Способ определения среднего значения напряжения двухфазного вентильного преобразователя Советский патент 1985 года по МПК H02M5/451 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического регулирования с вентильными преобразователями, когда возникает необходимос в применении обратной связи по напряжению. При реализации быстродействия, близкого к предельному, в системах с вентильными пpeoбpaзoвaтeля ra важ ное значение приобретает характер представления информации, поступающей по каналам обратных связей. В связи с этим необходимо учитывать, что в сигнале, идущем с датчика мгновенных .значений выходного напря жения преобразователя, как правило присутствует переменная составляющая - амютитуда, которая может в несколько раз превышать среднее зна ченйе измеряемой величины. Это затрудняет сравнение сигналов задания и обратной связи и получение управляющего сигнала, так как в момент формирования управляющего импульса мгновенное значение..сигнала обратно связи может значительно отличаться от среднего значения измеряемой ве.личины. в известных датчиках напряжения используемых в САР с вентильными преобразователями, зта проблема решается введением после датчика мгно венных значений НС-фильтра, снижающего в несколько раз величину переменной составляющей l . К недостаткам данного типа датчи ков следует отнести их значительную инерционность, обусловленную относи тельно большой постоянной времени RC-фильтра, необходимой для качественного сглаживания пульсации. В результате уменьшается полоса пропускания контура регулирования, что снижает быстродействие системы. Известен способ измерения параме ров BeHTHJtbHoro электропривода, в частности выходного напряжения прео разователя, при котором формируется первая последовательность импульсов по передним фронтам сборки импульсо системы фазового управления преобразователя, а также вторая импульсная последовательность, запаздывающая относительно первой на малую величину t(20-50 мкс, но преньшающую длительность этих импульсов). Сигнал, пропорциональный мгновен ному напряжению преобразователя, ин тегрируют в пределах каждого периода первой последовательности импульсов, а в момент формирования очередного ее импульса фиксируют конечное значение интеграла на следующий период. С помощью очередного импульса из второй последовательности импульсов обнуляют интегратор (за время меньшее t) f затем снова интегрируют сигнал, пропорциональный мгновенному значению выходного напряжения преобразователя, и т.д. 21. К недостаткам такого способа следует отнести необходимость в датчике мгновенного значения напряжения с потенциальной развяз1;ой на максимальное рабочее напряжс.ние силовой части преобразователя, а также дополнительное запаздывание tj. при введении полученной информации в систему управления вентильного злектропри4 вода, причем риод следования импульсов управления преобразователя. Наиболее близким техническим рашением к изобретению является способ определения среднего значения напряжения двухфазного вентильного преобразователя с косинусоидальной разверткой .фазового управления, в котором фор№1руют последовательность коротких импульсов с задержкой относительно передних фронтов сборки импул:: сов управления преобразователя 3 . Недостатками известного способа являются низкое быстродействие и отсутствие потенциальной разведки. Цель изобретения - повышение быстродействия и ликвида гя потенциальной развязки. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения среднего значения напряжения двухфазного венттьного преобразователя с косинусоидальной разверткой системы фазового управления, в котором формируют последова тельность коротких имп:/льсов с задержкой относительно пйредних фронтов сборки импульсов управления преобразователя, в момент прихода очередного импульса из зтой последовательностя, 4 й«сируют сигнал управления преобразователя и сумкдаруют его с дополнительными сигналами, для формирования доп лиительных сигналов определяют режим тока нагрузки, в режиме непрерьтного тока нагрузки в качестве дополнительного сигнала используют текущее значе ние сигнала управления, в момент по явления очередной бестоковой паузы в режиме прерывистого тока в цепи нагрузки преобр азователя фиксируют значение косинусоидального сигнала р азвертки с некоторым смещением и используют этот зафиксированный сиг нал в качестве дополнительного, при наличии противо-ЭДС в нагрузке в зтом режиме в момент появления бестоковой паузы формируют второй дополнительный сигнал, причем для его получения интегрируют на интервале бестоковой паузы сигнал, пропорциональный ЭДС и сбрасывают результат интегрирования в момент появления тока иаг1$узки. На фиг. 1 представлена фуикционапьнан схема устройства, реализующего предлагаемый способ на фиг. 2-А - эпюры, поясняющие его работу, в режимах непрерывного тока в нагрузке, прерывистого тока в нагрузке и прерывистого тока в нагруз ке при наличии в нагрузке,ЭДС, соот ветственно. Устройство состоит из основного фиксатора нулевого порядка 1, содержащего ключ 2 и блок 3 запоминания, и ключа 4, подключенных параллельно между источником управляю щего сигнала U и сумматором 5, Меж ду сумматором 5 и компаратором 6 (на вход которого подключены узлы развертки системы фазойого управления и источника установочного напряжения ) включен дополнительный фиксатор 7 нулевого порядка (с ключами передачи информации 8 и сброса 9 и блоком fO запоминания). Между источником сигнала, пропорционального ЭДС нагрузки, (UE) и сумматором 5 включен интегратор И с ключом 12 бестоковой паузы. Кроме т.ого, выход датчика 13 состояния тиристоров преобразователя через логический инвертор НЕ П подключён к цепям управления клочей 4 и 12, а через формирователь 15 укороченных импульсов - к цепи управления 8. Сборка импульсов управления U, преобразователя через узел 16 задержки подключе на к Цепям управлення ключей 2 н 9 (выходная сборка Ul). 30 .4 С выхода сумматЬра 5 можно снимать сигнал среднего значения напряжения фиксатором I7 нулевого порядка. Предлагаемый способ рассмотрим при работе в зоне непрерывного тока нагрузки (фиг. 2). Напряжение управления преобразователя в момент t формирования очередного i импульса из последовательности, запаздывающей относительно UY на время 1, формируется ксатором 1 (фиг. 2б, в, г). С его выхода зафиксированное напряжение U подается на один из входов сумматора 5. На второй вход сумматора поступает управляющий сигнал U.j,(t)Uj(t), так как ключ 4 в это время замкнут. Напряжение U(i с выхода cybAiaTopa в момент t , формирования переднего фронта управляющего импульса (i+l) (фиг. 2д) пропорщюнально среднему напряжению на нагрузке преобразователя на данном интервале вентильности (интервале между IM ( импульсами , т.е. 3CiHf HiM 2tiH) где (i + t)VC 2()) Дпя систем фазового управления с осинусондальной разверткой с учетом остоянного сигнала Ujj, как известо U.cosio.cosot. Рассмотрим работу устройства для лучай, когда период основной гароннки управляющего сигнала в иесколько раз больше номинального инервала вентильности преобразователей Дё и) - круговая частота питакедей .сети} т - пульсность силовой схемы преобразователя, т.е. интервал между двумя ближайшими импульсами управления (UY) при постоянном сигнале управления V, На фмг. 2а показана кривая вырямпенного напряжения преобразова еля при углах управления еС и cL зоне непрерывных токов. При этом реднее значение выходного напряжеия преобразователя на интервале ентильности

StnWjjtcJWj,

ТЛ

cT

U).T.

.cosoi coeei.J

(i)

где и„

амплитуда сетевого напряжения.

Так как период основной гармоники управляющего воздействия в несколько раз больше Т, то приблиJKeriHo принимаем:

( 3 )

Т

при

r где Tj. - период сетевого напряжес учетом (2 ) и (3) среднее значение напряжения на нагрузке на инте вале вентильности cosot. .cos«t(,j Напряжение косинусоидаяьной раз вертки , .0 (,1-cos ot , где Кд - постоянная интегрирования (иитегратора развертки, не показан го на фиг 1 ). Суммарный сигнал уп равления, поступающий на нуль-орга ны системы фазавого управления, ра j.. где и,, - сигнал управления; Vi - установочное базовое напряЬкение смещения, которо пропорционально U, приче я момент формирования оче редного управляющего ( )-го импульса и«(J 4.Л -к и m a(.(f4.1)(iн)п) .., а величина Uj для .L и R нагрузки выбирается о Зычно для at, «90,

Из (7) следуем, что

ЛЛ,

U);

C8V

,,1- ,

MiH))

С учетом ((8| среднее значение напряжения в нагрузке на (1+1)-м интервале вентильности

U

dCinf - - .

ij. (5)

1 (

Т,. Ч

. где

а.

(1)

V l(

Напряже{ше на выходе сумматора 5 с учетом (I )

i+M iti+i) 2(;м)

(10) Значение выходаого сигнала сумматора в момент формирования очередного (i+t)-ro импульса управления ,) фиг. 2д с учетом 9 и 10 как раз и соответствует среднему значению Особенности предлагаемого способа в зоне прерывистого тока нагрузки рассмотрим с учетом фиг. 2 и вьфажения (8 ), причем аналогично (2) в начале бестоковой паузы интервала вентильности на выходе формирователя 9 формируются импульсы, обеспечивающие фиксацию разностного сигнала. и«-и, на фиксаторе 5, причем с учетом 8 йU-. cosotI U): 1 /. т.е. в качестве дополнительного сигнала U используется некоторый 4я1ктив ь1й сигнал управления и , получаемый из (И | и (iZ). Этот сигнш запоминается s узле Ш запоминания до момента форшгрования очередного ршпульса из OY поступакяцего с выхода узла 16 задержки В момент прихода этого импульса кратковременно замыкается ключ 9 фиксатора, и узел 10 запо « Ш1нияобмуляется. Сигнал с вьпсода датчика 13 пройдя через схему НЕ, поддается в виде сигнала Uj на/

ключ 4, причем в момент бестоковой паузы (фиг. 36) и ключ 4 разь1ыкается. Сигнал Uj в этом случае имеет импульсньй характер, но к моменту фop «poвaния очередного i-ro импульса .управления

u,,,.,,o;,(u.ii,,) (ii).

в соответствии с (11) и (I21 и

фиг. За.

Случай прерывистого тока в нагрузке при наличии ЭДС поясняется на фиг. 4. По сравнению с рассмот, ремным случаем () среднее значение напряжения на нагрузке с учетом (2 ) и (31 и фиг. 4а

s..

C14)

0.. di

т.е. добавляется вольт-секундньА интервал S от ЭДС Е на участке бестоковой паузы, причем

« Г {t)flriE{|g ,(s)

где Atn - интервал бестоковой паузы; и - сигнал на выходе интегратора I на интервале бестоковой паузы (4мг, 4в). Отметим, что на интервале бестоKOBoft пау9Ы р(1змыкается ключ i2 (ана логично ключу 4), когда сигнал Uj пофиг, 4б равен 0. Выходной сигнал иитегратора (его конечное значение) UpJJкак раз является вторым дополнительным сигналом на входе сумматора 5.

6308

Сигнал с выхода сумматора 5 в момент t; с учетом (1)

..) Поданный непосредственно в систему фазового управления, обеспечнвает быстродействующую обратную связь по среднему значению напряжения нагрузки.

Сигнал Uj с выхода сумматора 5 перед самым формированием очередного импульса управления, т.е. практически и,,,-несет информацию о среднем значении напряжения на нагрузке в текущем интервале вентильности.

Оперативное получение информации о среднем значении напряжения на нагрузке на i-M интервале вентильности, а именно к концу зтого же интервала в виде выходного сигнала Uo

сумматора 5 позволяет организовать быстродействующую обратную связь по напряжению в различных, системах регулирования с вентильным преобразователем. Непрерывтшй сигнал с

выхода фиксатора 17 характеризует среднее текущее напряжение на нагрузке преобразователя для всех 3-х рассмотренных случаев.

Таким образом, использование дискретных значений сигнала с сумматора Uj обеспечивает более высокое алстродействие при определении среднего значения напряжения на нагрузке преобразователя, чем в известном

устройстве. Ликвидация потенциальной развязки и первичного датчика текущего значения напряжения в ряде случаев дает существенный положительный эффект (повышение надежности,

помехозащищенности, снижение обоих габаритов, удешевление, безопасность прн обслуживании}

iOV о

U2

«r 1 O«

Ifff

ЧР11

j-

8

1

TI

У

A

TF

г/л г 1 J l л

ь-

Ти

г/у

4.-в-

ttotp

i/J

//I

СПОСОБ ОШ-ЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ДВУХФАЗНОГО ВЕНТИЛЬНОГО ОРЕОБР ОВАТЕЛЯ с косинусоидальной разверткой системы фа эового управления, в котором формируют последовательность коротких импульсов с задержкой относительно передних фронтов сборки импульсов управления преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и ликвидации потенхдаальной развязки, в момент прихоаа очередаого импульса из зтой последовательности фиксируют сигнал управления преобразователя и суммируют его с дополнительными сигналами, для формирования дополнительных сигналов определяют режим тока нагрузки, в реж1ше непрерывного тока нагрузки в качестве дополнительного сигнала используют текущее значение сигнала управлеютя, в момент появления очередной бестоковой паузы в режиме прерьшистого тока в цепи нагрузки преобразователя фиксируют значение косинусоид ального сигнала развертки с некоторым смещением и используют зтот зафиксированный сигнал в качестве дополнительного, при наличии (П противо-ЭДС в нагрузке в этом режиме в момент появления бестоковой паузы формируют второй дополнительный сигнал, причем для его получения интегрируют на интервале бестоковой паузы сигнал, пропорциональный-ЭДС и сбрасывают результат интегрироваСП ния в момент появления тока нагрузки. ч а со

at«

т.

/

HL1 tfra|,%