Устройство для фазового управления вентильным преобразователем Советский патент 1983 года по МПК H02P13/16 

Изобретение относится к преобразовательной технике и можег быть испопьзовано дпя управлешггя многофазными сиповьt fи вентильными преобразоватепями. По основному авт.св, № 926753 известно устройство дпя фазового управления вентипьным преобразователем, содержащее датчик выходного напряжения преобразователя, выход которого соедине с первым входом интегратора, выход которого через первый вход компаратора соединен с входом распределитегея импул сов, первые выходы которого через элемент ИЛИ соединены с входом сброса интегратора, источник управляющего на- пряжения и снабженное датчиками анодных напряжений вентилей, число которых равно числу вентилей, двумя коммутаторами и блоком ограничения угпов упрае- пения, причем выходы датчиков анодных напряжений вентилей соединены с входами коммутаторов, выходы которых соединены с вторым и третьим входами ком паратора через схему ограничения угпов и с четвертым и пятым входами компара тора непосредственно, шестой вход компаратора подключен к выходу ксточщ управляющего напряжения, выход BTQJKST P коммутатора соединен с вторым входом интегратора, а вторые выходы распредепителя соединены с управгшютаими входами коммутаторов. Недостатком известного устройства управления является низкая точность отработки сигнала управления в переходных режимах при прерывистом токе нагрузки. Цель изобретения - повышение точнос ти отработки сигнала управления в переходных режимах. Поставленная цепь достигается тем, что в известное устройство дпя фазового управления вентипьным преобразователем введены датчик состояния вентидей, два функционапьных преобразователя, два cyTviMaTopa, блок выборки-хранения, блок перемножения и кпюч, седьмой вход компаратора, причем выход датчика состояния вентилей соединен с управляющим входом ключа и входом первого функционального преобразователя, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ,к которому ; подключен управляющий вход блока выборки-хранения, выход первого сумматора соединен с первым входом блока перемножения, выход которого через кпюч соединен с седьмым, входом компаратора, причем второй вход блока перемножения соединен с выходом второго сумматора, первый вход которого через бпок выбо1 ки-хранения соединен с выходом источника управляющего напряжения, а второй, третий и четверть1й входы второго сумматора соединены с выходами интегратора, а также первого и второго коммутаторов. На ф1. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг, 2 - эпюры, поясняющие его работу; на фиг. 3 - диаграмма сигнала управления в переходных режимах при прерывистом токе нагрузки; на фиг. 4 и 5 - схемы функциональных преобразователей. Устройство (фиг. 1) содержит П датчиков 1-3 напряжений питания преобразователя, действующих в анодных цепях вентилей, где П - число вентилей преобразователя, два П -канальных коммутатора 4 и 5 аналоговых сигналов, блок 6 ограничения угпов управления вентилями, интегратор 7 со сбросом, датчик 8 выходного напряжения преобразователя, компаратор 9 сигналов, источник 10 управляющего напряжения, распределитель . 11 импульсов, элемент ИЛИ 1.2, а также блок 13 выборки-хранения, два сумма- . тора 14 и 15, блок 16 перемножения, кпюч 17, два функционапьных преобразоватегЕЯ 18 и 19 и датчик 20 состояния вентилей. Входы датчиков 1-3 пнапряжений питания соединены с источниками упомянутых напряжений, а их выходы соединены с соответствующими входами коммутаторов 4 и 5. Выход первого коммутатора 4 соединен с первым входом блока 6 ограничения углов и четвертым входом компаратора 9, а также с третьим входом второго сумматора 14. Выход второго коммутатора 5 соединен с вторыми входами блока 6 ограничения углов и с вторым входом интегратора 7, а также с пятым входом компаратора 9 и вторым входом второго сумматора 14. Первый и второй входы компаратора 9 соединены с выходами блока 6 ограничения угпов, а его третий вход соединен с выходом интегратора 7. Выход датчика 8 выходного напряжения соединен с первым входом интегратора 7, вход управления сбросом которого вместе с входами управления блоком 13 выборки-хранения и второго функционального ареобразователя 19 соединен с выходом элемента ИЛИ 12. Выход источника 10 управпяюшего напряжения через блок 13 выборки-хранения соединен с первым входом второго сумматора 14, а так же вепосредственно с шестым входом компаратора 9. Седьмой вход компаратора 9 соединен через кпюч 17 с выходом блока 16 перемножения, входы которого соединены с выходами nepBcv го и второго сумматоров 15 и 14. Входы первого сумматора 15 соединены с выходами первого и второго функциональных преобразователей 18 и 19, причем вход первого функционального преобразователя 18, а также вход управления клк чсм 17 соединены с выходом датчика 2О состояния вентилей. Выход компаратора 9 соединен с входом распределителя 11 импупьсоБ, первые выходы которого соединены с входами элемента ИЛИ 12, а вто{нз1е соединены с соответствующими входами управления ключами коммутаторов 4 и 5. Причем входы управления ключа первого коммутатора 4 коммутирующего сигнал датчика напряжения питания, действующего в анодной цепи данного вентиля, и ключа второго коммутатора 5, коммутирующего сигнал датчика напряжения питания преобразователя, действующего в анодной цепи вентиля, предшествующего по времени работы данному вентилю, соединены с одним и тем же выходом распределителя 11 импульсов. Для уяснения сущности изобретения рассмотрим подробно процесс формирования опорного сигнала в известном устройстве для фазового управления. При работе преобразователя в стацио нарном режш-ле при прерывистых токах нагрузки суммарный опорный сигнал для очередного вентиля на интервале бестоковой паузы определяется соотношением (1). Обозначив через of. (&) текущее зна чение угла управления очередного вентиля, т.е. то значение угла управления, с которым может включиться очередной вентиль, при выбранном начале отсчета времени в точке включения последнего вентипя можно записать (Об(е) «о «19Ьо о 0 1 1) где 0) - текущее приращение угпа управления по отношению к величине угла управлени в стационарном режиме Хд Определив из (1) текущее время 0 , можно получить II I г W m Г р.-ч Г Qli I а ш(- (Щ еш()-5.(е)-|-. (2) Разность между опорным в ущивлякяцим сигналами получается вычитанием lJonni0)-Vv. -S n o otuoC(e)JJ, &ot(. Первая часть (3) есть не что иное, как величина, пропорциональная текущему значению приращения положительной вопьт- екундной площадки 5 (9) выпрямленного напряжедаш, которое будет иметь место при изменении угла управления очередного в ентиля по сравнению с его значением на предыдущем.интервале дискретности. Действительно ( и(0)(обо-|-. 4&ttte) - Б1п оСо+ЛоС(в)- (e), (4) где и (в) - фазное напряжение вентипя, включенного поспедним. Тогда с учетом пропорщиовальности сигнала управления и среднего выпрям- ленного напряжения в стационарном режиме, можно переписать (3) в виде onoW . Однако среднее выпрямленное напряжение в переходном режиме складывается из суммы среднего напряжения ь стационарном режиме и величины, Щ)О порциона льнбй пр иращениям как полож тельной части выходного напряжения $(в), которое является следствием изменения угла управления , так и отрицательной части выходного напряжения 5(Q), которое является следствием нзменення угла выключения вентипя при изменении угла его включения, г«в. и(0} и 4| 5ПвИ5-(е). (6) Из сопоставления (5) и (6) следует, что опорное напряжение U по ( ® ) каждай ; момент времени не пропорционально той величине среднего выпрямленного напряжения, которое будет иметь место на выходе преобразователя, если включить очередной вентиль в этот момент времени. Поэтому преобразователь с известным устройстБрм управления не позволяет получить милых ошибок при отработке изменений сигнала управления, Для получения требуемой точности нуж но ввести в опорный (или управляющий сигнал) дополнительный корректирующий сигнал, величина которого была бы пропорциональна величине S(0). Причем этот сигнал .необходимо вырабатывать с упреждениеМ| т,е, до того , как будет включен очередной вентиль. Можно показать, что зависимость S 1 ( Q ) приближенно аппроксимируется следующей функцией: )1 иг I ц IJ Устройство с пpeoбpaзoвaтeлeмj выпол ненным, например, по трехфазной нулевой схеме, работает следующим образом. Эпюры приведены на фиг. 2, гдвУоп суммарный опоркый сигнал; S - сигнал ограничения минимальной вел1мины угла управления; U i - корректирующий сигнал на седьмом входе компаратора; Ууд сигнал управления; и Vu - сигнал помехи по каналу управления, вызывающий отклонение угла управления от стационарно величины; Vi - сигнал на выходе схемы выборки-хранения; b - сигнад датчика состояния вентилей, длительность которого равна длительности проводящего хх тояния вентиля; и g и ид- мгновенные значения сигналов на выходах первого и второго функциональных преобразователей UgQ - величина сигнала 11 во время бестоковой паузы; Uj и 5 - свгнатш на выхрдах первого и второго сумматоро соответственно; и о- угол управления и длительность протекания тока вентиля соответственно в стационарном режиме; и йЛо- приращения углов включения и выключения вентита при воэдействии помехи u.Vy ; S и &о - вольтсекундные площадки приращений положительной и отрицательной полуволн выпрямленного напряжения соответственно при изменении угла управгаения вентиля на величину Д оС ; Е - ЭДС нагрузки; И Uj - соответственно мгновенные значения выпрямленного напряжения встационарном и переходном режимах. На приведенных ; эпюрах рассматривается работа преобразователя в выпрямительном режиме при прерывистых токах нагрузки в статике и дишцлике. 1 816 Выходные сигнапы коммутаторов 4 и 5, пропорнионапьные напряжениям питающей сегв, действующим в анодных цепях соответствеано данного и предыду щего вентипей,. а также выходной сигнал интегратора 7, суммируясь на соответствующих входах компаратора 9, образуют суммарный опорный сигнал Uon (фиг,2б). Этот опорный сигнал в сумме с им пупьсами блока 6 ограничения углов и в сравнивается с суммой корректирующего U ц и управпяющетю сигналов Vvjg, В момент равенства этих сигналов компаратор изменяет свое состояние, по фронту этого сигиала вырабатывается импульс управления и подключается раопределителем 11 импульсов к очередному вентилю. Одновременно сигналами с дополнительных выходов распределителя 11 переключаются ключи коммутаторов 4 и 5. Сигналы с выходов коммутаторов, суммируясь с выходньш сигналом интегратора 7 сумматором 14, так же представляют собой сут в 1арный опорный сигнал Uon. Выходной сигнал сумматора 14 Us (фиг.2Б) представляет собой разность cytvJMapHoro сяюрного сигнала Uon и сигнала с выхода блока 13 аыборкихранения VL . Сиршн V равен значению сигнала управления Vy в момент гене радии импульса унравлэння очередиь1м венгвлем 5о , KOTOJHJM управлгается блок 13, Как следует Из соотношений (З) и (4), сигдал UgCв) пропорционален ёеличине возможного приращения положительной вольт-секундной площадки шлпрямленного напряжения (в), т.е. и.& 5ПвЬ Сигнал и с; псргупает йа первый вход блока 16 перемножения, на второй вход которого поступает сигнал с выхода первог сумматора 15 Ifj (фир.2ж). Этот сигнал - представляет собой сумму выходныхсигналов первого и второго функциональных преобразователей 18 и 19 соответственно (фиг.2д,е), Фуйкциошльный преобразователь 18 преобразует длитеяьносгь сИгната датчика 20 состоянин вентилей b (фиг.2г) в напряжение Ug,, величина которого пропорциональна экспоненциальной функции длительности импульса тока последнего работавшего вентиля .АО. г-е. (- /соТи). (9) Функциональный преобразоватепь 19 преобразует временной интервал, отделяющий данный момент времени от момента вкп«с чения поспеднего вентидя, в напряжение, закон изменения которого можно записать при начапе отсчета времени в точке включения шосвед негр вёнтйня как / I л ®2ж; Такюл образом, сигнал на &Ь1додб вторр го сумматора можно записать на пе бестоковой паузы как (e)-«р( Тогда корректирующий сигнал 11 , который гфедставпяет собой выходной сигнал блока перемножения, подключаемый ключом 17 (фиг. 1) к седьмому входу компаратора (фиг. 2а) представляет собой временную функцию вида .u,u,.,e«p(2 2ajTH Соотношение (12) с учетом (7) и (1) можно записать в виде U,(6).Sie).(13). Таким образом, на интервале бестсжовой паузы корректирующий сигнал пропорци нален тому возможному приращению отрицательной вольт-к;екундной площадки выпртмленного напряжения, которое бу дет в случае приращения положительной вольт-секундной площади выпрямленного напртженвя (0). Функциональный преобразователь 18 может быть, например, выполнен сргласно функ1хиоЕальнРЙ схеме, которая приведена на фиг. 4. Функциональный преобразовйтель содержит источник смешения ИС, два ключа К1 и К2, сумматор СМ и О-цепочку с постоянной времени . Напряжение истрчника смещения V подкгаочается. к Е С-цепочке ключом К1 -, управляющим сигналом Ъ . В течение интервала протекания тока нагрузки Ид емкость С заряжается до напряжения , V,-Vc l-ecp(- /coTH).U4) В момент окончания тока нагрузки ключ К1 размыкается и на конденсаторе запоминается напряжение tlj .Сигнал с выхода сумматора Ug определяется, таким , образом, на интервале бестоковой паузы соотношением ,(). (15) В генерации очередного импульса управления So сигнал, накопленный ко децсатором, сбрасывается до нуля ключом К2 и процесс повторяется снова. Функциональный преобразователь 19 может быть выполнен, например, согпасно фушшиодальной схеме, которая приведена на фиг. 5. Функциональный преобразователь содер: ит источник смещения ИС, иатегратор со сбросом И, сумматор СМ. В момент генерации импульса управления, определяемсго импульсом очередного вентиля5 о t происходит обнуление выходного сигнала интегратора U . Интегратор, п|роизводя;. интегрирование постоянного сигнала смещения, формирует на выходе напряжение, которое линейно зависит от времени V91 e. Выходной сигнал сумматора СМ U определяется соотношением U, V«le)-V,-(e-a,TH)., ,7), Рассмотрим подробнее работу преапагаемого устрсЛства управгюния в стационарном и переходном режимах работы преобразователя. При работе преобразователя в стационарном режиме (фиг.2, слева) в момент генерации импульса управления ко1 ректирующий сигнал равен нулю, поскольку равен нулю сигнал Ug с выхода сумматора 14 (фиг. 2в,э). Действительно, в стационарном режиме в момент генерации импульса выполняется равенство Uon-V В то же время в стацирнарном режиме сигнал с выхода блока выборкиг-хранения v;-v,,. Поэтому в момент генерации импульса . s UonX 091В сипу этого в стационарном режиме работа прецпагаемого устройства ничем ке отличается от работы известного, проявляется при работе преобразователя в перехоциом режиме. Пусть на сигнал управления в некоторый момент времени накладывается сигнал, помехи величиной AVy (фиг. 26), который, вызывая отклонения угла управления очередного вентиля на величину (фиг.2а), затем становится равным нулю Система в дальнейшем совершает свободное движение. В стационарном режиме корректирующий сигнал на интервале бестоковой паузы опредетиется .соотношением ,-Гл 111 Ьм m m ( vM -1 -- KO Uonol6)-Y

В момент генерации импульса управления при воздействии сигнала помехи выполняется условие

V,- Uonol®)-URoi60

Vyr-Ve- L oПодставляя в (19) (18JjC учетом малое- ги ЛсСо, пренебрегая членами второго порядка малости, можно получить -v-t7S H(-) -e«pr°Ul. На следующем за отклонением угла управления интервале дискретности (фиг. 2а) корректирующий сигнал определяется согласно выражению -e- -uQto Uk( П 2соТн

(0}-Уу И ° ° ; -Др-УйАо-Аобо

СгпГ поскольку блок. выборки-хранения фик-предлагаемое устройство существенно

сирует для этого интервала дискретности 55 увеличивает точность отработки сигнала напряженияуправления в переходных режимах преобV rY

Yf

1 о-|1-Е: к

К COS (Х,ехр(. (23) 30 По .и к 1 По по

50 откуда следует, что (фиг. 2а)

При сравнении (25) с (8) видно, что

разователя по сравнению, с основным устройством и позволяет получить ошиб81а угол выключения вентиля изменяется на величину U 0д при изменении угла управления на величину AoLQ (фиг. 2а). Предположим, что рассматриваемый интервал дискретностиоканчивается в момент времени 0 Л of, где -j отклонение момента включения очередного вентиля от стационарного значения. В момент генерации очередного импульса , управления выполняется равенство; Uon(ev| 21 e-i.oi, Vy.u.(e) S-f-f&A, с учетом (8) после некоторых преобразований получается Уо«и |4.(t. дставляя в (21), (23) и (2О) при + U oJ д , МОЖНО получить ЕМ mf vti Г ( It } 6 . МйоСо- аС,ехр(). 4) дставляя (23) и (24) в (22), можно учить уравнение Г1т.)} чи гп йос, Ко П h(-oi), ку,равную нулю ужа в конце первого интервапа дискретности. Из эпюр напряженийГ (фиг. 2) видно, что указанный эффект достигается тем что в переходном режиме корректирующий сигнал изменяет величину управляющего напряжения в момент генерации очередно) импупьса. При этом генерация импупьса управления уже в конце первого интервала дискретности переходного процесса происходит в момент (заранее, с 1О 1 упреждением), вычисленный при формировании сигнала коррекции таким образом, чтобы сделать ошибку в отработке сигнала управленю равной нулю. По сравнению с базовым объектом предлагаемое устройство существенно уменьшает ошибку в отработке сигнала управления в перехопных режимах, поскольку сна не содержит интегрирующего звена в канале управления, наличие которогд вносит инерцию в тракт управления и приводит к значительным динамическим ошибкам.

6

г;

JL

JL

1Г

)

е)

ж)

з;

lUidtJ

o

6)

2)

K2lb

X

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕСЖРАЗОВАТЕЛЕМ по авт.св. № 926753, отличающееся тем, что, с цепью повышения точности отработки сигнала управления в переходных режимах, в него введены датчик состояния вентилей, два функциональных преобразователя, два сумматора, блок выборки-хранения, блок перемножения и ключ, седьмой вход компаратора, причем выход датчика состоя,ния вентилей соединен с управляющим . входом ключа и входом первого функционального преобразователя, которого подключен к первому входу первого , сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, к которому подключен управляющий вход блока выборки-хранения, выход первого сумматора соединен с первым входом блока перемножения, выход которого через ключ соединен с седьмым входом компаратора, причем второй вход блока перемножения соединен с выходом второго сумматора, первый вход которого через блок выборкихранения соединен с выходом источника са управляющего напряжения, а второй, третий и четвертый входы второго сумматора соединены с- выходами интегратора, а также первого и второго коммутаторов.

.r/

t Т €)-

Bf

Фиг. 4

o

I