СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ Российский патент 2015 года по МПК H02M7/42 H02M7/5387 H02H7/122 H02H7/04 

Область техники

Изобретение относится к области силовой электроники. Оно исходит из способа управления преобразователем в соответствии с ограничительной частью независимого пункта формулы.

Уровень техники

Традиционные преобразователи включают в себя сегодня преобразовательный блок с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей, которые известным образом соединены для коммутации по меньшей мере двух уровней коммутируемого напряжения. Обычно такой преобразователь соединен с электрической сетью переменного напряжения, которая выполнена, например, одно- или трехфазной. Такие преобразователи часто используются в промышленных установках, причем сторона переменного напряжения преобразовательного блока схемы преобразователя связана с сетью обычно через трансформатор, и, разумеется, возможны другие области и возможности их применения, например ветросиловые установки. На фиг. 1 в качестве примера изображена схема такого преобразователя, известного из уровня техники.

При подключении трансформатора к сети переменного напряжения он может насыщаться. Такое насыщение может возникать также при возврате напряжения после неисправностей в сети. Степень насыщения зависит от вольт-секундной площади во время неисправности в сети, т.е. зависит преимущественно от сети переменного напряжения. Обычно магнитный поток трансформатора после такой неисправности или при его подключении к сети переменного напряжения имеет заметную постоянную составляющую, которая затем приводит к насыщению. Однако насыщение трансформатора является в высшей степени нежелательным. На фиг. 2 в качестве примера изображена такая типичная временная характеристика магнитного потока комплекта обмоток трансформатора преобразовательной схемы из фиг. 1.

В US 6577111 В1 описан способ управления преобразователем, который позволяет компенсировать нежелательное насыщение трансформатора, однако не позволяет возвратить магнитный поток к величине ниже величины номинального значения магнитного потока трансформатора.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание способа управления преобразователем, который позволил бы в течение короткого времени компенсировать нежелательное насыщение трансформатора.

Эта задача решается посредством признаков п. 1 формулы. В зависимых пунктах охарактеризованы предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Схема преобразователя включает преобразовательный блок с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей и трансформатор, содержащий по меньшей мере один комплект из первичной и вторичной обмоток, причем преобразовательный блок со стороны переменного напряжения соединен с первичной обмоткой соответствующего комплекта обмоток. Предложенный способ включает в себя этапы, на которых:

а) контролируют величину магнитного потока каждого комплекта обмоток относительно порогового значения, причем определяют полярность магнитного потока;

б) если величина магнитного потока через соответствующий комплект обмоток превышает пороговое значение, а полярность магнитного потока через соответствующий комплект обмоток положительная, то к первичной обмотке соответствующего комплекта обмоток посредством преобразовательного блока прикладывают регулируемое отрицательное постоянное напряжение;

в) если величина магнитного потока через соответствующий комплект обмоток превышает пороговое значение, а полярность магнитного потока через соответствующий комплект обмоток отрицательная, то к первичной обмотке соответствующего комплекта обмоток посредством преобразовательного блока прикладывают регулируемое положительное постоянное напряжение;

г) этапы а)-в) повторяют до тех пор, пока величина магнитного потока через соответствующий комплект обмоток не будет ниже порогового значения;

д) после того как величина магнитного потока через соответствующий комплект обмоток будет ниже порогового значения, и в случае положительной полярности магнитного потока через соответствующий комплект обмоток, к первичной обмотке соответствующего комплекта обмоток посредством преобразовательного блока прикладывают регулируемое отрицательное постоянное напряжение до тех пор, пока вольт-секундная площадь приложенного отрицательного постоянного напряжения не будет меньше или равна заданному отрицательному значению потока, и

е) после того как величина магнитного потока через соответствующий комплект обмоток будет ниже порогового значения, и в случае отрицательной полярности магнитного потока через соответствующий комплект обмоток, к первичной обмотке соответствующего комплекта обмоток посредством преобразовательного блока прикладывают регулируемое положительное постоянное напряжение до тех пор, пока вольт-секундная площадь приложенного положительного постоянного напряжения не будет больше или равна заданному положительному значению потока.

Пороговым значением является значение, выше которого начинается насыщение трансформатора. Описанные этапы а)-г) предпочтительно вызывают то, что при насыщении соответствующего комплекта обмоток трансформатора оно просто и быстро компенсируется за счет приложения положительного или отрицательного постоянного напряжения посредством преобразовательного блока, т.е. магнитный поток через соответствующий комплект обмоток берется из области насыщения. Если насыщения соответствующего комплекта обмоток трансформатора больше не происходит, т.е. после того, как величина магнитного потока через соответствующий комплект обмоток будет ниже порогового значения, то за счет этапов д) и е) предпочтительно достигается то, что магнитный поток через соответствующий комплект обмоток может быть снова доведен ниже величины номинального значения магнитного потока трансформатора, причем величина номинального значения магнитного потока является, например, уменьшенным на значение потока пороговым значением. Следовательно, благодаря предложенному способу особенно простым образом достигаются, в целом, нужный эффект компенсации возникающего насыщения трансформатора и возврат магнитного потока через соответствующий комплект обмоток ниже величины номинального значения магнитного потока.

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

Краткое описание чертежей

На чертежах:

- фиг. 1 - схема преобразователя из уровня техники;

- фиг. 2 - типичная временная характеристика магнитного потока комплекта обмоток трансформатора схемы преобразователя из фиг. 1;

- фиг. 3 - временная характеристика магнитного потока комплекта обмоток трансформатора схемы преобразователя в соответствии с предложенным способом;

- фиг. 4 - обычная эквивалентная блок-схема трансформатора;

- фиг. 5 - характеристика ток намагничивания - магнитный поток трансформатора. Ссылочные позиции на чертеже и их значение объединены в перечне. В принципе, одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Описанные варианты, которые следует понимать как пример, не имеют ограничительного действия.

Осуществление изобретения

Как уже отмечено выше, на фиг. 1 изображена схема известного преобразователя, содержащая преобразовательный блок 1 с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей и трансформатор 2, причем последний содержит, по меньшей мере, один комплект 3 из первичной 4 и вторичной 5 обмоток, а преобразовательный блок 1 со стороны переменного напряжения соединен с первичной обмоткой 4 соответствующего комплекта 3 обмоток. На фиг. 1 трансформатор 2 выполнен в качестве примера однофазным и содержит, следовательно, только один комплект 3 обмоток.

Предложенный способ включает в себя следующие этапы:

а) контролируется величина магнитного потока ψ через каждый комплект 3 обмоток относительно порогового значения ψ_s1, причем определяется полярность магнитного потока ψ;

б) если величина магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток превышает пороговое значение ψ_s1, а полярность магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток положительная, то к первичной обмотке 4 соответствующего комплекта 3 обмоток посредством преобразовательного блока 1 прикладывается регулируемое отрицательное постоянное напряжение u_comp;

в) если величина магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток превышает пороговое значение ψ_s1, а полярность магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток отрицательная, то к первичной обмотке 4 соответствующего комплекта 3 обмоток посредством преобразовательного блока 1 прикладывается регулируемое положительное постоянное напряжение u_comp;

г) этапы а)-в) повторяются до тех пор, пока величина магнитного потока у через соответствующий комплект 3 обмоток не будет ниже порогового значения ψ_s1,

д) после того как величина магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток будет ниже порогового значения ψ_s1, и в случае положительной полярности магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток к первичной обмотке 4 соответствующего комплекта 3 обмоток посредством преобразовательного блока 1 прикладывается регулируемое отрицательное постоянное напряжение u_comp до тех пор, пока вольт-секундная площадь приложенного отрицательного постоянного напряжения u_comp не будет меньше или равна заданному отрицательному значению -Δψ_s потока, и е) после того как величина магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток будет ниже порогового значения ψ_s1, и в случае отрицательной полярности магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток, к первичной обмотке 4 соответствующего комплекта 3 обмоток посредством преобразовательного блока 1 прикладывается регулируемое положительное постоянное напряжение u_comp до тех пор, пока вольт-секундная площадь приложенного положительного постоянного напряжения u_comp не будет больше или равна заданному положительному значению Δψ_s потока.

Пороговым значением ψ_s1 является значение, выше которого начинается насыщение трансформатора 2. Описанные этапы а)-г) предпочтительно вызывают тем самым то, что при насыщении соответствующего комплекта 3 обмоток трансформатора 2 оно просто и быстро компенсируется за счет приложения положительного или отрицательного постоянного напряжения u_comp посредством преобразовательного блока 1, т.е. магнитный поток ψ через соответствующий комплект 3 обмоток берется из области насыщения. Если насыщения соответствующего комплекта 3 обмоток трансформатора 2 больше не происходит, т.е. после того, как величина магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток будет ниже порогового значения ψ_s1, то за счет этапов д) и е) предпочтительно достигается то, что магнитный поток ψ через соответствующий комплект 3 обмоток может быть снова доведен ниже величины номинального значения ψ_Nom магнитного потока ψ трансформатора 2, причем величина номинального значения ψ_Nom магнитного потока ψ является, например, пороговым значением ψ_s1, уменьшенным на величину Δψ_s, т.е. справедливо

Δψ_s=ψ_s1-ψ_Nom

Следовательно, благодаря предложенному способу особенно простым образом достигаются, в целом, нужный эффект компенсации возникающего насыщения трансформатора 2 и возврат магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток ниже величины номинального значения ψ_Nom магнитного потока ψ.

Упомянутая на этапе д) вольт-секундная площадь вычисляется следующим образом:

∫u_compdt

причем в соответствии с этапом д) регулируемое отрицательное постоянное напряжение u_comp прикладывается посредством преобразовательного блока 1 к первичной обмотке 4 соответствующего комплекта 3 обмоток до тех пор, пока вольт-секундная площадь приложенного отрицательного постоянного напряжения u_comp не будет меньше или равна заданному отрицательному значению -Δψ_s потока, т.е. справедливо

∫u_compdt≤-Δψ_s

Кроме того, упомянутая на этапе е) вольт-секундная площадь вычисляется следующим образом:

∫u_compdt

причем в соответствии с этапом е) регулируемое положительное постоянное напряжение u_comp прикладывается посредством преобразовательного блока 1 к первичной обмотке 4 соответствующего комплекта 3 обмоток до тех пор, пока вольт-секундная площадь приложенного положительного постоянного напряжения u_comp не будет больше или равна заданному положительному значению Δψ_s потока, т.е. справедливо

∫u_compdt≥Δψ_s

Однако преобразователь может значительно быстрее дать затухнуть насыщению за счет приложения постоянного напряжения к трансформатору, который забирает магнитный поток из насыщения. При этом возникающие постоянные токи ограничивают время, за которое это происходит.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, предложенный способ включает в себя следующие дополнительные этапы:

ж) на этапах д) и е) контролируется величина магнитного потока ψ каждого комплекта 3 обмоток относительно порогового значения ψ_s1, причем определяется полярность магнитного потока ψ;

з) если на этапе д) величина магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток превышает пороговое значение ψ_s1, а полярность магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток положительная, то этап д) отменяется, и осуществляются этапы б) и г), а затем этапы д) и е), и

и) если на этапе е) величина магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток превышает пороговое значение ψ_s1, а полярность магнитного потока ψ через соответствующий комплект 3 обмоток отрицательная, то этап е) отменяется, и осуществляются этапы в) и г), а затем этапы д) и е).

Описанный этап з) в сочетании с этапом ж) гарантирует, что если на этапе д) возникает насыщение соответствующего комплекта 3 обмоток трансформатора 2 при положительном магнитном потоке у, то это насыщение просто и быстро компенсируется за счет приложения отрицательного постоянного напряжения u_comp посредством преобразовательного блока 1, т.е. магнитный поток у через соответствующий комплект 3 обмоток берется из области насыщения. Если на этапе е) возникает насыщение соответствующего комплекта 3 обмоток трансформатора 2 при отрицательном магнитном потоке ψ, то этап и) в сочетании с этапом ж) обеспечивает компенсацию за счет приложения положительного постоянного напряжения u_comp посредством преобразовательного блока 1, т.е. магнитный поток ψ через соответствующий комплект 3 обмоток берется из области насыщения.

Преимущественно осуществляются контроль величины магнитного потока ψ относительно порогового значения ψ_s1 и определение полярности магнитного потока ψ посредством контроля разностного тока i_Diff относительно его порогового значения iD_iff1, причем разностный ток i_Diff определяется по току i₁ через первичную обмотку 4 и по току i′₂ через вторичную обмотку 5 соответствующего комплекта 3 обмоток, в частности, с учетом отношения числа витков обеих обмоток. На фиг. 4 изображена обычная эквивалентная блок-схема трансформатора 2, которая показывает ток i₁ через первичную обмотку 4, ток i′₂ через вторичную обмотку 5 и разностный ток i_Diff через главную индуктивность L_h1 соответствующего комплекта 3 обмоток трансформатора. Разностным током i_Diff является ток намагничивания соответствующего комплекта 3 обмоток трансформатора. Кроме того, на фиг. 5 изображена характеристика ток намагничивания-магнитный поток трансформатора 2, из которой видна взаимосвязь порогового значения i_Diff1 разностного тока i_Diff с пороговым значением ψ_s1. Для контроля разностного тока i_Diff относительно его порогового значения i_Diff1 необходимо лишь, следовательно, определить разностный ток iD_iff по току i₁ через первичную обмотку 4 и току i′₂ через вторичную обмотку 5, причем токи i₁ и i′₂ измеряются. Затем за счет взаимосвязи разностного тока i_Diff и магнитного потока может осуществляться контроль разностного тока i_Diff относительно его порогового значения i_Diff1, которое на фиг. 5 совпадает с пороговым значением ψ_s1. Поскольку разностный ток i_Diff очень легко определяется по току i₁ через первичную обмотку 4 и току i′₂ через вторичную обмотку 5, контроль величины магнитного потока ψ относительно порогового значения ψ_s1 и определение полярности магнитного потока ψ посредством контроля разностного тока i_Diff относительно порогового значения i_Diff1, осуществляются очень просто.

Возможно также осуществление контроля величины магнитного потока ψ относительно порогового значения ψ_s1 и определения полярности магнитного потока ψ посредством модели магнитного потока ψ, в которой магнитный поток ψ определяется по напряжению на первичной обмотке 4 или по напряжению на вторичной обмотке 5 соответствующего комплекта 3 обмоток, причем, в целом, справедливо:

ψ=∫u_Mag dt

где u_Mag обозначает напряжение намагничивания трансформатора 2. Его можно вычислить известным специалисту образом по измеренным напряжениям и токам с учетом сопротивлений трансформатора и полных сопротивлений рассеяния. Кроме того, пороговое значение ψ_s1 и значение Δψ_s потока можно задавать для контроля, например, посредством изображенной на фиг. 5 характеристики ток намагничивания-магнитный поток трансформатора.

Перечень ссылочных позиций

1 - преобразовательный блок

2 - трансформатор

3 - комплект обмоток

4 - первичная обмотка

5 - вторичная обмотка

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления преобразователями. Технический результат - обеспечение компенсации нежелательного насыщения трансформатора преобразователя в течение короткого времени. В способе управления преобразователем, содержащем преобразовательный блок (1) и трансформатор (2) с по меньшей мере одним комплектом (3) из первичной обмотки (4) и вторичной обмотки (5), причем преобразовательный блок (1) со стороны переменного напряжения соединен с первичной обмоткой (4) соответствующего комплекта (3) обмоток, для компенсации нежелательного магнитного насыщения трансформатора (2) к первичной обмотке (4) соответствующего комплекта (3) обмоток посредством преобразовательного блока (1) целенаправленно прикладывается постоянное напряжение (u_comp). 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ управления преобразователем, содержащим преобразовательный блок (1) с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей и трансформатор (2), причем трансформатор (2) содержит, по меньшей мере, один комплект (3) из первичной обмотки (4) и вторичной обмотки (5), а преобразовательный блок (1) со стороны переменного напряжения соединен с первичной обмоткой (4) соответствующего комплекта (3) обмоток, характеризующийся тем, что включает этапы, на которых:
а) контролируют величину магнитного потока (ψ) каждого комплекта (3) обмоток относительно порогового значения (ψ_s1), причем определяют полярность магнитного потока (ψ);
б) если величина магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток превышает пороговое значение (ψ_s1), а полярность магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток положительная, то к первичной обмотке (4) соответствующего комплекта (3) обмоток посредством преобразовательного блока (1) прикладывают регулируемое отрицательное постоянное напряжение (u_comp);
в) если величина магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток превышает пороговое значение (ψ_s1); a полярность магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток отрицательная, то к первичной обмотке (4) соответствующего комплекта (3) обмоток посредством преобразовательного блока (1) прикладывают регулируемое положительное постоянное напряжение (u_comp);
г) этапы а)-в) повторяют до тех пор, пока величина магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток не будет ниже порогового значения (ψ_s1);
д) после того как величина магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток становится ниже порогового значения (ψ_s1), и в случае положительной полярности магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток, к первичной обмотке (4) соответствующего комплекта (3) обмоток посредством преобразовательного блока (1) прикладывают регулируемое отрицательное постоянное напряжение (u_comp) до тех пор, пока вольт-секундная площадь приложенного отрицательного постоянного напряжения (u_comp) не будет меньше или равна заданному отрицательному значению (-Δψ_s) потока, и
е) после того как величина магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток становится ниже порогового значения (ψ_s1), и в случае отрицательной полярности магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток, к первичной обмотке (4) соответствующего комплекта (3) обмоток посредством преобразовательного блока (1) прикладывают регулируемое положительное постоянное напряжение (u_comp) до тех пор, пока вольт-секундная площадь приложенного положительного постоянного напряжения (u_comp) не будет больше или равна заданному положительному значению (Δψ_s) потока.

2. Способ по п.1, в котором выполняются дополнительные этапы:
ж) на этапах д) и е) контролируют величину магнитного потока (ψ) каждого комплекта (3) обмоток относительно порогового значения (ψ_s1); причем определяют полярность магнитного потока (ψ);
з) если на этапе д) величина магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток превышает пороговое значение (ψ_s1); a полярность магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток положительная, то этап д) отменяется и осуществляют этапы б) и г), а затем этапы д) и е), и
и) если на этапе е) величина магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток превышает пороговое значение (ψ_s1), а полярность магнитного потока (ψ) через соответствующий комплект (3) обмоток отрицательная, то этап е) отменяется и осуществляют этапы в) и г), а затем этапы д) и е).

3. Способ по п.1, в котором контроль величины магнитного потока (ψ) относительно порогового значения (ψ_s1) и определение полярности магнитного потока (ψ) осуществляют посредством контроля разностного тока (i_Diff) относительно порогового значения (i_Diff1), причем разностный ток (i_Diff) определяют по току (i₁) через первичную обмотку (4) и току (i′₂) через вторичную обмотку (5) соответствующего комплекта (3) обмоток.

4. Способ по п.1, в котором контроль величины магнитного потока (ψ) осуществляют с помощью его модели.