Способ формирования опорного напряжения Советский патент 1987 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к электротехнике И может быть использовано в устройствах для импульсно-фазового управления вентильными преобразователями с естественной коммутацией.

Целью изобретения является повьше ние точности формирования тока нагрузки в режиме прерывистого тока.

На фиг. 1 приведена функциональна схема устройства, реализующего пред- .лагаемый способ; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие способ и работу устройства.

Устройство содержит блок 1 формирования синусной составляющей опорного напряжения, блок 2 формирования косинусной составляющей опорного напряжения, блок 3 выделения противо- ЭДС нагрузки, первьш сумматор 4, модулятор 5 фазы, датчик 6 амплитуды сетевого напряжения, блок 7 коррекци включающий сумматор 8, вьшрямитель 9, 10 и ячейку 11 аппроксимации . Блок 1 представляет собой вычитающий усилитель с равными коэффициентами передачи по инверсному и неинверсному входам. При этом на неинверсный вход подается линейное напряжение (фиг, 2 а), прикладываемое к нагрузке при включении.очередного вентиля, для которого формируется опорное напряжение, а на инверсный вход - линейное напряжение, соответствующее предыдущему вентилю U/,(,-.,) , В результате на выходе вычитателя формируется синусная составляющая опорного напряжения Uj., представляющая собой полуволну синусоиды в зоне 0-180 (фиг, 2 а), соответствующей зоне работы вентиля, для которого формируется опорное напряжение.

Блок 2 представляет собой суммирующий усилитель, на неинверсный вход которого поступают через весовые сопротивления напряжения и ид(,-() в результате на его выходе формируется косинусная составляющая опорного напряжения Ujfj. (фиг. 2 а).

Блок 3 формирует напряжение Е,, пропорциональное противо-ЭДС нагрузки. Сумматор 4 может быть выполнен на операционном усилителе, охваченно резистивной обратной связью и с весовыми сопротивлениями на входе. Модулятор представляет собой компаратор с гистерезисным характером переключения ,

Датчик 6 представляет собой выпрямитель, например, по трехфазной нулевой схеме с емкостным фильтром на выходе, входы которого через резистив- ные делители подключены к фазам питающей сети.

Ячейка 11 аппроксимации может быть выполнена на основе операционного

усилителя с корректирующими цепями, например с тремя участками аппроксимации, выходное напряжение U которого равно UK 0,25 U,, + 0,58 ( 0,2 и„,„) + 0,53 (Un, - 0,5 U,J, где

Un - напряжение на выходе выпрямителя 9, а и„| пропорционально напряжению UM датчика 6,

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом,

В интервале U - Uj- (фиг. 2 а), соответствующему зоне углов управления 0-180 , блоки 1 и 2 на основе линейных напряжений U, , U,-,) путем

их суммирования и вычитания формируют соответственно косинусную U и синусную U(. составляющие опорного на- пряжения. Для симметричной питающей сети амплитуды линейных напряжений

одинаковы.

Рассмотрим формирование составляющих опорного напряжения для шести- пульсной схемы, их формирование аналогично Для других значений пульсностей.

иНС формируется как полусумма линейных напряжений и с учетом сдвига между и ,--t) имеет амплитуду косинусной составляющей

и,

.идт

причем максимум U находится в точке oi О (фиг, 2 а, V,), и формиру- 45 ется как полуразность тех же линейных напряжений и имеет амплитуду

и.

идп

50 причем переход через нуль происходит в точке Л О,

В сумматоре 4 суммирование и производится с единичным коэффициентом передачи 9 а U. - с коэффициентом

55 ip/IT - ctg 1Г/Ш

передачи в общем случае

tg -ir/m

что соответствует для шестипульсной схемы 0,308 и приводит к сдвигу в

сторону отставания опорного напряжения Up относительно 11, .для непрерывного режима приблизительно на десять

Поскольку в сумматоре 4 из суммы и U(. производится вычитание про- тиво-ЭДС нагрузки Е,, то U в непрерывном режиме (фиг, 2 а), поступающее на вход модулятора 5, есть напряжение Up в интервале , отсчиты- ваемое от Е, используемого в качестве нулевой оси. Управляющее напряжение поступает на второй- вход модулятора 5,

Приведенное формирование UQH позволяет получить постоянный коэффициент передачи при изменении Е, т,е, при различных углах управления, Это позволяет получить от системы одинаковую динамику и статику, оптимальную при всех углах управления.

Рассмотрим формирование опорного напряжения в прерывистом режиме.

Необходимо сформировать U такое чтобы выполнялась пропорциональная зависимость между заданием на ток и током нагрузки во всем диапазоне прерывистого режима; при изменении тока от нуля до предельно непрерывного. UQ зависит от вида нагрузки, предлагаемый способ ориентирован на нагрузку вида последовательное соединение противо-ЭДС и индуктивности. Такую нагрузку в первом приближении представляет собой фаза асинхронного двигателя или якорная цепь двигателя постоянного тока. Для указанной нагрузки в установившемся режиме предельно непрерывный ток имеет длительл 21Г ность протекания Л -

т,е, равну

интервалу дискретности преобразователя. При этом среднее значение выпрямленного напряжения равно противо-ЭДС .нагрузки. Поскольку нагрузка отражает среднее значение выпрямленного напряжения, то предельно непрерывный режим при И (фиг, 2) соответствует углу включения в момент V,, т,е, равенству

.UKC - Е,.

При угле включения в момент V ток нагрузки равен нулю, так как мгновен- ное значение не превышает Е, Следовательно, зона прерывистого режима соответствует углам управления, попадающим в интервал V, -V для дан5

0

5

0

5

ного вентиля и аналогичные интервалы .

ддя других вентилей,

В прерывистом режиме необходимо сформировать опорное напряжение Ug , отсчитываемое от Е (фиг, 2 а), которое позволяет получить пропорциональную зависимость между заданием на ток и,, и средним значением тока нагрузки , Связь между ними осуществляется следующим образом: U, сравнивается с U, в момент сравнения (фиг, 2 е, точка D) вырабатывается импульс управления (фиг, 2 б) с углом oi (момент Vj ), в результате формируется импульс тока i (фиг. 2 в), среднее значение которого за интервал дискретности Т есть 1ц,ср для любого угла включения л в интервале V, -V| установить уровень V , пропорциональный , то получим пропорциональную зависимость между Vj и 1„..р , Примерный характер такой зависимости V приведен на фиг, 2 а, где каждому текущему моменту V, отсчитываемому от точки предельно непрерывного режима V, получена требуемая зависимость Vo(v),

I

Таким образом, 1н.ср() определяет.ся следующим образом. Известны уравнения, связывающие среднее значение тока нагрузки IH.CD в прерывистом режиме с противо-ЭДС нагрузки Е, длительностью протекания тока .Oi и углом включения oi откуда

I

/т

н, пн

( () (j) ,

0

5

0

g

где In пи - среднее значение тока в

предельно непрерывном режиме ,

Длительность протекания тока связана с углом включения с(, , попадающим для прерывистого режима в интервал для принятого значения Е„, Если за начало отсчета времени принять момент V, то можно связать текущее вр.емя с длительностью протекания тока . Для момента включения очередного вентиля V (фиг. 2 а) V . Кроме того, в первом приб- лиженнии можно принять У4-V., Л/2

/

а V -V, -, Эти равенства тем точ- m

нее, чем ближе Е„ к нулю. Отсюда текущее время V и /т - , а зависимость среднего значения тока от момента включения вентиля V IH.CO

5134

.(f) S - ) -f-V.3(f-V) -(f.V).

Следовательно, U в прерывистом режиме Up от текушего времени V долж- но иметь вид последней зависимости. При этом в точке предельно непрерывного режима Vj (текущее время V О) амплитуда опорного напряжения для прерывистого режима должна быть рав- на ординате АВ V, т.е. равна опорному напряжению слева от V, соответствующему опорному напряжению для непрерывного режима. Отсюда уравнение опорного напряжения в прерывистом режиме имеет вид

- тт

bl.

он

, -|v +

3(1 V) -(I-V).

Ug (фиг, 2 а) формируется следующим образом.

Известны законы изменения от времени Up, и UQ . Разность между ними - напряжение коррекции UK U - U . Изменение U, в интервале представляет- собой монотонно возрастающую функцию от нуля в точке Ч до максимум а в точке V, . Поскольку функция и заранее известна, то сформировав Uj; и сложив ее в прерывистом режиме с Up , получаем , . Формирование Un производится в блоке 7 путем кусочно-линейной аппроксимации из напряжения предварительной коррекции Uf, 5 которое представляет собой разность противо-ЭДС нагрузки Ец и косинусной составляющей опорного на- пряжения

и.

Е„ - и

КС ,

Выбор и,, для формирования U вы- зван тем, что функция Uf, коррелирует с функцией и. Обе функции равны нулю в точке, соответствующей пределно непрерывному режиму (точка V), и монотонно возрастают к моменту окон- чания зоны прерывистого режима (момент V,, ). Кроме того, с увеличением Ец уменьшаются амплитуды обеих функций (ордината СК для U и ордината CL для ),

Рассмотрим формирование U соглано функциональной схеме (фиг, 1),

Сумматор 8 производит операцию вычитания Е - UK , Положительное

,.

5

0

5

0 5 0

4 6

значение этой разницы на выходе выпрямителя 9 есть и„ , которое через нормально замкнутый ключ 10 поступает на первый вход ячейки 11, До тех пор, пока импульс управления на выходе модулятора 5 отсутствует Гфиг, 2 б, отрицательное значение ) ключ 10 находится в замкнутом состоя- НИИ, Когда появляется импульс управления (положительное значение с момента Vj), ключ 10 размыкается. На второй вход ячейки 11 поступает напряжение уровня аппроксимации U,jg которое формируется датчиком 6, Последний вырабатывает постоянное напряжение Uvg, величина которого пропорциональна амплитуде питающей сети, которая заводится на вход датчика. Внутри ячейки 11 напряжение разбивается на подуровни UHQ,, , Uugj С изменением напряжения питающей сети изменяются амплитуды Uj. и U, но пропорционально изменяется Uug и закон аппроксимации сохраняется.

Достаточно точную аппроксимацию можно получить используя три кусочно- линейных учатска. Увеличение числа аппроксимируемых участков приводит к повышению точности формирования, но усложняет реализацию.

Смысл аппроксимации сводится к тому, что крутизна U возрастает при превьшении U, очередного уровня аппроксимации.

Уровни аппроксимации устанавливают в исходном режиме, когда Е, О, Для этого случая момент перехода U,, через нуль соответствует oi 90° и .предельно непрерывному току нагрузки, а окончание зоны прерывистого режима - оС 120. Амплитуда напряжения предварительной коррекции, соответствующей точке ai 120°, равна

Unxm и. sin 30

где ., - амплитуда U,,

К Upn привязаны уровни аппроксимации

и,

и

02

0,5 и

пит

Выбор уровней аппроксимации и коэффициентов передачи на каждом участке осуществляется, графическим построением UK по и„ таким образом, чтобы полученное напряжение коррекции иц как можно точнее приближалось к напряжению, полученному расчетным

713435

путем. В результате U f(Uq ) соответствует следующему выражению:

ПК

и 0,25 Un + 0,58 (и,

0,2 и„,„) + 0,53 (,5и„,„Х

Причем очередная разность вступает в работу при превьшении напряжения предварительной коррекции соответствующего уровня аппроксимации, Напряжение коррекции U, сформированное в прерывистом режиме, поступает на соответствующий вход сумматора 4, суммируется с U и формирует на выходе сумматора опорное напряжение Uon .

В момент V, происходит сравнение напряжений U, и и,„ , а модулятор 5 вырабатывает широкий импульс управ- ления С„„, положительное значение которого размыкает ключ 10 и прекращает подачу на вход ячейки 11. Примененная селекция по 5 приводит к тому, что напряжение предваритель- ной коррекции и,,, , вырабатываемое в каждом канале опорного напряжения, не перекрывается по времени. Это позволяет сократить аппаратурные затраты и использовать ячейки 11 для всех каналов. При этом на входе ячейки П сумматор, производящий суммирование ,напряжений коррекции всех каналов, ставят после соответствунлцих ключей 10 (не показано), а общее напряжение коррекции подают одновременно (парал лельно) на все сумматоры 4 каналов опорных напряжений.

Таким образом при формировании опорного напряже;ния в прерывистом режиме определяется начало прерывистого режима, уровень опорного напряжения в начале прерывистого режима равен уровню опорного напряжения в конце непрерывного режима, т.е. происходит запоминание уровня опорного напряжения U для непрерывного режима на границе прерывистого режима, а формирование U производится из напряжения и„ц путем кусочно-линейной аппроксимации таким образом, чтобы результирующее напряжение , .соответствовало заданному закону.

14. 8

Таким образом, предлагаемый способ позволяет формировать опорное напряжение в прерывистом режиме, обе.спечивающее линейную зависимость между напряжением задания на ток и средним значением тока нагрузки независимо от изменения амплитуды и частоты питающей сети и практически во всем диапазоне изменений противо- ЭДС нагрузки. Это приводит к повы- щению точности формирования тока нагрузки в прерывистом режиме.

I

Формула изобретения

Способ формирования опорного напряжения для управления вентильным преобразователем с естественной коммутацией, заключающийся в том, что измеряют на каждом интервале дискретности ЭДС источников питания, подключенных к нагрузке, и противо-ЭДС нагрузки, в режиме непрерьшного тока опорное напряжение Uj, формирунзт как сумму трех составляющих, первая из которых равна полусумме ЭДС источников питания, подключенных к нагрузке на данном и предьщущем интервале дискретности, вторая - полуразности указанных ЭДС, умноженной на величину (m/ir- ctg ir/m)/tg IT/m, где m - пульс- ность преобразователя, третья составляющая равна противо-ЭДС нагрузки, взятой с обратным знаком, .отличающийся тем, что, с целью повьшения точности формирования тока нагрузки в режиме прерывистого тока, сравнивают противо-ЭДС нагрузки с указанной первой составляющей опорного напряжения, в момент равенства противо-ЭДС нагрузки и первой составляющей опорного напряжения фиксируют значение опорного напряжения U, и при превышении значениями противо- ЭДС нагрузки значений первой составляющей опорного напряжения опорное напряжение формируют равным

Uo Uo l - m/V- V + 3 (m /«- x X V) - {m/ir- V) ,

где V - текущее время, взятое в радианах .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для импульсно-фазового управления вентильными преобразователями. Целью изобретения является повьшение точности формирования тока нагрузки в прерывистом режиме. В данном способе определяются режим прерывистого тока путем сравнения величины противо-ЭДС нагрузки и фазного . напряжения и коррекция в этом режиме опорного напряжения таким образом, чтобы обеспечить линейную зависимость между напряжением задания на ток и среднем значением тока нагрузки независимо от изменения амплитуды и частоты питающей сети. 2 ил. Р 00 j: СО сд