Способ регулирования тока нагрузки вентильного преобразователя Советский патент 1987 года по МПК H02M7/12 

19 и блок 20 перемножения. Т.о., формование опорных сигналои д;|я вентилей происходит так, чтобы прогнозировать вариации напряжения сети и

1

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для управления силовыми статическими вентильными преобразователями.

Цель изобретения - повьпшение точности регулирования тока при вариациях напряжения питающей сети и про- тиво-ЭДС нагрузки.

На фиг, 1 приведена функциональ- ная схема устройства, реализующего предлагаемый способ регулирования тока нагрузки вентильного преобразователя} на фиг, 2 - пример выполнения преобразователя по трёхфазной нулево схеме; на фиг, 3 - диаграммы, поясняющие работу указанного устройства; на фиг. 4 и 5 - варианты возможных схем функциональных преобразователей; на фиг, 6 - диаграмма изменения во-времени ЭДС двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в стационарном режиме прерывистого ток

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит датчик напряже- НИИ сети (ДН) 1-3, сумматоры 4-6, интеграторы 7-9 со сбросом по числу вентилей преобразователя, блок управления сбросом интеграторов (БУС) 10, два коммутатора аналоговых сигналов (КС) 11 и 12 с числом каналов, равным числу вентилей, блок ограничения углов управления (БОУ) 13, компаратор 14 с суммирующими входами, источник задающего сигнала (ИЗС) 15,датчик ЭДС нагрузки (ДЭ) 16, датчик состояния вентилей (ДСВ) 17, первый и второй функциональные преобразователи (ФП) 18 и 19, а также блок перемножения (БП) 20 и распределитель импуль- сов (РИ) 21,

Входы ДН 3 соединены с источниками сетевых напряжений, а их выходы подключены к соответствующим входам сумматоров А-6, входам БУС 10, КС 12 и входам БОУ 3, ДН могут быть выполнены, например. по схеме усилителя

противо-ЭДО нагругчки и с упреждением учитывать их Т1ри | )пределениу( фазы отпирающего импульса очередного вентиля, 6 ил.

с оптроиной развязкой, Бходь сброса интеграторов 7-9 подключены к выходам БУС 10, и их выходы соединены с входами коммутатора КС t1, Коммутаторы II и 12 можно выполнить, например5 на микросхемах аналоговых ключей типа 284КН1, БУС 10 в данном случае состоит из трех каналов, каждый из которых может иметь сумматор, фильтр первой гармоники питающей сети, выполненный, например, по схеме полосового фильтра, и формирователь импульсов сброса, выполненный, нахТример, на интегральной микросхеме одновибра- тора типа 155АГ1, Входы управления ключами коммутаторов 11 и 12, а также соответствующие входы БОУ 13 подключены к вторым выходам РИ 21, первые выходы которого соединены с управляющими электродами вентилей преобразователя. Причем входы управления ключа КС I1, коммутирующего опорный сигнал для данного вентиля, и ключа КС

12,коммутирующего сигнал напряжения питающей сети, действующий в анодной цепи предыдущего вентиля, соединены с одним и тем же выходом РИ 21. Распределитель импульсов 21 может быть выполнен, например, путем последовательного соединения счетчика и дещиф- ратора. Сигналы РИ, управляющие работой ключей КС 11 и КС 12, поступают с выходов дещифратора, а импульсы управления вентилями формируются элв ментами И по числу вентилей, первые входы которых соединены с выходом БОУ

13,а вторые входы подключены к соответствующим выходам дещифратора. Выход КС 11 соединен с вторым суммирующим входом компаратора 14, выход которого соединен с входом БОУ 13, Выход КС 12 подключен к входу БОУ 13 и через ФП 19 - к второму суммирующему входу компаратора 14, Выход источника задающего сигнала, в качестве которого может быть использован любой регулируемый источник

напряжения, соединен с первым суммирующим входом компаратора 14, к которому также подключен выход ДЭ 16, соединенный, кроме того, с входом БОУ 13 и первым входом БП 20, В качестве ДЭ можно использовать тахо- генератор постоянного . тока, а БП может быть выполнен на микросхеме аналогового перемножителя. К второму входу БП 20 подключен выход ФП 18, а выход указанного блока соединен с вторым суммирующим входом компаратора 14. Выход дев 17, подключен к одному из управляющих входов ФП 18 и 19, к другим управляющим входам которых подключен выход БОУ 13, соединенный с входом РИ 21,

Функциональный преобразователь 18 (фиг. ) может быть выполнен по схе25

ме, приведенной на фиг, 4 и содержа- 20 жениям фаз питающей сети, с выходов щей источник постоянного напряжения смещения (ИС) 22, интегратор 23 со сбросом и элемент ИЛИ 24, Выход ИС 22 подключен к входу интегратора 23, выход которого является выходом ФП 18, Вход управления сбросом интегратора 23 подключен к выходу элемента ИЛИ 24, входы которого соединены с выходами дев 17 и БОУ 13 (фиг, 1).

Функциональный преобразователь 19 JQ (фиг. 1) может быть выполнен по схе- |ме, приведенной на фиг. 5 и содержащей интегратор 25 со сбросом и элемент ИЛИ 26, причем вход интегратора соединен с выходом КС 12 (фиг. 1), а его выход является выходом ФП 19. Вход управления сбросом индикатора 25 соединен с выходом элемента ИЛИ 26, входы которого соединены с выходами дев 17 и БОУ 13 (фиг.1).

Способ регулирования тока нагрузки вентильного преобразователя можно уяснить, рассмотрев работу устройства, функциональная схема которого приведена на фиг. 1, Временные диаграммы, поясняющие его работу, приведены на фиг. 3, где е, е, еь - напряжения фаз питающей сети; Ujji,(6) выходное напряжение преобразователя;

) UBk,j(6) и Ujviirp -опорные сигналы вентилей для режима непрерыв ного тока; S, БО и - импульсы сброса интеграторов на выходе БУС 10 (фиг. 1); Uj - опорный сигнал режима непрерьшного тока очередного

вентиля на выходе КС 11 (фиг. 1); .f-, напряжение питающей сети пре- дыдущего (n-l)-To вентиля на вьпсоде. КС 12 (фиг. 1); Uv сигналы на

ДН 1-3 через сумматоры 4-6 поступаю на входы соответствующих интегратор 7-9 (фиг. 1). На выходе интеграторЬ формируются опорные сигналы вентил для режима непрерывного тока (фиг.З б). Моменты установки нулевых начальных условий интеграторов определяются временным положением импульсов Spy, , Sjj, формируемых БУС 10 (фиг. 36) в моменты перехода через ноль первой гармоники суммы напряжений сети, поступающих на вход соответствующего интегратора, при углах управления данного вен тиля at F, Выходные сигналы интеграторов поступают на ключи коммутатора КС 11, которые управляются стробами РИ 21 8„, Sj, Sc (фиг. 1). Указанные стробы вырабатываются в соответствии с порядком работы вентилей так, что на интервале формирования опорного сигнала очередного вентиля вплоть до генерации его импуЛьса управления со ответствующий строб равен логической единице. При этом замыкается ключ КС 11, управляющийся этим стробом. Так, например, при формировании опорного сигнала вентиля, включенного на сете вое напряжение е, (фиг. 2), , yj а . Очевидно тогда ., т.е. на выходе КС 11 сигнал Ujn в каж дый момент времени равен опорному на пряжению режима непрерывного тока очередного вентиля (фиг. Зв).

Аналогично .коммутатором КС 12 (фиг, 1) из сигналов ДН 1-3 формиру ется сигнал е(„.), пропорциональный ц каждый момент времени напряжению сети действующему в анодной цепи вен35

40

45

55

выходах ФП 19 и 18 (фиг, 1); ё - сигнал, пропорциональный ЭДС нагрузки на выходе ДЭ 16 (фиг, 1); третья составляющая опорного сигнала

очередного п-го вентиля на выходе БП 20 (фиг, 1); U(,p и U,, - результирующий опорный сигнал и сигнал управления на суммирующих входах компаратора 14 (фиг, 1); ut и л импульсы управления на выходы БОУ 13 и сигнал дев 17 (фиг, 1),

Приведенными диаграммами иллюстрируется работа вентильного преобразователя на якорь двигателя постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТ) Б- стационарном режиме прерывного тока (Uj const) при синусоидальных напряжениях питающей сети.

Сигналы, пропорциональные напря5

0 жениям фаз питающей сети, с выходов

Q

ДН 1-3 через сумматоры 4-6 поступают на входы соответствующих интеграторов 7-9 (фиг. 1). На выходе интеграторЬв формируются опорные сигналы вентилей- для режима непрерывного тока (фиг.За, б). Моменты установки нулевых начальных условий интеграторов определяются временным положением импульсов Spy, , Sjj, формируемых БУС 10 (фиг. 36) в моменты перехода через ноль первой гармоники суммы напряжений сети, поступающих на вход соответствующего интегратора, при углах управления данного вентиля at F, Выходные сигналы интеграторов поступают на ключи коммутатора КС 11, которые управляются стробами РИ 21 8„, Sj, Sc (фиг. 1). Указанные стробы вырабатываются в соответствии с порядком работы вентилей так, что на интервале формирования опорного сигнала очередного вентиля вплоть до генерации его импуЛьса управления соответствующий строб равен логической единице. При этом замыкается ключ КС 11, управляющийся этим стробом. Так, например, при формировании опорного сигнала вентиля, включенного на сетевое напряжение е, (фиг. 2), , j а . Очевидно тогда ., т.е. на выходе КС 11 сигнал Ujn в каж- дый момент времени равен опорному напряжению режима непрерывного тока очередного вентиля (фиг. Зв).

Аналогично .коммутатором КС 12 (фиг, 1) из сигналов ДН 1-3 формируется сигнал е(„.), пропорциональный ц каждый момент времени напряжению сети действующему в анодной цепи вен5

0

5

5

5 1 , включенного последним (предыдутиля

щего вентиля) (фиг. Зг).

Временное положение импульса упраления очередного вентиля d соответствует фронту выходного сигнала компар тора 14 (фиг. ) S, который формируется в момент равенства результирующего опорного и управляющего сигналов (фиг. Зи, к). Сигнал управления и, на первом суммирующем йходе кймпаратора представляет собой сумму сигнала с выхода датчика ЭДС нагрузки ДЭ 16 е и сигнала задания и, с выхода ИЗС 15. Указанные сигналы пропорциональны соответственно

противо-ЭДС нагрузки и падению напряжения от заданного тока 1 на активном сопротивлении нагрузки К„, поэтому

и,е,(е, + ), (О

где К - коэффициент пропорциональности.

Управляющие импульсы d с выхода БОУ поступают на вход РИ (фиг. 1), где очередным импульсом d производитРезультирующий опорный сигнал оче- редного п-го вентиля Uon,.., формирует- 25 переключение стробов РИ, а импульс

тл л гттйттсьтто отпо мл чгггплтаттсгтлпплй anotfT-

ся на втором суммирующем входе комраспределяется на управляющий электрод соответствующего вентиля.

паратора как алгебраическая сумма трех составляющих:

Uon(.()()(). (2)

где и (if) - сигнал на выходе ФП 19 (фиг. Зд);

сигнал на выходе КС 1I (фиг. Зв);

сигнал на выходе БП 20 (фиг. Зз), формируемый в результате перемножения сигналов ДЭ 16 е (фиг. Зж) и ФП 18 и, (фиг. Зе);

(3)

и,,(а)

изп()

где К,.„- коэффициент

ЬЦ

(),

передачи блока перемножения. Сигнал с выхода компаратора 14 S j поступает на один из входов БОУ 13 (фиг а 1), где угол управления очередного вентиля ограничивается областью положительного напряжения на нем и импульс управления ci формируется по длительности (фиг, Зж). Б БОУ осуществляется проверка двух условий условия положительности напряжения вентиле в режиме непрерывного тока

W tv

и условия положительности напряжения на tT M вентиле в режиме прерывистого тока

%Л Ь, е,(,Я.

45)

.

0

5

0

Условие формирования импульса управления вентилем можно сформулировать таким образом,

Импульс управления очередным вентилем формируется в том случае, если: опорный и управляющий сигналы очередного, вентиля становятся равны при положительном напряжении на вентиле или указанные сигналы не сравниваются до момента времени, где напряжение на очередном вентиле становится отрицательмьи-. В последнем случае импульс 0 формируется в момент смены знака напряжения на вентш1е. Этот имйульс не может включить вентиль, но он переключает РИ (фиг. 1) и, следовательно, всю систему управления преобразователя дпя формирования опорного сигнала следующего вентиля.

Управляющие импульсы d с выхода БОУ поступают на вход РИ (фиг. 1), где очередным импульсом d производит5 переключение стробов РИ, а импульс

переключение стробов РИ, а импульс

тл л гттйттсьтто отпо мл чгггплтаттсгтлпплй anotfT-

распределяется на управляющий электрод соответствующего вентиля.

Кроме того, импульсы d поступают на один из управляющих входов функциональных преобразователей 8 и 9 (фиг. 1), на другой вход которых поступает сигнал дев 17. Заметим, что равенство соответствует наличию тока нагрузки (фиг. За, и), В указанных ФП из этих сигналов формиру- ется сигнал управления сбросом ин- 8„ (фиг. 4 и 5)

теграторов

.

(6)

На выходе ФП 18 (фиг. 4) формйру- ется сигнал U, равный

k-- с.- | -.)1 (7)

(V-Ч

где ey WoT, - постоянная времени интегратора (фиг. 4) Ту, в угловых единицах; uSj - круговая частота сети; текущее время t в угловых единицах;

)

момент выключения пре- дьщущего (п-1)-го вентиля .

В момент генерации очередного им- 5 пульса управления происходит обнуление выходного сигнала ФП 18 (фиг.Зе). Третья составляющая опорного сигнала очередного вентиля U. () (фиг.Зз)

ih

формируется на выходе блока перемноження БП 20 (фиг. 1) по уравнению (3), которое при подстановке (7) преобразуется к виду

Ц.(- ) ё,,я. (8)

функциональный преобразователь ФП 19 (фиг, 5) формирует выходной сигнал по уравнению

о

-) 9-: I, Пп./)

fo

(9)

М 2 . Р

(п-1)

причем в момент генераций очередного управляющего импульса результат интегрирования обнуляется (фиг. Зд). f5

Тогда уравнение опорного сигнала очередного вентиля (фиг. Зи) после подстановки в (2) (8) и (9) преобразуется к виду

1: ()

;-07- 1 %л.

па

.. R (п-л

1)

(10)

С целью повышения точности отра- ботки заданного тока в предлагаемом способе регулирования тока, нагрузки операция интегрирования противо-ЭДС заменяется на операцию умножения мгновенного значения ЭДС иагрузки на длительность соответствующего временного интервала. Тогда уравнение алгоритма формирования опорного сигнала очередного п-го вентиля в приия той системе относительных едиииц запишется в виде

С)г| .f)-, ° Л

OiP

- L.-(n.,.o )

Cn-l)0

Таким образом, при формировании опорного сигнала очередного вентиля в соответствии с (11) можио обеспечить отработку заданного тока на выходе вентильного преобразователя без ошибки.

В изобретении опорный и управляющий сигналы формируются в соответствии с предлагаемым законом. Действи- тельно, так следует из уравнения (1) при в принятой системе относительных единиц.

г

(.)-Ц;.

(12)

Алгоритм формирования второй составляющей опорного сигнала в предлагаемом устройстве в соответствии с изложенным описанием его работы и в

принятои системе относительных сдчииц можно записать уравнением ,1

-,- К. -3)

Подставляя (13) в (10), где параметры выбра 1ы следуюп,им образом,

21

m

Г я в - и - ±- . I „

(ЧмК,г1

определяем результирующий опорньй сигнал, формируемый в данном устройстр.е:

5

50 г

0

о

5

i -0П Ю) cW г 1

- 1,пиЛ().

tn-n

Принимая во внтмание соображения, излох енные выше, можно легко убедиться, что предлагаемый способ регулирования тока нагрузки преобразователя позволяет обеспечить достиженпе поставленной цели, состоящей в повышении точности регулирования тока при вариациях напряжений питающей сети и противо-ЭДС нагрузки. Указан- j ный эффект достигается за счет формирования опорных сигналов дпя вентилей таким образом, чтобы прогнозировать упомянутые вариации и с упреж- дeниe 5 учитывать их при определении фазы отпирающего импульса очередного вентиля,

Формула изобретения

Способ регулирования тока нагрузки вентильного преобразователя-, за- клмчаюгцийся в том, что формируют топорный сигнал очередного венткл.; в виде суммы трех составляющих, первая из которых пропорциональна I-IH- тегралу, взятому с обратным знаком от напряжения фазы предыдущего вентиля на интервале его непроводящего состояния, сравнивают опорный и iii равляющий сигналы, в моменты их равенства формируют импульсы управления вентилями и обнуляют результат интегрирования, ограничивают углы управления вентиля областью положительного напряжения на нем и распределяют импульсы управления по вентилям, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования тока при вариациях напряжения питающей сети и противо-ЭДС нагрузки.

управляющий сигнал формируют в виде суммы сигнала задания тока и сигнала пропорционального противо-ЭДС нагрузки, вторую составляющую опорного сигнала очередного вентиля формируют пропорционально интеграпу от разности напряжений фаз предыдущего и очередного вентилей, причем результат интегрирования обнуляют один раз за период напряжения питающей сети в момент перехода через нуль первой гармоники суммы интегрируемых напряжений при углах управления вентиля больше 180 эл.град., а третью составляющую опорного сигнала очередного вентиля форм1фуют пропорционально произведению мгновенных значений противо-ЭДС нагрузки и временного интервала, прощедгаего от момента выключения предьщущего вентиля.

it8.J

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления силовыми статическими вентильными преобразователями. Целью изобретения является повышение точности регулиро|ШН1И ,M в &03 ю tt№l № ео вания тока нагрузки при вариациях напряжения сети и противо-ЭДС нагрузки. Поставленная цель достигается за счет того, что одну из составляющих опорного сигнала очередного вентиля формируют путем интегрирования соответствующих напряжений сети, а другая составляющая представляет собой произведение мгновенных значений ЭДС нагрузки и временного интервала, прошедшего от момента выключения предыдущего вентиля. Для реализации этих операций в устройство введены интеграторы 7, 8 и 9 со сбросом и сумматоры 1 , 2 и 3 по числу вентилей преобразователя, блок 10 управления сбросом интеграторов, датчик 16 ЭДС нагрузки, датчик 17 состояния вентилей, функциональные преобразователи 18 и So ,Sb Фиг. /