Способ управления трехфазным мостовым преобразователем переменного тока в постоянный Советский патент 1987 года по МПК H02M7/162 

11282293

зобретение относится к электровефи на ле 5 ти пи не ро ни на от с 0

величины разности углов ц и на фиг. 4 - диграммы этих же токов и напряжений преобразователя при управлении с шестикратным включением вен- 5 тилей, соответствующие алгоритму отпирания вентилей, который остается неизменным на всем диапазоне регулирования, т.е. не зависит от значения разности углов Ф, и Ч , (эти углы на фиг. 4 равны 4 6°, а углы отпирания вентилей в соответствии с этим алгоритмом равны ос, 6 , 46°, о1з 86% 194, otg 234 , cLg 274, диаграммы на

fO

работающего в вьтрямительном режиме с отстающт.1 козсМжциентом сдвига KC- (У1 лы отпирания вентилей на фиг. 1 соотвстстнуют частным з;1аче- ниям углов 4, 36° и 2 18 ив соответствии с приведенаьши формулами равны ci.,- 36, . 26°, с -

25

228

0,

258

- - , .алгоритм отпира- ния вентилей на фиг. 1 соответствует случаю, когда разность углов ,,

18V II 30° );;на фиг. 2

технике и может быГь использовано для повышения энергетических показателей трехфазных мостовых управляемых выпрямителей и улучшения их динамических характеристик.

Целью изобретения является улучшение гармонического состава перв1-гч- ного тока и выпрямленного напряжения и повышение быстродействия регулирования. ) ,

На фиг. 1 приведены диаграммы токов вентилей и тока фазы А

питающей сети i.i , а также вьтрямлен- «г , / .

,. , - фиг. 4 соответствуют работе преобрапого напряжения Uj трехфазного мосто зователя в выпрямительном режиме с

вого преобразователя при управлении , , -

коэффициентом сдвига, равным едини- с четырехкратным включением вентттеи, . - гHej; на фиг. 5 - зависимость максимального коэффициента мощности К„„як 1 20 преобразователя при управлении по закону ч, г Ч от величины выпрямленного напряжения в относительных единицах для случаев (кривая 1) и (кривая 2); на фиг. 6 - завц- ст-1ости относительных значений ам- . плитуд гармоник первичного тока от . величины выпрямленного напряжения

при управлении с двукратным (q 2) .iвключением вентилей по закону М -, - f, 30 при котором К 1, а К К.(кри- вая 3 -показывает характер изменения амплитуды 5-й гармоники первичного тока в процессе регулирования выпрямленного напряжения, кривая 4- 35 7-й гармоншси, кривая гармоники, кривая 6- 13-й гармоники, а кривая 7 - 1-и гармоники; пунктирными линиями 8-11 изображены соответственно величины 5-й, 7-й, 1 1-й алгоритмом для этого значения разнос- 40 и 13-й гармоник первичного тока прети f, и Pi равны , У-. образователя при обычном и симметричном управлении вентилями - такому Згправленшо соответствует равенство углов ,и 4,j); на фиг. 7 - аналогич- 45 ные зависимости при управлении с че- тырех1Сратным () включением вентилей по закону Ч, на фиг. 8 - 3art висимости относительных амплитуд гар- МОНИК вьтрямленного напряжения от 50 величины его среднего значения при управлении с двукратным включением вентилей по закону Ч, - V.g (кривая 12 показьтает изменение 6-й гармоники выпрямленного напряжения, кривая 55 13- изменение 12-й гармоники, пунктирные линии 14 и 15 - изменение соответственно 6-й и 12-й гармоник выпрямленного напряжения при обычном симметричном управлении, т.е. при

2

диаграммы этих же токов и напряжений при управлении с четырехкратным включением вентилей для случая, когда выпрямитель работает в инверторном ре- с опережающим коэффициентом сдвига К(,, 1 (разность углов Ч,

-18

и

% -60 „равна в этом случае Ч , - Vj 42 - 30 , а углы отпирания вентилей в соответствии с

12 , 130% о( 240°); на фиг. 3 - диаграммтз этих же токов и напряжен1й при управлении с четырехкратным включением вент1«1ей при работе преобразователя в выпрямительном релсиме с коэффициентом сдвига К., Гэти диаграм1«а,1 соответствуют

-Q

частным значениям углов if - f.j- причем разность этих углов равна 18 - т.е. меньше 30°; углы отпирания вентилей в соответствии с алгоритмом для этого значения разности углов , и Ч г равны ciC, 9, d 99°, oL 20Г, 231, при этом диаграммы на фиг. 1-3 соответствуют управлению, с изменяющимся в процессе регулирования алгоритмом отпирания вентилей в зависимости от

величины разности углов ц и на фиг. 4 - диграммы этих же токов и напряжений преобразователя при управлении с шестикратным включением вен- тилей, соответствующие алгоритму отпирания вентилей, который остается неизменным на всем диапазоне регулирования, т.е. не зависит от значения разности углов Ф, и Ч , (эти углы на фиг. 4 равны 4 6°, а углы отпирания вентилей в соответствии с этим алгоритмом равны ос, 6 , 46°, о1з 86% 194, otg 234 , cLg 274, диаграммы на

, / .

3

9

i 2 аналогичные зависимости, соответствующие управлению с четырехкратным включением вентилей; на фиг. 10 - упрощенная функциональная схема системы управ- ления с шестикратным включением вен тилей преобразователя, реализующая алгоритм управления, по п. 1 фор- мулы изобретения (схема имеет два канала, так как в соответствии с реализуемым алгоритмом управления одновременно должны изменяться два угла - , и Ч ); на фиг, 1 1 - диаграммы выходных импульсов отдельных элементов схемы при реализации алго ритма управление по п. I формулы изобретения; на фиг. 12 - аналогичные диаграммы при реализации алгорима управления по п.2 формулы изобретения.

Система управления (фиг.10) содежит генератор 16 задающих U и синхронизирующих и импульсов, синхронизированных с напряжением питающей преобразователь сети, фазосдвигающи устройства (блоки задержки) 17 и 18 узел 19 сравнения фаз импульсов фаз сдвигающих устройств, 17 и 18, коммутатор 20 выходных импульсов.

Генератор 16 вырабатьшает непре- рьшную последовательность задающих импульсов и, следующих с 18 -крат- ной частотой (т.е. с частотой 900 Гц), а также последовательность синхронизирующих импульсов, следующих с частотой 50 Гц (синхронизирующие импульсы необходимы для фиксаци начала каждого нового периода). Серия задающих импульсов U-j на протяжении одного периода показана на фиг. 11, На выходах фазосдвигающих устройств I7 и 18 получаются такие же серии импульсов, но сдвинутые относительно задающих импульсов Ц соответственно на углы V и % (импуль сы Uq,, и и, .на .фиг. 11). Фазосдвигающие устройства 17 и 18 являются управляемыми, т.е. углы и 4 g. изменяются пропорционально изменени управляющего напряже ния U vj.

Импульсы с выходов фазосдвигающи устройств поступают на вход коммутатора 20, который распределяет их по шести выходным каналам, обозначенны на фиг. 10 номерами соответствующих силовых тиристоров преобразователя. Коммутатор 20 йредставляет собой дв распределителя импульсов, имеющих « общие выходные цепи.

1

3

В соответствии с алгоритмом управления по п. 1 формулы изобретения

при |Г/9 коммутатор 20 должен пропускать в канал управления, например тиристором VI, шесть импульсов, сдвинутых относительно момента естественного отпирания этого тиристора этот момент совпадает с началом отсчета на фиг. 11) соответственно на углы

и

Ч -f-C

1 Ч

рии U

Такие углы имеют соответственно 1-й, 5-й,и 6-й импульсы серии-U j,| 11й, 12-й и 13-й импульсы серии Ucpjjj. Следовательно, коммутатор 20 должен быть вьтолнен так, чтобы при

так,

i ТГ /9 он пропускал в канал VI именно эти импульсы - серия импульсов Uy) (фиг. 11).

При гМ.: канал ynpaB ie- ния тиристором VI также должны постуг- пать шесть импульсов, но уже с другими углами сдвига

рии U

t-й импульс - 1 / 2-й ,+ |;

2 |; . Ч ,-ьЭ1-.|

3-й 4-й

.

4,,л1.

lOg,

рии U

5-й 6-й

-Ы.,Ч „+Л +

5f ,

4,+15 |.

рии U

Такие углы сдвига имеют соответственно .-й, 2-й и 3-й импульсы cell -и, 15-й и 16-й импуль РЗЧ1

сы серии и,,,. Таким образом, как

только разность углов Ч - у превысит 20°, коммутатор 20 должен изменить характер функционирования и пропускать в канал VI уже другие импульсы - серии и,(на фиг. 11). Изменение характера функционирования коммутатора 20 осуществляется под воздействием выходного сигнала узла 19 сравнения фаЗ импульсов фазосдви- гающих устройств (фиг. 10). Такую перестройку работы коммутатора 20 можно осуществить, используя в нем к примеру не одну, а две пары распределителей, причем в зависимости от характера выходного сигнала узла

19 сравнения импульсы в выходные ка- наль пропускает то одна пара, то дру- . гая. ;5

Если при построении системы управления вентилями использ.овать алгоритм управления по п.2, формулы

изобретения, то импульсы, поступающие в канал VI , независимо от значе- Ю ния разности углов ., дол)1сны быть сдвинуты относительно момента естественного отпирания тиристора VI на углы

импульс -сО Ч 2 ; -cij ч,+2|;.

, +А |;

4,j+J

2ТГ 3

2Jr 3

.4|. ч,.

-ci.,

V,4..|

4-,+

.

-dg- f -lIT

ь8-,-Ы4|,.

Такие углы имеют (фиг. 12) 1-й, 3-й и 5-й импульсы серия 11-й, 13-й и 15-й импульсы серии мутатор 20 да.11жен пропускать в канал VI гП-тульсы серии Uvr (фиг. ) при любых значениях разности углов Ч , поэтому при реализации этого алгоритма узел 19 сравнения в схеме не нуден. При этом упрощается и схема Коммутатора 20, так как он н-е дол- .жен в процессе работы изменять характер функционирования.

Таким образом, использование алгоритма управления по п.2.формулы изобретения приводит к упрощению системы управления вентилями преобразователя.

Зависимости, изображенные на фиг. 5-9, рассчитаны по общим форму- .лам, полученным .в результате анализа работы трехфазного мостового пре- образователя при управлении с про- извольным значением четной кратности включения вентилей q. (в том числе и при ). Вьшрямленное напряжение в относительных единицах определяется по формуле

-: иг

где

и

do

Коэффициент мощности преобразова теля равен

К.

3

f

Ud

(3)

Ь 1(-4,) .

Максимальному значению коэффициента мощности соответствует управление по закону tf -Vj. При таком управлении и q- коэффициент мощности определяется следующим пре- дельньм выражением

К

- Г

-ffU

(4)

к макс

Амплитуды гармоник первичного то- .ка-в относительных единицах рассчи- тьшаются по формуле

lCK)i-o

JiLKira ,

(.

(5)

где 1 - ток нагрузки преобразователя;

V, .Id . i«

SinK.(чГ

Sin

COS

Ч , 4,

Sin

К. Л

тт

(6)

IL . 2

JT

KJt

2

sinкЗТ 3

Sifi К

м-.+ч.

,-%

TT )

3ih

3

кТт Э

(f)

к- - порядковый номер гармоники первичного тока ( ,5,7,1 I , 13 и т .д.). Амплитуды гармоник вьтряленного напряжений и относительных единицах рассчитываются по известным значениям коэффициентов по формуле

Uj,v

(6)

.и Ъ(7)

Olln

Udc.) 3 L

ТГЦ- - 2lT

а +

tvi

а f(b +bf

h4-1n-1

J

(8)

50

55

где n - порядковый номер гармоники выпрямленного напряжения (п 6,12, 18 и т.д.).

Из (фиг. 5) ви,цно, что коэффи- . циент мощности при - сомало отличается от его значения при и, следовательно, при любой другой четной j кратности включения вентилей.

Сравнениезaвиdимocтёй, изображенных на фиг. 6 и 7, показывает, что при q 4 амплитуды 5-й и 7-й гармоник первичного тока значительно

7 .

меньше, г а амплитуды П-й и 13-й гармоник больше, чем при g 2. Анализ показьшает, что при q 4 уменьшаются также амплитуда 17-й и 9-й, 29-й, 31-й и т.д. гармощ-пс, а возрастают a fflлитyды 23-и, 25-й 35-й, 37-й и т.д. гармоник. С повышением кратности включения вентилей q. снижаются амплитуды у все большей части гармоник низших порядков. Так при сниженными оказьюаются амплитуды не только 5-й и 7-й гармоник, но также и 11-й и 13-й.

Как известно, размеры и вес резонансных фильтров высших гармоник снижайтся с увеличением их частоты или кратности последней по отношению к частоте основной гармоники). С повьшением кратности включения вентилей резонансные фильтры должны настраиваться на все более высокие частоты, благодаря чему их размеры и вес будут снижаться.

Сравнение зависимостей на фиг. 8 и 9 показьгоает, что повьппение кратности включения вентилей оказывает на амплитудный спектр гармоник выпрямленного напряжения такое же влияние, что К на амплитудный спектр гармоник первичного тока: при a mлитyдa 6-й гармоники выпрямленного напряжения значительно меньше, а амплитуда 12-й гармоники больше, чем при . Если нагрузка преобразователя является активно-индуктивной (например, нагрузкой является электродвигатель), то такая нагрузка, как известно, обладает естественными фильтрующими свойствами, улучшающимися с повьш1ением частоты гармоник. Поэтому можно сделать вывод, что повышение кратности включения вентилей, сопровождающееся снижением амплитуд пармоник выпрямленного напряжения низших порядков при одновременном ув еличении амплитуд гармоник высоких порядков, приводит к улучшению гармонического состава выпрямленного напряжения.

Вполне очевидно, что с повьш1ени- ем кратности включения вентилей З еньшается время запаздьшания реакции преобразователя на изменение управляющего воздействия, т.е. повышается быстродействие регулирования

При управлении с четной кратнос тью включения вентилей (,10, 1

И т.д.) делесообразнее- использовать

Ш

82293 8

алгоритм отпирания вентилей, который остается неизменным при изменении разности углов ,(фиг. 4), поскольку упрощению алгоритму соответ- 5 ствует и упрощение системы управления вентилями.

TaKJM образом, использование пред- лагаемых алгоритмов отпирания вентилей трехфазного мостового преобразователя позволяет улучшить гармонический состав первичного тока и выпрямленного напряжения, повысить быстродействие регулирования,и упрос тить систему управления вентилями.

Г5 -

Формула изобре т .е н и я

1. Способ управления трехфазным мостовым преобразователем переменного тока в постоянный путем принуди- 20 тельного многократного включения ка.ж- дого вентиля в течение периода напряжения сети, отли.чающийся тем, что, с целью улучшения гармони ческого состава первичного тока и 25 вьтрямленного напряжения и повышения быстродействия регулирования, каждый .вентиль преобразователя включается в течение периода,напряжения сети четное число 4, 6, 8, 10.и т.д. раз, 30 при этом первое отпиоание вентиля осуществляется с углов of if, диапазон изменения которого произволен, второе и последующие до с}./2 включительно отпирания осуществляются с углами

35 о, Ч-, 1 +( -0

., q/2, ... :. . . отпираний осуществля где J 2,3,. остальные q/2

ются с

0

углами

2аг

+ J

2 3q

где

(2 ), (5,,

.

при условии, что разность углов Y, и

W изменяется в диапазоне 2

,-% II ,

а при изменении разности этих углов

в диапазоне

2Ji : 4 ir - - Ч Зс - 1 2 Ъс

первые /2 отпираний осуществляются с углами

о 3т

.-(-)

где J 1,2,.,,, , следующее отпирание осуществляется с углом

)

. П . -

9 ; , . 1282293 а остальные отпирания осуществляются с углами

,-t-Jr + J

. all

гтде

J ( ), (3),....Ч

2, Способ по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью упрощения системы управления, при четной кратности включения вентилей f), 6, 10, 14 и т.д. Лервый /2 отпираний каждого вентиля осуществляются с уг- лами

10

Ji

d,(J-i)YT

где J 1,2,..., cj/2,

a остальные отпирания - с углами

2

,(1-2)

AT

i 3 - Зс

где

J(f + iK (| - 2),...,(},,

причем угол Ч, может изменяться в произвольном диапазоне, а диапазон изменения угла Ч ограничен услови- о,.,-....

J,V/m

O.i

0 0.2 ff. ff.S ff.8 1,0 Фиг.7

Vci%Jm

1.0 0.8 0.6 ОЛ 0.2

I I I IV I I I I IV Q.i 6 -0.6 0.8 1.0

г.8

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повьппения энергетических показателей управляемых вьтрямителей и улучшения их динамических характеристик. Целью изобретения является i улучшение гармонического состава первичного тока и выпрямленного напряжения преобразователя, повьшхение быстродействия регулирования и упрощение системы управления вентилями. Эта цель достигается использованием предлагаемых алгоритмов отпирания вентилей преобразователя при включе- нии их с любым четным числом-раз в течение периода напряжения сети; Такое управление вентилями обеспечивает снижение амплитуд низших гармоник первичного тока и вьтрямленного напряжения за счет увеличения амплитуд гармоник более высокого порядка, которые легче фильтруются. Повышение кратности принудительного включения вентилей приводит также к снижению времени реакции преобразователя на .изменение упрайляюще го воздействия, т.е. к повьш1ению быстродействия при регулировании вьтрямленного напряжения. 1 з.п. ф-лы, 12 ил. (Л

« Vci(n)m

0 0.2 Й 0.6 0.8 1.0 . Фиг.9

Ugayr

К

Ue Us

го

.Y1

.vt

V3 K

vs У6

Редактор В. Данко

Составитель Е. Мельникова

Техред В.КадарКорректор И. Муска

Заказ 7283/56 Тираж 661Подписное

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