Способ управления инвертором Советский патент 1985 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано пр управлении инвертором, нагруженным на последовательный колебательный контур, индуктивно связанный с одним или более колебательными контурами, являющимися потребителями энергии, в частности для питания тяговых сетей бесконтактного электровозного транс- порта.

Цель изобретения - снижение установленной мощности силового оборудования инвертора, улучшение его массогабаритных показателей.

На фиг.1 показаны рабочие области инверторов с удвоением частоты без диодов встречного тока различной мощности, ограниченные кривыми а,Ь и области существования нагрузки тяговой сети бесконтактного электровозного транспорта, для различных способов управления инвертором (кривые c,d,e; c,d,f; c,d,g), на фиг. 2 - структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ управления.

Предлагаемое устройство содержит вьтрямитель 1, соединенный через инвертор 2 с нагрузкой 3. Выход инвертора 2 через датчик 4 тока и датчик 5 напряжения, фильтры 6 и 7, установленные на выходе датчиков 4 и 5, соединен с входом фазометра 8. Фазометр 8 через инвертирующий элемент 9 и пороговый блок 10 соединен с блоком 2 управления инвертора.

Необходимым условием нормальной работы инвертора являетс.я размеще- ние области существования параметров нагрузки (кривые c,d,e; c,d,f; Cjdjg фиг.1) в рабочей области инвертора (кривые а,Ь). Последняя ограничивается режимами, при которых нарушается коммутационная устойчивость (кривая а) или значения токов и напряжений на элементах инвертора превышают допустимые величины (кривая Ь). Расширение рабочей области инвертора сопряжено с увеличением установленной мощности силового оборудования.

Под установленной мощностью силового оборудования следует понимать расчетную мощность силовых элементов схемы инвертора. Оно зависит от величины напряжения на данном элементе, тока преходящего через него, и определяет его габариты и вес.

Установленные мощности элементов инвертора зависят от мощности преобразователя . С уменьшением последней токи и напряжения на элементах схемы уменьшаются снижаются их установленные мощности.

В некоторых случаях целесообразно ограничение области существования параметров нагрузки. Исключение из последней участков, для которых вероятность существования параметров нагрузки мала, как правило, не приводит к нарушению технологического процесса. В системе бесконтактного электровозного транспорта ток в нагрузке инвертора поддерживается стабильным, поэтому величина потребляемой мопщости однозначно связана с полным сопротивлением нагрузки.

В моменты пиковых нагрузок значение сопротивления велико. При неизменной выходной частоте инвертора его работоспособность обеспечивается расширением рабочей области, и, следовательно, увеличением установленно мощности силового оборудования. Для этого случая область существования параметров нагрузки представлена кри вой c,d,e. Вероятность возникновения пиковых нагрузок, соответствующих участку d,e мала. В известном устройстве предложено исключать участок d,e. Это достигается ограничением верхнего предела изменения полного сопротивления нагрузки путем изменения выходной частоты инвертора. Если сопротивление нагрузки превьш1ает значение , соответствующее точке d, частота инвертора изменяется и сопротивление стабилизируется на заданном уровне (участок 4-б). Выходная частота инвертора изменяется по закону

2н,о2 const, где ,ol полное сопротивление на грузки, соответствующее

режиму .ограничения; F - выходная частота инвертора.

Так как вероятность превьш1ения уровня ограничения мала, то среднеэксплуатационные показатели электровоза, связанные с уменьшением его мощности в момент ограничения,ухудшаются незначительно. Решение позволяе сузить рабочую область инвертора, уменьшить его расчетную мощность и. 311 следовательно, установленную мощность силового оборудования, однако существенного уменьшения достичь не удается ввиду наличия участка d,f соответст вующего режиму ограничения. В предлагаемом способе регулирова НИН выходной частоты инвертора ограни чивают нижний предел изменения фазового сдвига основных гармонических составляющих тока и напряжения нагрузки Cf . При достижении углом ( значения Cf о выходная частота инвертора изменяется. При этом мощность, потреб ляемая нагрузкой, уменьшается. Угол CfH стабилизируется на заданном уровне t 1 : Ц к,02 . Частота инвертора изменяется по закону: Чн.О, 2) Как следует из фиг.1, участок d,g соответствующий режиму ограничения, расположен ниже участка d,f, что позволяет сузить рабочую область инвер тора, уменьшить его расчетную мощ- ность и установленную мощность силового оборудования. Для питания инвертора меньшей мощности используют менее мощный выпрямитель. При этом снижается мощность преобразователя в целом, его стоимость, улучшаются массогабаритные показатели. Аналоговые сигналы с датчиков 4 5 (фиг.2), пропорциональные току, потребляемому нагрузкой 3, и выходному напряжению инвертора 2j поступают на входы фильтров 6 и 7, которые обеспечивают выделение основных гармонических составляющих входных сигналов. Таким образом, сиг24налы на их выходах пропорциональны основным гармоническим составляющим тока и напряжения. Измерение фазового сдвига сигналов осуществляется фазометром 8. Аналоговый сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу, инвертируют и сравнивают с сигналом задания. Если сигнал на входе порогового блока 10 превышает заданный уровень, то на его выходе формируется сигнал разности. В прбтивном случае сигнал на выходе порогового блока 10 отсутствует.Блок 2 содержит . зад&ющий генератор, определяющий его выходную частоту. Сигнал разности, воздействуя на времязадающие цепи задающего генератора, изменяет его частоту в сторону повышения. При этом, пропорционально сигналу разности возрастает выходная частота инвертора 2, что позволяет поддерживать фазовый сдвиг неизменным. При отсутствии сигнала на выходе порогового блока 10 частота задающего генератора и выходная частота инвертора 2 неизменны. Наличие инвертирующего элемента 9 в цепи обратной связи позволяет ограничить, нижний предел изменения угла Cf . Уровень ограничения угла Q регулируется величиной сигнала задания в пороговом блоке 10. Использование предлагаемого спосо ба позволяет осуществить питание той же нагрузки от преобразователя меньшей мопрости, имеющего лучшие массогабаритные показатели, или, с другой стороны, при неизменной мощности преобразователя увеличить его нагрузочную способность.

//

-X,

а

Фиг,1

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ с удвоением частоты, нагруженным на последовательный колебательный контур, индуктивно связанный с одним или более колебательными контурами. заключающийся в том, что формируют и подают на инвертор импульсы управления заданной частоты, для снижения пиковых значений потребляемой мощности изменяют частоту импульсов, управления инвертора, отличающийся тем, что, с целью снижения установленной мощности силового оборудования инвертора, улучшений его мас:согабаритных показателей, формируют сигнал задания, определяют основные гармонические составляющие тока и напряжения инвертора, измеряют фазовый сдвиг между ними, формируют аналоговый сигнал, пропорциональный S фазовому сдвигу, инвертируют его, (Л результат t сравнивают с сигналом зас дания и при превышении инвертированным сигналом уровня сигнала задания изменяют выходную частоту инвертора пропорционально разности сравниваемых сигналов в сторону ее увеличения ел о