Способ управления двухфазным вентильным преобразователем Советский патент 1986 года по МПК H02M7/04 

10, если сигнал управления попадает в зону малых углов регулирования, вводится сигнал коррекции за счет выделения управляемого нулевого вентиля (НВ) 7, На выходе нуль-органа 3 вырабатывается импульс, поступающий через формирователь-распределитель 4 на основные вентили 5 и через узел 8 на ключ сброса 9 При изменении сигнала управления смещается момент включения НВ 7, увеличивая частоту корректировки среднего значения выходного напряжения, благодаря чему обеспечивается повышение быстродействия регулирования Управление НВ7 происходит через масштабньш усилиИзобретение относится к электротехнике, в ча.стности к управлению вентильными преобразователями.

Целью изобретения является повышение быстродействия регулирования, энергетических показателей и линеаризации статической характеристики вентильного преобразователя независимо от токового режима в нагрузке.

На фиг. 1 дана функциональная схема устройства управления j на фиг.. эпюрь напряженийJ поясняющие работу устройства управления.

Устройство управления содержит последовательно включенные однофазный выпрямитель 1, интегратор 2,1 с интегрирующим конденсатором 2,2, нуль-орган 3, формирователь-распределитель 4 импульсов, основны.е вентили 5} ЕЪ--нагрузку б, нулевой управляемый вентиль 7, узел 8 управления ключом сброса соединен с ключом 9 сброса, основной сумматор 10 подключен к выходу фиксирующего ключа 115 блок 12 памяти соединен с масштабным усилителем 13 и первым сумматором 14, второй сумматор 15 через нуль-орган 16 подключен к формирователю импульсов 17, третий, сум-- матор 18 соединен с диодом 19 (схема идеального диода).

Рассмотрим рабо ту двухфазного вентильного преобразователя с ЕЬ-на- грузкой и нулевым управляемым вентилем.

тель 13, который уменьшает зафиксированное значение сигнала управления 3 п раз. С 14 вычисляет дифферен- :циал сигнала управления в пределах каждого интервала вентильности в виде разности между текущим и зафиксированным значениями сигнала управления, С 15 вычитает из зафиксированного уменьшенного в п раз сигнала управления дифференциал, получая дополнительный сигнал управления (ДСУ), В момент равенства ДСУ с пилообразным сигналом нуль-органа 16 вырабатывает импульс на управление НВ 7 через формирователь импульсов 17. 2 ил.

Каяодая полуволна выпрямленного сетевого напряжения U, (фиг. 2а) с однофазного выпрямителя 1 поступает на вход интегратора 2.1, Сигнал U. интегрируется от начала каждого полупериода до угла включения основных вентилей d , соответствующего моменту равенства между напряжением Upvj на выходе интегратора и результирующим сигналом управления (фиг. 26), поступающим из основного сумматора 10, ве личина которого определяется следующим выражением:

и.. и - и,,

. рч

(1)

где - базовое напряжение; и - управляющий сигнал. Выпрямленное сетевое напряжение с выпрямителя 1 за полупериод сетевого напряжения изменяется по закону

Uj, k U sinJt,

(2)

а на вьпсоде интегратора 2 получают 25 напряжение

Uu kj )tdiai)t kU (f-cosui),

fn1

(3)

где k - коэффициент пропорциональности.

Если сигнал управления, не попадает в зону малых углов регулирования, то сигнал коррекции , который вводится в управление только

.3

при достаточно малых углах yL отсутствует.

Способ введения сигнала коррекции осуществляется следующим образом

В момент равенства Upy и U на выходе нуль-органа 3 вырабатывается импульс (фиг. 2в), который поступает через формирователь-распределитель 4 импульсов на управляющие электроды основных вентилей 5 и через узел 8 на ключ 9 сброса. Последний шунтирует интегрирующий конденсатор 2.2 с момента выработки управляющего импульса до конца текущего периода сетевого напряжения.

Среднее значение выходного напряжения Uj без учета угла коммутации для двухфазного вентильного преобразователя при заданном законе регулирования определяется следующим образом (фиг. 2):

,

- 1 ги

Ui - и sinutdjt -(cosoH-coscij

anJ fT4Т 1 /,

ot,W

Характер регулирования заключает- ся в том, что величина угла включения нулевого вентиля of определяется соотношением положительного ( Гс.Я) и отрицательного (Jn,i+ot,j) вольтсекундного интеграла выходного текущего напряжения Uj внутри временного интервала, определяемого углами с/. и (. (фиг. 2д) . Так как

L и(1 + coso): (5)

J7r,ot UJ1 - cos,), (6)

то предлагаемый закон регулирования определяется следующим выражением:

г .. 1 Г J,,Tr п JT, 4 +ota

или с учетом выражений (5) и (6)

- (1 + COSO/,) 1 - со Sol ,(7)

1

где - - постоянная величина ( ь

5, 6, 7...), значение которой выбирается с учетом получения желаемого закона регулирования и параметров нагрузки.

Величина н должна быть достаточной, чтобы обеспечить режим непрерывных токов в интервале Т ,1 + 0 , тогда используя выражение (7) получают

COSe(,

1

(1 + COSo(,)

5674

Подставляя выражение (8) в выражение (4) получают .

Ud

IL

ТУ

( 1)(1 --)(9)

В момент формирования импульса управления при U О

KUJ1 -cosoJ) иг,- и.(10)

Для выбора базового напряжения принимают во внимание выполнение следующих условий:

при и О (11)

необходимо UJ О (12)

Из выражения (9) с учетом равенства

(12) имеют

U()(.1-I),

что возможно только при

, - 1 (13)

Подставляя выражения (11) и (13) в выражение (10) получают

Uo 2 ки.(14)

Тогда с учетом выражений (14) и (10)

получают

kUjI ,- coso) - . (15) Откуда

(1 + cos о/,) « (16)

Подставляя выражение (16) в выражение (9) получают

1 тг k

0-1).

(17)

в этом случае среднее значение выходного напряжения вентильного преобразователя линейно зависит от величины сигнала управления.

Сигнал управления нулевым управляемым вентилем 7 формируют, исходя .из выражения 7, при зтом учитывают, что величина сигнала управления в момент включения основных вентилей Uyj пропорциональна значению вольт- секундного интеграла выходного текущего напряжения Uj на интервале . Тогда для обеспечения заданного закона регулирования по выражению (17) необходимо выполнение равенства

(8)

ч

(18)

где и - дополнительный сигнал управления, определяющий момент включения нулевого вентиля.

В случае, если сигнал управления у иэменяе тся, необходимо, смещать момент включения нулевого вентиля, увеличивая частоту корректировки среднего значения выходного напряжения (что эквивалентно повьппению пульсности силовой схемы преобразователя в 2 раза), тем самым обеспечивая повышение быстродействия регулирования выходного напряжения вентильного преобразователя, Тогда дополнительный сигнал управления нулевым вентилем определяется сле дующим соотношением:

и„,

1

у, -(Uyf- Uy, ),

(19)

где Uu4 текущее значение сигнала

Ji

управленияу

Uy| -и - дифференциал сигнала управления.

Сигнал управления формируют следующим образом: блок 12 через ключ 11 фиксирует величину сигнала управления в момент формирования каждого очередного импульса управления из системы фазового управления преобразователя Uyj . Масштабный усилитель 13 уменьшает зафиксированное значение сигнала управления в п раз Первый сумматор 14 вычисляет ди|||фе- ренциал сигнала управления в пределах каждого интервала вентильности в виде разности между текущим и зафиксирован значением сигнала управления. Второй сумматор 15 вычитает из зафиксированного уменьшенного в п раз сигнала управления дифференциал, получая таким образом дополнительный сигнал управления U,, . В момент равенства U, и U (фиг.2б) поступающего с интегратора 2.1, нуль-орган 16 вырабатывает импульс (фиг. 2г), который поступает через формирователь импульсов 17 на управление нулевого вентиля.

Если сигнал управления не изменяется, то дифференциал сигнала управления равен нулю. Получаемое прч этом выходное напряжение показано на фиг. 2д, а величина среднего значения выходного напряжения соответствует напряжению (17).

В случае, если сигнал управления

и изменяется (фиг. 2е)

i 0„

(20)

то в зависимости от характера изменения управляющего сигнала момент включения нулевого управляемого вен0 тиля 7 смещен. Если U, .изменяется в сторону увеличения среднего значения выходного напряжения, то момент включения нулевого управляемого вентиля 7 смещают, уменьшая значение

5 отрицательного (я,тг4.) вольтсекунд- ного интеграла выходного напряжения (фиг. ), Если Uy изменяется в сторону уменьшения среднего значения выходного напряжения, то момент

0 включения нулевого управляемого вентиля 7 смещают, увеличивая значение отрицательного (|,) вольтсекунд- ного интеграла выходного напряжения.

5 При применении предлагаемого способа управления двухфазным вентильным преобразователем в зоне малых углов управления угол с без дополнительных мероприятий может превысить

д угол pt , при этом будет нарушено заданное соотнощение положительного и отрицательного вольтсекундного интеграла выходного напряжения по выражению (7) (фиг. 2и), что приведет к искажению заданного закона регулирования по выражению (17). Для обеспечения нормального режима работы преобразователя по предлагаемому способу необходимо обеспечить выполнение условия (фиг. 2и)

0

. oi.

(21)

В зоне малых углов, когда дополнительный сигнал управления больше результирующего управляющего сигнала.

т.е.

UPV.

(22)

для выполнения условия (21) формируют сигнал коррекции в виде разнос- 0 ти этих сигналов

и,ор - рч

(23)

причем с учетом неравенства (22) 55 UKOP О-(24)

Выполнение неравенства (2А) обеспечивает диод 19 (схема идеального диода). С учетом выражения (23) в этом

случае суммарный сигнал управления основными вентилями определяют как

PV кор что соответствует

(25)

. .

(26)

где o((j- предельный минимальный угол включения основных вентилей.

Подавая сигнал коррекции в нуль-орган 3, смещают момент включения основных вентилей в сторону уменьшения -ВЫХОДНОГО напряжения (фиг. 2, 3, 4) до величины

Uj P-nS-Ccosoi -b Dd--). (27)

При этом способ немного теряет в диапазоне регулирования, что определя- 1

ется величиной - . п

Для определения предельного минимального угла включения основных вентилей заданном п используют выражения (7) и (26)

+ cos

-J 1 -cosck,.

или

; arccos

(28)

Угол cJ определяет получение максимально возможных значений положительного вольтсекундного интеграла Jut Т среднего выходного напряжения вентильного преобразователя (фиг. 2и).

Таким образом, предлагаемый способ управления двухфазным вентильным преобразователем с RL-нагрузкой и применением системы фазового управления с косинусоидальными развертками позволяет за счет введения нулевого управляемого вентиля с предлагаемым законом его управления повысить быстродействие регулирования выходного напряжения преобразователя, обеспечить высокий коэффициент мощности и линеаризацию статической характеристики вентильного преобразователя независимо от токового режима в нагру-зке. Применение предлагаемого способа в схемах возбуж,це- ния мощных электрических машин позволяет повысить точность их управления.

Формула -изобретения

Q Способ управления двухфазным вентильным преобразователем с RL-нагрузкой и включенным параллельно ей управляемым вентилем, заключающийся в том, что формируют пилообразный , сигнал, интегрируя каждую полуволну сетевого напряжения от ее начала до момента достижения пилообразным сигналом управляющегр сигнала, ран ного алгебраической сумме управляемого сигнала и сигнала, пропорционального амплитуде сетевого напряжения в указанный момент времени, формируют импульс управления вентилями преобразователя, от-личаюс щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия регулирования, энергетических показателей в линеаризации статической характеристики вентильного преобразователя независимо от токового режима в нагрузке, определяют момент включения управляемого вентиля в пределах каждого интервала вентильности преобразователя, для чего фиксируют управляющий сигнал в момент формирования каж5 дого очередного импульса управления, вычисляют дифференциал сигнала управления в пределах каждого интервала вентильности преобразователя в виде разности между текущим и зафиксированным значением управляющего сигнала, уменьшают зафиксированное значение сигнала управления в п раз и вычитают из него вычисленный дифференциал, получая таким образом

5 дополнительньй сигнал управления, . который сравнивают с пилообразным сигналом в момент равенства этих сигналов формируют очередной импульс управления для включения управляемого вентиля, сравнивают управляющий сигнал с дополнительным сигналом управления и при превышении последнего формируют сигнал коррекции в виде разности этих двух сигналов и при5 бавляют его к управляющему сигналу.

0

Ud

a

wt

Ctjf

(pue-Z

. Изобретение относится к электротехнике, в частности, к управлению вентильными преобразователями. Цель изобретения - повышение быстродействия регулирования, энергетических показателей и линеаризации статической хар-ки преобразователя независимо от токового режима в нагрузке. Способ заключается в том, что формируют пилообразньй сигнал, интегрируя каждую полуволну сетевого напряжения. При равенстве напряжения на выходе интегратора 2 и результирующего напряжения управления, поступающего из основного сумматора (С) I СО ю со СП 05

Составитель С,„Пузанов Редактор Т.Парфенова Техред Г.Гербер Корректор Г.Решетник

Заказ 2658/55 . Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г Ужгород, ул. Проектная, 4