Способ управления мостовым вентильным преобразователем Советский патент 1987 года по МПК H02M7/72 

113

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к способам управления мостовым преобразователем, которьй оснащен управляемыми вентилями и может работать в качестве вьтрямителя и ведомого сетью инвертора.

Цель изобретения - повышение ко- -эффициёнта мощности преобразователя.

На фиг. 1 показана схема одномос- тового преобразователяJ на фиг. 2 и .3 - эпюры напряжений и токов при работе одномостового преобразователя сЪответственно в режиме вьтрямления и инвертирования-, на фиг. 4 - структурная схема системы управления, реализующей предлагаемый способ для одномостового преобразователяj на фиг. 5 - расчетная схема четырехмостового преобразователя на фиг. 6 - эпюры напряжений при работе четырехмостового преобразователяi на фиг. 7 - структурная схема системы управления реализующей предлагаемый способ для четырехмостового преобразователя; на фиг. 8 - структурная схема системы управления, реализ ующей предлагаемый способ в. соответствии с п. 3 формулы изобретения. .

Трехфазный мостовой преобразователь (фиг. 1а) образован вентилями 1-6, которые присоединены непосредственно иди через трансформатор к сети переменного тока. На стороне переменного тока преобразователя действуют фазные ЭДС 7 (е„ , s, е) и индуктивности 8 (L..) . На стороне постоянного тока преобразователя между его полюсами включены последовательно источник 9 постоянной ЭДС (е) и реактор 10 индуктивностью L. Источником 9 ЭДС может быть машина постоянного тока, выполняющая функцию двигателя при работе преобразователя в режиме вьmpя meния или генератора при работе преобразователя в режиме инвертирования. Кроме того, в качестве источника 9 ЭДС могут быть использованы преобразователь передачи или вставки постоянного тока, аккумуляторная или конденсаторная батарея. На фиг. 16 показаны схема включения конденсаторной батареи 11 вместо источника 9 ЭДС. При работе преобразователя в качестве выпрямителя включены, например, разъединители 12 и 13 и происходит заряд конденсаторов емкостного накопителя энергии. Дпя вьщачи накопленной энер2

гии в сеть переменного тока разъединители 12 и 13 размыкаются, включаются разъединители 14 и 15, а преобра-,. зователь изменением фаз импульсов

управления (изменением углов регулирования) переводится в инверторный режим.

На фиг. 2 и 3 показаны изменяющиеся во времени кривые ЭДС, напряжения

токов и импульсов управления, а именно относительно оси 0 - трехфазная система ЭДС, ес,е, PC относительно оси Oj - импульсы управления, отпирающие четные вентили (индексы при

импульсах соответствуют позициям вентилей на фиг. 1а), относительно оси Oj - импульсы управления, отпирающие нечетные вентили, относительно оси 0 - токи вентилей (токи четных вентилей показаны над осью, а нечетных - под осью: пунктирными линиями показаны уровни уставок максимального и минимального токов)5 относительно оси Oj - вьтрямленное напряжение Uj и ЭДС

е источника 9 ЭДС

На фиг. 4 показана структурная схема системы управления, содержащей блок 16 сравнения, снабженный переключателем 17 рода работы. Два выхода

блока 16 сравнения подключены к управляющим входам блоков 18 и 19 управления тиристорами 1,3, 5 и 2, Л, 6 соответственно, и к запирающим входам этих блоков, причем к одломУ из

НИХ,, например 19, через блок 20 задержки по времени. Величина постоянного, тока определяется датчиком 21, выполненным,, например, в виде трансформатора постоянного тока. Блок- 16

сравнения содержит элементы 22 и 23 сравнения с уставками ..и соот;ветственно. Выходы элементов уставок подключены к переключателю 17 непосредственно или через инверторы

24и 25, Один из выходов переключателя 17 подключен к одному входу D- триггера 26 непосредственно, а гой - через логический элемент НЕ 27. Выходы D-триггера 26 являются выходами блока 16 срав«ения.

В режиме выпрямления при токе, меньшем обоих уставок-, сигнал от логического элемента НЕ 27 переводит D-триггер 26 в состояние, при которо,м подается сигнал управления на блоки 18 и 19 управления и преобразователь работает в нормальном режиме. По мере роста тока при превьшении

его величины I..

входной сигнал на

3 13176234

D-триггере пропадает, он остается в О, при котором коэффициент мощпрежнем положении, работа схемы не изменяется. При увеличении тока 1 вьше ,д(. появляется сигнал на другом входе D-триггера 26, пропадает сигнал на его управляющем выходе и появляется сигнал на запирающем выходе, который блокирует импульсы блоков 18 и 19 управления,-причем за счет введения блока 20 задержки за-fo И пирание импульсов одной из групп тиристоров, а именно 2, 4, 6, происходит со сдвигом на один интервал повторяемости, что и приводит к рабоности преобразователя имеет наибол шее возможное значение. Процесс по казан начиная с некоторого момента времени, когда при нормальном режи ме работы выпрямителя происходит н растание постоянного тока ij, причем значение этого тока находится между значениями токов уставок 1у

умякс Нарастание тока происходи потому, 4ToUc(-e., постоянная врем ни нарастания определяется отношен ем L к L-..

Разность и .g воспринимается

Разность и .g воспринимается

те преобразователя в режиме горения 15 реактором 10.

вентилей одной фазы. После этого ток , в момент t, ток i достигает значения тока I и в результате этоI начинает снижаться и при уменьшении его ниже величины ,,„„„ опять появляется сигнал на выходе элемента, после чего цикл повторяется. 20

В режиме инвертирования процесс повторяется в обратном порядке. Для того, чтобы согласовать полярность напряжения элементов 22 и 23 сравнения в обоих режимах переключателем 17 25 пы вентилей), в другой группе им- в цепь их выходных цепей введены ин- пульсов блокировка производится с за- вертрры 24 и 25.держкой на один очередной импульс

Если преобразователь работает толь-, ко в режиме инвертирования, перевод

го подается команда на переход к однофазному режиму, которая вьтолня- ется следующим образом (см. импульсы на осях 0 и Oj): блокируется очередной после t импульс (на фиг. 2 импульс 5) и все импульсы его группы (на фиг. 2 импульсы нечетной груп(на фиг. 2 четные импульсы блокиру- :Ются не сразу, а после возникновения

его в режим однофазного опрокидывания зо очередного в этой группе импульса 6).

может осуществляться простым открыванием вентилей тех фаз, в которых уже имеются проводящие вентили. Схема управления дпя этого случая представлена на фиг. 8. Дополнительно к указанным элементам в нее введен - блок 28 одноразовых импульсов, формирующий одиночные импульсы длительностью 60° для мостовой схемы. Эти импульсы подаются на все тиристоры 1-6 преобразователя одновременно с подачей запирающего напряжения на блоки 18 и 19 управления. При подаче управляющего напряжения на блоки 18 и 19 управления одновременно, подает- ся сигнал на приведение блока 28 в рабочее положение.

Блок 28 одноразовых импульсов может быть выполнен, например, в виде емкостного накопителя, снабженного зарядным устройством и устройством срабатывания.

Эпюры на .фиг. 2 иллюстрируют работу преобразователя в режиме выпрямления и постепенный рост встречной ЭДС е источника 9 ЭДС (например процесс заряда конденсаторной батареи 11). Вентили 1-6 отпираются импульсами с углом регулирования d

И

ности преобразователя имеет наибольшее возможное значение. Процесс показан начиная с некоторого момента времени, когда при нормальном режиме работы выпрямителя происходит нарастание постоянного тока ij, причем значение этого тока находится между значениями токов уставок

умякс Нарастание тока происходит потому, 4ToUc(-e., постоянная времени нарастания определяется отношением L к L-..

Разность и .g воспринимается

реактором 10.

пы вентилей), в другой группе им- пульсов блокировка производится с за- держкой на один очередной импульс

го подается команда на переход к однофазному режиму, которая вьтолня- ется следующим образом (см. импульсы на осях 0 и Oj): блокируется очередной после t импульс (на фиг. 2 импульс 5) и все импульсы его группы (на фиг. 2 импульсы нечетной груп(на фиг. 2 четные импульсы блокиру- :Ются не сразу, а после возникновения

5

0

5

0

5

В результате этого ток продолжает проходить через вентиль 3, в момент t возникает коммутация тока с вентиля 4 на вентиль 6 и после ее окончания начинается однофазный режим: ток i проходит через вентили 3 и 6, присоединенные к одной фазе на стороне переменного тока, в данном примере к фазе С..

В однофазном режиме ток LJ спадает с постоянной вермени , где R - активное сопротивление реактора 10, двух вентилей и других элементов цепи. Б случае использования конденсаторной батареи 11 электромагнитная энергия реактора 10 переходит в энер- .гию конденсаторов 11 и значение е продолжает нарастать. В момент t ток снижается до величины „„„ и в результате этого подается команда на возобновление формирования и подачи на вентили 1-6 импульсов управления по-прежнему с минимальным углом регулирования. Восстанавливается нормальный режим работы преобразователя, выпрямленное напряжение становится больше ЭДС е вследствие.чего ток i снова нарастает. Продолжается за5,13

ряд конденсаторной батареи 11 (увеличение с ) .

После того, как ток i станет равным 1„;.,кс описанный процесс повторяется. При заряде емкостного накопителя 11 процесс заканчивается, когда- ЭДС е становится равной максимальным значениям выпрямленного напряже- ,ния, а ток i спадает до нуля.

Эпюры на фиг. 3 иллюстрируют работу мостового преобразователя в ин- верторном режиме. Пусть на стороне постоянного тока в качестве источника ЭДС е включен заряженньй конденсатор 11 и процесс заключается в пе- редаче его энергии через инвертор в сеть переменного тока. Конденсатор 11 постепенно разряжается и соответственно с этим уменьшается i. Вентили 1-6 инвертора могут отпираться с постоянным углом опережения В, значение которого выбирают возможно меньшим, но таким, чтобы коммутация наиболыцих токов, близких к 1„„,с, проходила успешно. Улучшение коэффициента мощности достигается, если инвертор снабжен регулятором угла погасания, который изменяет угол опережения так, чтобы при всех значения тока угол погасания был возможно минимальным.

Процесс на фиг. 3 показан начиная с некоторого момента времени, когда при нормальном режиме работы инвертора происходит спадание тока , причем его значение находится между значениями токов уставок 1„а. и IMUU Уменьшение тока происходит пот

Л И Н

му, что встречное напряжение инвертора Utjl больше ЭДС конденсатора 1 (е). Разность компенсируется ЭДС, возникающей на реакторе 10 при уменьшении -тока. В момент t ток становится равным току уставки „,„ и в результате этого подается команда на переход к однофазному режиму. Такой переход можно осуществить так же, как при работе преобразователя в режиме выпрямления. В результате начиная с момента t встречное напряжение инвертора U О, ток пропускают вентили 5 и 2, присоединенные на стороне переменного тока к фазе а , В режиме инвертирования к однофазному режиму можно перейти преждевременным отпиранием такого вентиля, который принадлежит той же фазе, что и проводящий в данном промежутке

36

времени один из двух вентилей, и последующей блокировкой всех импульсов. Так, сразу после момента t (фиг. 5) можно преждевременно подать импульс на вентиль 5 и затем заблокировать все импульсы. Ток переходит с вентиля 3 на вентиль 5, и однофазньш режим с проводящими вентилями 5 и 2 начинается еще до момента tj .

В однофазном режиме ток под действием ЭДС е начинает нарастать, часть энергии конденсатора 11 переходит в электромагнитную энергию реактора 10. В момент t ток достигает значения тока установки . и в результате этого подается команда на возобновление формирования и подачи на вентили 1-6 импульсов управления по-прежнему с минимально допустимым углом опережения В. Восстанавливается нормальный режим работы преобразователя, опять 7 е1 ток уменьшается, продолжается пере- . дача энергии от конденсатора 11 в

сеть переменного тока.

После того, как ток i станет равным -f, описанный процесс повторяется. Процесс заканчивается при полном разряде конденсатора 11.

Таким образом, применение предлагаемого способа управления мостовым преобразователем позволяет осуществлять его работу как в режиме выпрямления, так и в инверторном режиме, при широком изменении величины ЭДС источника стороны постоянного тока, поддерживать ток в заданных пределах и обеспечивать высокое значение коэффициента мощности.

Однако при использовании предлагаемого способа управления возникает неравномерность потребления мощности в режиме выпрямления и выдачи мощности в режиме инвертирования. Отрицательное влияние этого недостатка на сеть переменного тока можно уменьшить подключением к сети параллельно двух Ш1И больше преобразователей, работающих со сдвигом во времени промежутКОВ нормальной работы. Кроме того, можно использовать многомостовой каскадный преобразователь, например, по схеме фиг. 5.

Работа такого преобразователя в

режиме выпрямления поясняется графиком на фиг. 6, ось Oj, а в режиме инвертирования - графиком на фиг. 6, ось Оу. ЭДС е источника 9 ЭДС при работе в режиме вьшрямления возрастает, а при работе в инверторном режиме снижается (например, в результате заряда и разряда конденсаторов емкостного накопителя энергии), Изменение выпрямленного напряжения Uj показано в первом приближеннии как изменение его постоянной составляющей.

Структурная схема управления для четырех мостов представлена на фиг.7 Схема управления мостом 1М не отличается от схемы фиг. 4. Остальные мосты 2М-4М имеют блоки 29-31 сравнения блоки 32-37 управления и блоки 38-40 задержки по времени. Схема их соединения не отличается от схемы фиг, 4. Однако так как эти мосты переводятся из однофазного режима в нормальный не по сигналу тока, а по сигналу напряжения, то входной сигна напряжения на конденсаторе 11 сравнивается в блоках 29-31 сравнения с уставками напряжения 1/4 U, 1/211, и ,j| соответственно для мостов 2М, ЗМ и 4м. Величина напряжения на емкостном накопителе 11 определяется датчиком 41 напряжения, выполненным, например, в виде делителя. Для перевода мостов 2М-4М в однофазный режим в начале процесса заряда емкостного накопителя 11 сигналы на блоки 32- 37 управления подаются от одного блока 42 сравнения при напряжении, поступающем с датчика 41 напряжения меньшем /W. Блоки 29-31 сравнения подсоединяются к управляющим входам блоков 32-37 управления непосредственно, а к запирающим - через логические элементы НЕ.

При работе в режиме выпрямления (фиг. 6, ось 0) в моменты tj, tj, t4 в соответствии с ростом ЭДС е происходит ввод по одному мосту, который до этого находился в однофазном режиме. Предлагаемое управление с чередованием нормального и однофаз- ного режимов в течение всего процесса нарастания осуществляется на одно из работающих мостов 1М-4М. Так, в .промежутке в управляемом режиме

может быть мост Ш или 2М и соответственно в нормальном режиме - мост 2М или IMi мосты ЗМ и 4м в этом промежутке времени находятся в однофазном режиме. Один из возмюжньгк способов управления сос.тоит в том, что для управления выбирается один мост, например 1М, а остальные мосты в зависимости от необходимого уровня выпрямленного напряжения находятся в нормальном или однофазном режиме.

При пуске вьшрямителя в момент Ц на мостах 2М, ЗМ, 4М импульсами управления отпираются только по два вентиля одной фазы. Для перевода в последующем моста из однофазного режима в нормальный подаются импульсы управления на все его вентили.

При работе в режиме инвертирования (фиг. 6, ось Oj) в моменты t , tj , t в соответствии со снижением ЭДС е происхрдит вывод по одному мосту (перевод из нормального режима

в однофазный) . Предлагаемое управление с чередованием нормального и однофазного режимов в течение всего процесса снижения е осуществляется на одном из работающих мостов.

Как видно из графиков, при использовании многомостового каскадного преобразователя значительно уменьшаются колебания выпрямленного напряжения (в соответствии с числом мостов). Кроме того, можно уменьшить диапазон изменения тока, сократить разность

уставок « уменьшается разность , возникающая при управлении одним мостов из нескольких, включенных последовательно, Б результате при переходе от одномосто- вого преобразователя к многомостовому значительно снижается отрицательное влияние способа управления

на сеть переменного тока, связанное с неравномерностью потребления или вьщачи мощности.

Ф ормула изобретения

40

1. Способ управления мостовым вентильным преобразователем, заключающийся в том, что задают максимальную величину уставки токау измеряют величину постоянного тока, сравнивают ее с заданной уставкой тока, формируют импульсы управления вентилями Преобразователя и отпирают их с нормальным чередованием фаз, о т л и чающийся тем, что, с целью повьшения коэффициента мощности, задают минимальную величину уставки тока, сравнивают ее с измеренной величиной постоянного тока, при пре,вышении величиной постоянного тока максимальной величины уставки тока в выпрямитеохьном режиме и при ее снижении ниже минимальной величины уставки в инверторном режиме отпирают два вентиля одной фазы преобразователя, после чего запрещают отпирание всех вентилей, при снижении величины постоянного тока ниже минимальной величины уставки тока в выпрямительном режиме и при превышении его максимальной величины уставки тока в инверторном решше снимают Запрет на отпирание вентилей.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для отпирания

двух вентилей одной фазы преобразова- тгшя фиксируют открытый вентиль и запрещают отпирание следующего вентиля преобразователя.

3. Способ поп, 1, отличающийся тем, что для отпирания двух вентилей одной фазы преобразователя в инверторном режиме фиксируют фазы, первые вентили которых открыты, и отпирают второй вентиль в одной из указанных фаз.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления выпрямителями и ведомыми инверторами. Целью изобретения является повышение коэффициента мощности преобразователя. Применение данного способа управления позволяет осуществлять как управление вьтрямитепями, так и ведомыми сетью инверторами при широком изменении величины ЭДС источника постоянного тока, поддерживать ток в заданных пределах за счет того, что при превьшении величиной постоянного тока максимальной величины уйтавки тока в выпрямительном режиме и .при ее снижении ниже минимальной величины в инверторном режиме отпирают два вентиля одной фазы преобразователя, после чего запрещают отпирание всех. вентилей. В случае снижения величины постоянного тока ниже минимальной величины уставки тока в вьтрямитель- ном режиме и при превышении его максимальной величины уставки тока в инверторном режиме снимают запрет на отпирание вентилей. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.. (/) СО ч О) ю ОЭ

а

V

Фиг.1

So e. e.

c(0

Л 6 г

JLZ

ILI

S JbL

J Is

qJUZ.Z

/ ts

0,

1 t, и

S c o ( fe

Фиг.З

/// л

фиг. 5

Vd

1M /r

mfHT

iftftrc

in.ZM

Iftftft

Iftftftr

}м,гн,:зн

ffi.zM

Jfl.UH

IMrtrL

CPU г. Б

1мгмзм,

ри ТТ т; II II ( р I

rT H rV4 H4i%4T1

II I I I.| I J -У

у/Ул/r

Z2 fj(x)4

.(иг.В

Составитель В.Миронов Редактор А.Огар Техред В.Кадар

2432/53 Тираж 660

ВШШПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская Haj5., д. 4/5

Коррект Подпис

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

Корректор Л.Пилипенко Подписное