СПОСОБ РАБОТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СХЕМЫ Российский патент 2010 года по МПК H02M7/48 

Область техники

Изобретение относится к области силовой электроники и касается способа работы преобразовательной схемы, в соответствии с ограничительной частью независимого п.1 формулы.

Уровень техники

Традиционные преобразовательные схемы включают в себя преобразовательный блок с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей, которые известным образом соединены для коммутации, по меньшей мере, двух уровней коммутируемого напряжения. Со стороны переменного напряжения преобразовательный блок соединен с электросетью переменного напряжения. Далее с преобразовательным блоком соединен емкостной энергоаккумулятор, образованный обычно одним или несколькими конденсаторами. Для работы преобразовательной схемы предусмотрено устройство управления, которое при ее работе управляет управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями посредством управляющего сигнала. Последний вырабатывается обычно из опорных напряжений, причем для вырабатывания управляющего сигнала предусмотрен блок присвоения, который присваивает опорным напряжениям соответствующие значения управляющего сигнала. Соответствующим опорным напряжением является напряжение, которое устанавливается преобразовательным блоком на его соответствующем фазном выходе, так что преобразовательный блок на своих фазных выходах устанавливает напряжение в соответствии с фазными напряжениями электросети переменного напряжения. При этом не играет роли, являются ли фазные напряжения симметричными или несимметричными. Несимметричные фазные напряжения имеют место, например, при разных фазных углах фазных напряжений по отношению друг к другу и/или при разных амплитудах фазных напряжений по отношению друг к другу и/или при разных частотах фазных напряжений по отношению друг к другу. Каждое опорное напряжение формируется в уровне техники из соответствующих ему постоянных коэффициента и угла модуляции. Таким образом, например, в случае трехфазной электросети переменного напряжения с тремя фазными напряжениями необходимы также три опорных напряжения и, тем самым, также три независимых постоянных коэффициента и угла модуляции, причем эти постоянные коэффициенты и углы модуляции формируются обычно путем расчета, в результате чего возникают огромные затраты. Вследствие этого эксплуатация преобразовательной схемы очень трудоемка, неэффективна, дорога и подвержена сбоям, в результате чего ее готовность к работе резко падает и значительно повышается потребность в ее обслуживании.

Изложение изобретения

Задачей изобретения является создание способа работы преобразовательной схемы, с помощью которого ее можно было бы эксплуатировать очень просто и эффективно.

В предложенном способе преобразовательная схема содержит преобразовательный блок с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей, причем со стороны переменного напряжения преобразовательный блок соединен с электросетью переменного напряжения, а управление управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями осуществляется посредством выработанного из опорных напряжений управляющего сигнала. Согласно изобретению опорные напряжения формируются из периодических коэффициента и угла модуляции, причем периодические коэффициент и угол модуляции формируются соответственно из d-составляющей преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, q-составляющей преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, d-составляющей преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений и q-составляющей преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений. За счет того, что опорные напряжения формируются только из одних, в частности единственных, периодических коэффициента и угла модуляции, которые формируются соответственно из d-составляющей преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, q-составляющей преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, d-составляющей преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений и q-составляющей преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений, предпочтительно требуются лишь очень низкие затраты на расчет для формирования опорных напряжений. Предложенный способ позволяет, таким образом, эксплуатировать преобразовательную схему очень просто и эффективно, причем к тому же небольшая подверженность преобразовательной схемы сбоям и, тем самым, ее высокая готовность к работе могут быть достигнуты при небольших затратах на обслуживание.

Эта и другие задачи, преимущества и признаки настоящего изобретения становятся очевидными из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на чертеж.

Краткое описание чертежа

На чертеже изображен вариант преобразовательной схемы, работающей в соответствии с предложенным способом.

Ссылочные позиции на чертеже и их значение объединены в перечне. В принципе, одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Описанный вариант, который следует понимать как пример, не имеет ограничительного действия.

Пути реализации изобретения

На чертеже изображен распространенный вариант преобразовательной схемы. Она содержит преобразовательный блок 1 для коммутации, по меньшей мере, двух уровней коммутируемого напряжения. Со стороны переменного напряжения преобразовательный блок соединен с электросетью 2 переменного напряжения. Далее с преобразовательным блоком 1 соединен емкостной энергоаккумулятор 3, образованный обычно одним или несколькими конденсаторами. Для работы преобразовательной схемы предусмотрено устройство 4 управления, которое управляет управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями посредством управляющего сигнала S. Последний формируется обычно из опорных напряжений u*_Na, u*_Nb, u*_Nc, причем для формирования управляющего сигнала S предусмотрен блок 6 присвоения, который присваивает опорным напряжениям u*_Na, u*_Nb, u*_Nc соответствующие значения управляющего сигнала.

Опорные напряжения u*_Na, u*_Nb, u*_Nc формируются из периодических коэффициента m(t) и угла θ(t) модуляции. Таким образом, периодические коэффициент m(t) и угол θ(t) модуляции являются функцией времени t и, тем самым, зависят от него. Периодические коэффициент m(t) и угол θ(t) модуляции формируются соответственно из d-составляющей U_Ndp преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, q-составляющей U_Nqp преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, d-составляющей U_Ndn преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений и q-составляющей U_Ndn преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений. За счет того, что опорные напряжения u*_Na, u*_Nb, u*_Nc формируются только из одних, в частности единственных, периодических коэффициента m(t) и угла θ(t) модуляции, которые формируются соответственно из d-составляющей U_Ndp преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, q-составляющей U_Nqp преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, d-составляющей U_Nqn преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений и q-составляющей U_Ndn преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений, предпочтительно требуются лишь очень низкие затраты на расчет для формирования опорных напряжений u*_Na, u*_Na, u*_Nc. Предложенный способ позволяет, таким образом, эксплуатировать преобразовательную схему очень просто и эффективно, причем к тому же небольшая подверженность преобразовательной схемы сбоям и, тем самым, ее высокая готовность к работе могут быть достигнуты при небольших затратах на обслуживание. По сравнению с уровнем техники в случае трехфазной электросети переменного напряжения требуется формировать не три независимых постоянных коэффициента и три независимых постоянных угла модуляции, а лишь один периодический коэффициент m(t) и один периодический угол θ(t) модуляции.

Периодические коэффициент m(t) и угол θ(t) модуляции формируются, в частности, в устройстве 4 управления, в частности путем расчета по следующим формулам

,

,

где U_DC обозначает напряжение на емкостном энергоаккумуляторе 3, ω=2πF_nom, F_nom - номинальная частота электросети 2 переменного напряжения, например 50 Гц в случае распространенной объединенной электросети переменного напряжения или 16 2/3 Гц в случае контактной электросети переменного напряжения. Для определения фазного угла ωt устройство 4 управления содержит предпочтительно контур подстройки фазы.

Предпочтительно преобразовательный блок 1 следует за фазными напряжениями U_Na, U_Nb, U_Nc, даже в случае несимметричных фазных напряжений U_Na, U_Nb, U_Nc, т.е. опорные напряжения u*_Na, u*_Nb, u*_Nc соответствуют фазным напряжениям U_Na, U_Nb, U_Nc. В системе Парка-Кларка (dq-система) d-составляющая преобразования Парка-Кларка опорных напряжений u*_d и q-составляющая преобразования Парка-Кларка опорных напряжений u*_q приобретают следующий вид

u*d=m·cos(θ)-U_DC/2,

u*q=m·sin(θ)-U_DC/2.

Посредством обратного преобразования Парка-Кларка во временной диапазон

опорные напряжения u*_Na, u*_Nb, u*_Nc приобретают следующий вид

u*_Na=(m·cos(θ)·U_DC/2)·sin(ωt)+(m·sin(θ)·U_DC/2)·cos(ωt)

u*_Nb=√3·((-m·cos(θ)·U_DC/2)·cos(ωt)+(m·sin(θ)·U_DC/2)·sin(ωt))

-((m·cos(θ)·U_DC/2)·sin(ωt)+(m·sin(θ)·U_DC/2)·cos((ωt))

u*_Nc=-√3·((-m·cos(θ)·U_DC/2)·cos(ωt)+(m·sin(θ)·U_DC/2)·sin(ωt))

-((m·cos(θ)·U_DC/2)·sin(ωt)+(m·sin(θ)·U_DC/2)·cos(ωt)).

Опорные напряжения u*_Na, u*_Nb, u*_Nc формируются, в частности, в устройстве 4 управления, в частности путем расчета.

Преимущественно d-составляющая U_Ndp преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, q-составляющая U_Ndp преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, d-составляющая U_Nqn преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений и q-составляющая U_Nqn преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений формируются соответственно из d-составляющей U_Nd преобразования Парка-Кларка фазных напряжений и из q-составляющей U_Nq преобразования Парка-Кларка фазных напряжений. Формирование происходит, в частности, в устройстве 4 управления, в частности путем расчета следующим образом

U_Ndp=U_Nd+Re(U_Cr)

U_Nqp=U_Nq-Im(U_Cr)

U_Ndn=Re(U_Cr·e^j2ωt)

U_Nqn=Im(U_Cr·e^j2ωt)

,

где U_Ndtl обозначает задержанную на отрезок времени t1 d-составляющую U_Nq преобразования Парка-Кларка фазных напряжений, a U_Nqt1 - задержанную на отрезок времени t1 q-составляющую U_Nq преобразования Парка-Кларка фазных напряжений.

Преимущественно отрезок времени tl выбирается порядка .

Полноты ради следует упомянуть, что, в частности, в случае симметричных фазных напряжений U_Na, U_Nb, U_Nc они могут быть разложены на положительную последовательность U_Np фазных напряжений (положительная система отсчета) и на отрицательную последовательность U_Nn фазных напряжений (отрицательная система отсчета), которые тогда приобретают следующий вид:

U_Np=U_Ndp+jU_Nqp

U_Nn=U_Cr·e^j2ωt

Сами фазные напряжения U_Na, U_Nb, U_Nc определяются следующим образом

,

причем фазные напряжения U_Na, U_Nb, U_Nc сети 2 переменного напряжения определяются, в частности, посредством измерения, а их сумма дает нуль, т.е.:

U_Na+U_Nb+U_Nc=0,

где d - составляющая U_Nd преобразования Парка-Кларка фазных напряжений и q-составляющая U_Nq преобразования Парка-Кларка фазных напряжений приобретают тогда следующий вид:

,

d-составляющая U_Nd преобразования Парка-Кларка фазных напряжений и q-составляющая U_Nq преобразования Парка-Кларка фазных напряжений формируются, в частности, в устройстве 4 управления из полученных фазных напряжений U_Na, U_Nb, U_Nc, в частности путем расчета, причем d-составляющая U_Nd преобразования Парка-Кларка фазных напряжений и q-составляющая U_Nq преобразования Парка-Кларка фазных напряжений привлекаются затем, как уже описано, для формирования d-составляющей U_Ndp преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, q-составляющей U_Nqp преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, d-составляющей U_Ndn преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений и q-составляющей U_Nqn преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений.

Здесь следует отметить, что положительная последовательность U_Np фазных напряжений содержит положительные координаты в положительной системе отсчета и угловую скорость ω, а отрицательная последовательность U_Nn фазных напряжений -положительные координаты в отрицательной системе отсчета и угловую скорость -ω.

С положительной последовательностью U_Np фазных напряжений и отрицательной последовательностью U_Nn фазных напряжений общее фазное напряжение U_Nd+jU_Nq в положительной системе отсчета с d-составляющей U_Nd преобразования Парка-Кларка фазных напряжений и с q-составляющей U_Nq преобразования Парка-Кларка фазных напряжений можно записать следующим образом:

U_Nd+jU_Nq=U_Np+e^-2ωt·U_Nn

⇔

U_Nd+jU_Nq=U_Ndp+jU_Nqp+(cos(2ωt)-jsin(2ωt))·(U_Ndn+jU_Nqn)

⇔

U_Nd+jU_Nq=U_Ndp+cos(2ωt)·U_Ndn+sin(2ωt)·U_Nqn+j(U_Nqp+cos(2ωt)·U_Nqn-sin(2ωt)·U_Ndn),

где член e^-2ωt·U_Nn обозначает координаты отрицательной последовательности U_Nn фазных напряжений в положительной системе отсчета, которые вращаются с 2-кратной угловой скоростью ω.

Формирование опорных напряжений u*_Na, u*_Nb, u*_Nc, периодических коэффициента m(t) и угла θ(t) модуляции происходит преимущественно непрерывно, в результате чего всегда возникают самые актуальные значения опорных напряжений u*_Na, u*_Nb, u*_Nc, периодических коэффициента m(t) и угла θ(t) модуляции. Также непрерывно происходит формирование d-составляющей U_Ndp преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, q-составляющей U_Nqp преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, d-составляющей U_Ndn преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений и q-составляющей U_Nqn преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений. Кроме того, непрерывно происходит определение фазных напряжений U_Na, U_Nb, U_Nc, в результате чего расчет можно производить всегда с самыми актуальными значениями. Преимущественно также непрерывно происходит формирование d-составляющей U_Nd преобразования Парка-Кларка фазных напряжений и q-составляющей U_Nq преобразования Парка-Кларка фазных напряжений.

Перечень позиций

1 - преобразовательный блок

2 - электросеть переменного напряжения

3 - емкостной энергоаккумулятор

4 - устройство управления

5 - блок расчета

6 - блок присвоения

Предложен способ работы преобразовательной схемы, содержащей преобразовательный блок (1) с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей, соединенный со стороны переменного напряжения с электросетью (2) переменного напряжения. Управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями управляют посредством управляющего сигнала (S), формируемого из опорных напряжений (u*_Na, u*_Nb, u*_Nc). Для достижения технического результата - простой и эффективной эксплуатации преобразовательной схемы - опорные напряжения (u*_Na, u*_Nb, u*_Nc) формируют из периодического коэффициента (m(t)) модуляции и периодического угла (θ(t)) модуляции, причем периодический коэффициент (m(t)) и периодический угол (θ(t)) модуляции формируют из d-составляющей (U_Ndp) преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, q-составляющей (U_Nqp) преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, d-составляющей (U_Ndn) преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений и q-составляющей (U_Nqn) преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы преобразовательной схемы, содержащей преобразовательный блок (1) с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей, соединенный со стороны переменного напряжения с электросетью (2) переменного напряжения, при этом управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями управляют посредством управляющего сигнала (S), формируемого из опорных напряжений (u*_Na, u*_Nb, u*_Nc), отличающийся тем, что опорные напряжения (u*_Na, u*_Nb, u*_Nc) формируют из периодического коэффициента (m(t)) модуляции и периодического угла (θ(t)) модуляции, при этом периодический коэффициент (m(t)) модуляции и периодический угол (θ(t)) модуляции формируют из d-составляющей (U_Ndp) преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, q-составляющей (U_Nqp) преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, d-составляющей (U_Ndn) преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений и q-составляющей (U_Nqn) преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что d-составляющую (U_Ndp) преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, q-составляющую (U_Nqp) преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, d-составляющую (U_Ndn) преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений и q-составляющую (U_Nqn) преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений формируют соответственно из d-составляющей (U_Nd) преобразования Парка-Кларка фазных напряжений и q-составляющей (U_Nq) преобразования Парка-Кларка фазных напряжений.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что d-составляющую (U_Ndp) преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, q-составляющую (U_Nqp) преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, d-составляющую (U_Nqn) преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений и q-составляющую (U_Nqn) преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений формируют непрерывно.

4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что определяют фазные напряжения (U_Na, U_Nb, U_Nc) сети (2) переменного напряжения, при этом d-составляющую (U_Nd) преобразования Парка-Кларка фазных напряжений и q-составляющую (U_Nq) преобразования Парка-Кларка фазных напряжений формируют из полученных фазных напряжений (U_Na, U_Nb, U_Nc).

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что фазные напряжения (U_Na, U_Nb, U_Nc) сети (2) переменного напряжения определяют непрерывно, при этом также непрерывно формируют d-составляющую (U_Nd) преобразования Парка-Кларка фазных напряжений и q-составляющую (U_Nq) преобразования Парка-Кларка фазных напряжений.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что опорные напряжения (u*_Na, u*_Nb, u*_Nc) формируют непрерывно, при этом также непрерывно формируют периодический коэффициент (m(t)) модуляции и периодический угол (θ(t)) модуляции.