СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ Российский патент 1998 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к классу устройств синхронизации в частности цифровых систем управления вентильными преобразователями и предназначено для использования в трехфазных управляемых мостовых выпрямителях (ТУМВ) с микропроцессорной системой управления, широким диапазоном регулирования углов управления силовых вентилей, в условиях искажения питающего напряжения.

Цифровая система управления, в которой значение угла управления преобразователем вычисляется по входным параметрам [1], является достаточно чувствительной к качеству этих параметров, включая и процесс формирования синхроимпульсов (СИ). Один из самых простых способов обеспечения устойчивой синхронизации - это использование дополнительного источника синфазного напряжения питания. При этом не исключаются ошибки при подключении резервных источников переменного напряжения. Другой способ заключается в использовании фильтра первого порядка, обеспечивающего переход синхронизирующего напряжения через нуль в момент естественной коммутации вентилей. Указанный канал синхронизации успешно работает в условиях отсутствия искажения напряжения питающей сети.

Использование микропроцессорной техники в системе управления преобразователем позволяет обеспечивать устойчивую работу канала синхронизации в условиях сильного искажения питающего напряжения на входе выпрямительного моста [1 и 2]. На вход прерывания микропроцессора подаются синхроимпульсы от схемы синхронизации. Схема синхронизации содержит 2 (или больше) канала синхронизации, которые формируют синхронизирующие напряжения, отличающиеся величиной фазового сдвига по отношению к первичному синхронизирующему напряжению, подаваемому непосредственно с входных шин преобразователя. СИ формируются в момент перехода указанных напряжений через нуль. Формирование двух синхронизирующих напряжений (фильтрами первого порядка), сдвинутых на 30 и 60 град. эл., при двухканальной синхронизации, необходимо для исключения из процесса формирования СИ того канала синхронизации, угол сдвига напряжения которого совпадает с углом управления преобразователя, вычисленным цифровой системой управления [1]. При этом исключается вероятность совпадения коммутационных провалов во входном напряжении выпрямительного моста, обусловленных работой самого преобразователя, с моментом перехода сдвинутого напряжения через нуль и повышается надежность работы схемы синхронизации за счет более точного определения перехода через нуль синхронизирующего напряжения.

Вышеописанный способ синхронизации цифровой системы управления приведен в [2] и принимается в качестве прототипа. Недостатком [2] является то, что при работе группы преобразователей возможны срывы синхронизации от коммутационных помех соседних преобразователей и сложный алгоритм пересчета углов управления преобразователем.

Цель изобретения - повышение точности и надежности синхронизации в условиях сильного искажения питающего напряжения, вызванного как работой самого преобразователя на сеть ограниченной мощности, так и параллельной работой нескольких преобразователей, а также упрощение алгоритма пересчета углов управления преобразователем.

Указанная цель достигается формированием первичного синхронизирующего напряжения как разности двух любых линейных напряжений на входе преобразователя (вектор синхронизирующего напряжения равен разности векторов двух линейных напряжений). За счет этого в полученном напряжении исключаются коммутационные провалы от включения пары тиристоров, относящихся к одной фазе, независимо от угла управления, что является важным условием при работе на сеть нескольких преобразователей. Таким образом, на полученном первичном синхронизирующем напряжении имеется зона, свободная от коммутационных провалов, ширина которой зависит от диапазона регулирования углов управления преобразователем. Полученное первичное синхронизирующее напряжение фильтруется с целью получения синхронизирующего напряжения. Фазовый сдвиг синхронизирующего напряжения обеспечивает попадание точки перехода через нуль в свободную от коммутационных провалов зону. При максимальном фазовом сдвиге, соответствующем 150 град.эл., диапазон регулирования угла управления преобразователем составляет от 0 до 120 град.эл. Минимальный фазовый сдвиг соответствует сумме максимального угла управления и 30 град.эл. Отсюда особенность фильтра, заключающаяся в том, что практически фазовый угол должен быть больше 90 град.эл. Формирование СИ производят в момент перехода синхронизирующего напряжения через нуль. Упрощение алгоритма пересчета углов управления преобразователем достигается за счет использования одного канала синхронизации.

На фиг. 1, а представлена структурная схема, реализующая предлагаемый способ; на фиг. 1, б - векторная диаграмма, поясняющая принцип получения первичного синхронизирующего напряжения; на фиг. 2 представлены диаграммы напряжений, поясняющих сущность указанного способа при угле регулирования преобразователем, равным 60 град.эл.

Здесь введены следующие обозначения:
U_ab - линейное напряжение AB на входе преобразователя;
U_bc - линейное напряжение BC на входе преобразователя;
U_синхр. - первичное синхронизирующее напряжение;
U_{синхр.ф} - синхронизирующее напряжение (на выходе фильтра).

На фиг. 1, а представлена структурная схема, поясняющая предлагаемый способ. Она содержит трехфазный мостовой преобразователь с вентилями (тиристорами) с 1 по 6, датчики линейных напряжений 7 и 8, сумматор линейных напряжений 9, фильтр 10, микропроцессор 11, систему управления преобразователем 12.

Известно, что при работе трехфазного мостового преобразователя в кривой питающего напряжения появляются коммутационные провалы [3, стр. 211], вызванные включением и отключением очередных вентилей (тиристоров) (фиг. 2,а,б). Здесь цифрами показаны моменты включения соответствующих вентилей (тиристоров). Схема работает следующим образом. Сигналы, соответствующие линейным напряжениям, например, U_ab и U_bc (фиг. 2,а и фиг. 2,б) на входе преобразователя с датчиков напряжения 7 и 8 подаются на сумматор 9, производящий вычитание напряжений, как показано на фиг. 1,б
U_синхр. = U_ab - U_bc, (1)
где
U_синхр - вектор первичного синхронизирующего напряжения,
U_ab и U_bc - вектора линейных напряжений на входе преобразователя.

В результате вычитания по (1) напряжение U_синхр (фиг. 2,в) не содержит коммутационных провалов от включений 1-го и 4-го тиристоров. Напряжение U_синхр (фиг. 2, в) поступает на фильтр 10, на выходе которого формируется U_{синхр.ф} (фиг. 2, г). При фазовом сдвиге синхронизирующего напряжения U_{синхр.ф}, равном 150 град.эл., как показано на фиг. 2,г, точка пересечения его с нулем приходится на то место в U_синхр, где отсутствует коммутация первого и четвертого тиристоров, при этом соседние коммутационные провалы отстоят от этой точки на 60 град.эл., что обеспечивает гарантированное отсутствие коммутационных провалов в указанной точке при регулировании угла управления преобразователем от 0 до 120 град.эл.

Если диапазон изменения углов управления меньше, то фазовый угол фильтра может быть уменьшен до значения максимального угла управления плюс 30 град. эл. Таким образом, зона возможного фазового сдвига фильтра 10, где коммутационный провал не влияет на момент прохождения напряжения U_{синхр.ф} через нуль, находится в пределах от максимального угла управления плюс 30 град.эл. до 150 град.эл. В момент перехода напряжения U_{синхр.ф} через нуль формируются СИ, которые поступают на вход прерывания (INT) микропроцессора 11, входящего в систему управления преобразователем 12. Использование микропроцессора является наиболее предпочтительным, так как обеспечивает вычисление угла управления вентилями (тиристорами) преобразователя с учетом произвольного (в рамках выбранного диапазона) фазового угла фильтра. Фазовый угол фильтра измеряется (с использованием различных методов) и учитывается при формировании угла управления. Специальных требований к значению фазового сдвига фильтра, в рамках возможного диапазона, можно не предъявлять. Фиг. 2 иллюстрирует оказанное (цифрами обозначены включающиеся тиристоры).

Литература
1. Адамия Г.Г., Жирков Ю.П. Микропроцессорный выпрямитель в системе АБП. - Электротехника, 1994, N 1 - 22.

2. RU, патент 1821878. Адаптивный способ синхронизации цифровой программируемой одноканальной системы управления. /Жирков Ю.П., Адамия Г.Г., Шукалов Ю. В. / Заявка 4899750/07 от 08.01.91, кл. H 02 M 1/08, публ. от 15.06.93. Бюл. 22.

3. Энергетическая электроника: Справочное пособие: Пер. с нем. /Под ред. В.А.Лабунцова. - М.: Энергоатомиздат, 1987-467 с.

Использование: изобретение относится в частности к цифровым системам управления вентильными преобразователями и предназначено для использования в трехфазных управляемых мостовых выпрямителях с микропроцессорной системой управления. Сущность изобретения: цель изобретения - повышение точности и надежности синхронизации в условиях сильного искажения питающего напряжения. Цель достигается формированием первичного синхронизирующего напряжения как разности двух любых линейных напряжений на входе преобразователя. За счет этого в полученном напряжении исключаются коммутационные провалы от включения пары тиристоров, относящихся к одной фазе, независимо от угла управления. На полученном первичном синхронизирующем напряжении имеется зона, свободная от коммутационных провалов, ширина которой зависит от диапазона регулирования углов управления преобразователем. Полученное первичное синхронизирующее напряжение фильтруется с целью получения синхронизирующего напряжения. Фазовый сдвиг синхронизирующего напряжения обеспечивает попадание точки перехода через нуль в свободную от коммутационных провалов зону. При максимальном фазовом сдвиге, соответствующем 150 град.эл., диапазон регулирования угла управления преобразователем составляет от 0 до 120 град.эл. Минимальный фазовый сдвиг соответствует сумме максимального угла управления и 30 град.эл. 2 ил.

Способ синхронизации системы управления преобразователем, заключающийся в том, что формируют первичное синхронизирующее напряжение, синхронизирующее напряжение, сдвинутое относительно первичного синхронизирующего напряжения на заданный угол, и синхронизирующие импульсы в моменты перехода синхронизирующего напряжения через нуль, отличающийся тем, что с помощью двух датчиков формируют первый и второй сигналы, соответствующие двум линейным напряжениям, и формируют третий сигнал, соответствующий разности упомянутых сигналов, который используют в качестве первичного синхронизирующего напряжения.