на выпрямительную группу ВП через выход 15, либо на инверторную группу ВП через выход 16, Формула изобретения

5 Способ управления вентильным преобразователем, заключающийся в том, чта фаомируют уставку тока I., измеряют ЭДС нагрузки Ен, формируют сигнал управления преобразователем, связанный пропорциа10 нальной зависимостью v = Kv U с углом управления v сравниваю его с опорным сигналом и в моменты равенства формируют импульсы управления вентиflüíûM преобразователем. причем граничное значение

15 така уставки задают равным

Е,„п) Я, )) Еи g — 5!и 51п г ) г „т !!

20 где m — число фаз вентильнага преабразовагеля;

Ен, Em — ЭДС нагрузки и амплитуда выходной ЭДС преобразователя.

Rn — сопротивление нагрузки. угол

25 о! определяют из уравнения

cos9(s A ) + — -9) D Yl ()г-9))- — (Л,- ) =9, ! г „и

; 7т „, (. где 0- = ехр(— — — ctg (3);0 =- arcctg

lil R угол нагрузки: вп — часгота сети;

i n — индуктивность нагрузки, и для токов уставки I > lr определяют угол управления ин = U из таблично-задаваемой зависимости !! нI + Е ц

40 )„($ E„)= (— -0гc5iУ)

1! отличающийся тем, что, с целью

45 повышения точности, угол управления

vnp — — v для токов уставки I < I!- определяю из выражения

Onp (I, Ен) = н (I Ен) + AUnp (Кн() где Лю,р (Кн!) определяется уравнением т пр = Cp н (!, O)

ЬТ RH 0 0 — I=cas() -9)-cos() i% -9) +

rnco5e Е Р

+ )05!п(0„(l-ц) (2-(I1 где D=. ех р (— il, ctg 0), а угловая длительность тока Я определяется уравнением

sin (.!йр О) = sin (йр О) 6) ю,г в

К;, -0,5

%ае. Л

Фьи. 2 о CL0 я такп

@uz 4Составитель А,Дубников

Редактор С.Патрушева Техред Ч,Моргентал Корректор M,Äåì÷èê

Заказ 2008 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и сткрытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина. 101