Способ управления вентильным преобразователем с шунтирующим вентилем Советский патент 1988 года по МПК H02M7/155 

21) 4110429/24-07 (22) 12.06.86

(46-) 23.05.88. Бюл. 1.9 (71). Белорусский политехнический институт(72) Н.Н.Михеев и А.Расколов

(53)621.316.727 (088.8)

(56)Грабовецкий А.Г. Упреждающее управление вентильньм преобразователем. - Электротехническая промышлен- ность. Преобразовательная техника, 1983, № 6, с. 9-12.

Авторское свидетельство СССР № 1319199, кл. Н 02 М 7/00, 1984..

(54)СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ С ШУНТИРУЮЩИМ ВЕНТИЛЕМ

(57)Изобретение относитая к электротехнике и может быть использовано для. управления вентильными преобразователями постоянного тока, содержащие ми шунтирующие вентили. Цель -изобретения - повышение помехозащищенности и быстродействия работы преобразоваг теля. По предложенному способу форми руют опорное напряжение для шунтирунг щего вентиля в виде суммы сигнала.

пропорционального интегралу противо- ЭДС нагрузки на интервале бестоковой паузы и сигнала, пропорционального интегралу прикладьтаемого к нагрузке напряжен ия на интервале с момента открывания вентиля преобразователя и до момента открывания шунтирующего вентиля, либо до момента погасания тока нагрузки в двигательном режиме, если погасание тока произойдет до момента открьгаания шунтирующего вентиля в двигательном режиме, и импульс управления шунтирующим вентилем формируют в момент превьштения опорного напряжения для шунтирующего вентиля напряжением управления. В двигательном режиме блокируют поступление на управляющий вход шунтирующего вентиля импульса управления, сформированного на интервале бестоковой паузы и про- открывание шунтирующего вентиля синхронизирующим импульсом,йфор мированным в момент, перехода синусоиды питающего напряжения через ноль в отрицательную облас.ть, если в зтот момент времени напряжение управления превышает опорное напряжение для шунтирующего вентиля. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

(Л

00

со

00

ел

NP

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления вентильными преобразователями постоянного тока, содержащими шунтирующий вентиль.

Целью изобретения является повьше- ние помехозащищенности и быстродействия.

На фиг.1 и 2 представлены функцио- нальные схемы устройства, реализующих способ управления вентильным преобразователем с шунтирующим вентилем; на фиг.З - временные диаграммы, поясняюдинены соответственно с входами сравнения компараторов 14 и 15, опорные входы которых соединены с источником напряжения управления, а выходы через формирователи 16 и 17 импульсов управления соединены соответственно с входами управления вентиля преобразователя и шунтирующего вентиля.

Выход блока 18 определения фазного выпрямительного напряжения соединен с третьим входом суммирующего устройства 12; вход блока 19 синхронизирующих сигналов соединен с клем

Щие способ управления вентильным пре-15 мой питающего напряжения, а выход

:образователен с шунтирующим вентилем ;и работу реализующего его устройства. На фиг.1 показаны ключи 1-3 сбросов интеграторов, интеграторы 4-6, диоды 7-8, упЬавляюидае ключи 9-11, суммирующие устройства 12 и 13, компараторы 14 и 15, формирователи 16 и 17 импульсов управления, блок 18 определения фазного выпрямленного напряжения за положительный полуперио д, блок 19 синхронизирующих сигналов, формирователь 20 синхронизирующих импульсов, элементы ИЛИ 21 и 22, формирователь 23 импульсов, триггеры 24

через формирователь 20 синхронизирующих импульсов соединен с первым входом элемента ИЛИ 21, второй вход которого, как и второй вход элемента

20 ИЛИ 22, соединен через формирователь 23 импульсов с выходом датчика тока, первый вход элемента ИЛИ 22 соединен с выходом формирователя 17 импульсов управления, выходы элементов ИЛИ 21

25 и 22 соединены соответственно с S- входами триггеров 24 и 25, R-входы которых соединены с выходом формирователя 16 импульсов управления, инверсный выход триггера 24 соединен

и 25, элементы И 26-28, релейный эле-30 с входом управления ключа сброса инмент. 29 и.элементы ИЛИ 30 и 31.

Ключи 1, 2 и 3 сброса интеграто- ров подключены на соответствующие клеммы интеграторов 4, 5 и 6, неинвертирующий вход интегратора 4 через iдиод 7, включенный в прямом направле- ;нии, соединен с клеммой сетевого пи- :тающего напряжения, а инвертирующий I вход через диод 8, включенный в обратном направлении, соединен с клеммой сетевого питающего напряжения и через управляющий ключ 9 - с нулевой шиной, неинвертирующий вход интеграг тора 5 соединен с датчиком противоЭДС нагрузки и через управляющий к.пюч45 соединены с первым и вторым входом 10 - с нулевой шиной, с которой также элемента ИЛИ 30, выход которого сое- соединен инвертирующий вход интегра- динен с входом управления ключа 2 тора 5, вход управления управляющего сброса интегратора, первый и второй

входы элемента ИЛИ соединены с в ыхо- дами элементов И 26 и 28, а выход соединен с входом упраа зения ключа 3 сброса интегратора.

На фиг.2 показаны элемент ИЛИ 32, элементы И 33 и 34 и элемент НЕ 35.

Первый, второй и третий входы элемента ИЛИ 32 соединены соответственно

ключа 10 соединен с датчиком нагруз- ки, неинвертирующий вход интегратора 6 соединен с клеммой сетевого питающего напряжения и через управляющий ключ 11 - с нулевой шиной, с которой таклсе соединен инвертирующий вход инт

50

тегратора 6, выходы интеграторов 4 и 6 соединены соответственно с первыми входами суммирующих устройств 12 и 13, вторые входы которых соединены с выходом интегратора 5, а вькоды сое55

с выходами элементов И 28, 33 и 34, а выход соединен с входом управления шунтирующего вентиля и с первым вхочерез формирователь 20 синхронизирующих импульсов соединен с первым входом элемента ИЛИ 21, второй вход которого, как и второй вход элемента

ИЛИ 22, соединен через формирователь 23 импульсов с выходом датчика тока, первый вход элемента ИЛИ 22 соединен с выходом формирователя 17 импульсов управления, выходы элементов ИЛИ 21

и 22 соединены соответственно с S- входами триггеров 24 и 25, R-входы которых соединены с выходом формирователя 16 импульсов управления, инверсный выход триггера 24 соединен

5

0

тегратора 1, а прямой выход триггера 25 соединен с входами управления управляющих ключей 9 и 10, первые входы элементов И 26, 27 н 2В соединены соответственно с выходами элемента ИЛИ 22, формирователя 16 импульсов управления и формирователя 17 импульсов управления, второй вход элемента И 26 и вторые входы элементов И 27 и 28 соединены соответстйен- но с первым и вторым выходами релейного элемента 29, вход которого соединен с источником напряжения управления; выходы элементов И 26 и 27

с выходами элементов И 28, 33 и 34, а выход соединен с входом управления шунтирующего вентиля и с первым вхо313980524

дом элемента ИЛИ 22, первый вход эле- устройства 12, с выхода которого

мента И 33 соединен с выходом формирователя 20 синхронизирующих импульсов, а второй вход через элемент НЕ 35 соединен с выходом компаратора 15, первый вход элемента И 34 соединен с выходом формирователя 17 импульсов управления, второй вход - с первым

опорное напряжение поступает на о ный вход компаратора 14, где срав вается с напряжением управления U поступающий на вход сравнения ком ратора 14.

При превышении напряжением упр ления, поступающего на вход сравн

выходом релейного элемента 29, а тре-io компаратора 15, опорного напряжения,

поступающего на опорный вход компаратора 15, формируется импульс управления шунтирующим вентилем на выходе формирователя 17 импульсов управлетии вход соединен с выходом датчика тока.

На фиг.З обозначено: U, - фазное напряжение питающей сети; Ui - выпрямленное напряжение прикладываемое 15 ния, который через элемент ИЛИ 22

к нагрузке; U , Иопг опорные напряжения для вентиля преобразователя и щунтирующего вентиля; Uj - фазное выпрямленное напряжение за положительный полупериод; Uu - напряжение управления; U,, U - импульсы управления вентилем преобразователя и шунтирующим вентилем; Hj - сигнал на выходе компаратора 15.

Устройство управления по фиг.1 работает следующим образом.

При появлении импульса управления вентилем преобразователя на выходе формирователя 16 импульсов управле20

поступает на первый вход первого элемента И и на S-вход триггера 25, переключая, его и замыкая управляющие ключи 9 и 11. В двигательном режиме (;1ри положительном UM) с первого выхода релейного элемента 29 на второй вход элемента И 26 поступает сигнал логической 1, разрешая прохождения импульса с выхода элемента ИЛИ 22 че- 25 рез элемент И 26 на ключи 2 и 3 сброса интеграторов 5 и 6, обнуляя их. При погасании тока нагрузки в двигательном режиме после открывания щун- тирующего вентиля размыкается управ- ния переключается триггер 24, замыкая 30 ляющий ключ 10 и интегратор 5 начина- ключ сброса интегратора 1, обнуляя ет интегрировать противоЭДС нагрузки, интегратор 4, и переключается триггер поступающую с выхода датчика противо- 25, размыкая управляющие ключи 9 и ЭДС нагрузки на инвертирующий вход 11, на интеграторе 6 начинается ин- интегратора 5, результат интегрирова- тегрирование прикладываемого к двига- g ния с выхода интегратора поступает

на вторые входы .суммирующих устройств 12 и 13. В момент равенства опорного напряжения, поступающего с выхода суммирующего устройства 12 на опорный 40 вход компаратора 14, с напряжением управления, поступающим на вход сравнения компаратора 14, на выходе формирователя 16 импульсов формируется импульс управления вентилем преобрателю напряжения, и результат интегрирования поступает на первьй вход суммирующего устройства 13 и с выхода последнего г на опорный вход компаратора 15, где сравнивается с напряжением управления, поступающим на вход сравнения компаратора 15. При перехо де синусоиды напряжения через ноль в отрицательную область на выходе формирователя синхронизирующих импульсов 45 зователя, и работа устройства повтопоявляется синхронизирующий импульс, который переключает триггер 24, размыкая ключ 1 сброса интегратора 4. Интегратор 4 начинает интегрирование питающего напряжения, поступающего через диод 8 на инвертирующий вход интегратора 4, напряжение с выхода которого,поступает на первый вход суммирующего устройства 12, где вычитается из фазного выпрямленного нэп- gg через элементы ИЛИ 22, И 26 и ИЛИ 30

ряжения за положительный полупериод, поступающего с выхода блока 18 определения фазного выпрямленного напряжения на третий вход суммирующего

на вход управления ключа 2 сброса интегратора 5 и через элементы ИЛИ 22, И 26 и ИЛИ 31 на вход управления ключа 3 сброса интегратора 6; одновреопорное напряжение поступает на опорный вход компаратора 14, где сравнивается с напряжением управления Ua, поступающий на вход сравнения компаратора 14.

При превышении напряжением управления, поступающего на вход сравнения

поступает на первый вход первого элемента И и на S-вход триггера 25, переключая, его и замыкая управляющие ключи 9 и 11. В двигательном режиме (;1ри положительном UM) с первого выхода релейного элемента 29 на второй вход элемента И 26 поступает сигнал логической 1, разрешая прохождения импульса с выхода элемента ИЛИ 22 че- рез элемент И 26 на ключи 2 и 3 сброса интеграторов 5 и 6, обнуляя их. При погасании тока нагрузки в двигательном режиме после открывания щун- тирующего вентиля размыкается управ- ляющий ключ 10 и интегратор 5 начина- ет интегрировать противоЭДС нагрузки, поступающую с выхода датчика противо- ЭДС нагрузки на инвертирующий вход интегратора 5, результат интегрирова- ния с выхода интегратора поступает

ряется.

При погасании тока нагрузки до момента открывания шунтирующего вентиля в двигательном ; режиме, но после пе- 50 рехода синусоиды питающего напряжения через Ноль, сброс интеграторов 5 и 6 осуществляется импульсом, сформирог в.анным в момент погасания токи наг- формирователем 23, поступающим

на вход управления ключа 2 сброса интегратора 5 и через элементы ИЛИ 22, И 26 и ИЛИ 31 на вход управления ключа 3 сброса интегратора 6; одновре513980526

менно с этим указанный импульс пере- И 34 и ИЛИ 32 только при наличии то- ключает триггер 25, замыкая управляю- ка нагрузки, в противном случае этот щие ключи 9 и 11, и далее устройство -импульс блокируется логическим О работает аналогично описанному. с на третьем входе элемента И, в инверПри погасании тока нагрузки до мо- торном режиме подобные ограничения мента перехода синусоиды питающего не накладываются и импульс управления напряжения через ноль импульсом,сфор- с выхода элемента И 28 всегда посту- мированным по заднему фронту сигнала пает на управляющий вход шунтирующего тока, переключается триггер 24, раз- 10 вентиля, вызывая его отпирание. При мыкая ключ 1 сброса интегратора 4 до отсутствии сигнала с выхода компара момента появления синхронизирующего тора 15 в момент появления синхрони- импульса с выхода формирователя 20 зирующего импульса на выходе формиро- синхронизирующих импульсов, интегра- вателя синхронизирующих импульсов 20, тор 4 начинает интегрировать положи- 15 на втором входе элемента И 33 имеется тельную полуволну напряжения, посту- сигнал логической 1 и синхронизиру- пающук на неинвертирующий вход интег- ющий импульс через элементы И 33 и ратора через диод 7, Указанный им . ИЛИ 32 поступает на управляющий вход пульс переключает триггер 25, замыкая шунтирующего импульса, вызывая его управляющие ключи 9 и 11 и замыкает 20 открывание.

ключи 2 и 3 сброса интеграторов 5 В основе предлагаемого способа и.6, обнуляя напряжение на их управления вентильным преобразовате- дах. Далее устройство работает анало- лем с шунтирующим вентилем лежат сле- гично описанному дующие закономерности, характеризуюПри погасании тока нагрузки в ий- 25 щие различные режимы работы нагрузки, верторном режиме (Ui,iO) переключаются Если принять за начало -отсчета триггеры 24 и 25, размыкая ключ 1 .момент перехода синусоиды питающего сброса интегратора А и замыкаются напряжения через ноль, то среднее управляющие ключи 9 и 10. При появле- выпрягшенное напряжение, прикладьгаае- нии импульса управления шунтирующим 30 мое к нагрузке в режиме непрерывного вентилем на выходе формирователя 17 тока за один период, определяется импульсов управления в момент превы- следующим образом: щения напряжением управления опорного. Vg напряжения на входах компаратора 15, + -- 1 U sin VdV--- u sin VdV происходит замыкание ключа 3 сброса 35 i 2lVj « интегратора 6 указанным импульсом, f

поступающим через элементы ИЛИ 22,Справедливо и другое выражение

И 28 и ИЛИ 31 на вход управления клю- „

ча 3 сброса интегратора 6, сбрасьшая .1 г

имеющийся результат. Сброс интеграто- 40 j J 1 )

pa 5, осуществляющего интегрированиеМее

противрЭДС нагрузки, происходит им-где Uj - фазное выпрямленное напря- пульсом управления, поступающим с вЫ-жение за положительньй похода формирователя 16 импульсов черезлупериод; элементы И 27 и ИЛИ 30 на вход управ- открьгаания вентиля ления ключа 2 сброса интегратора 5. преобразователя, отсчитыва- В интеграторном режиме на втором вы- ется от точки О; ходе релейного элемента 29 и, следо-V - угол открывания шунтирующе- вательно, на вторых элементах И 27 иго вентиля, отсчитывается 28 имеется сигнал логической 1. В ggот точки +; остальном работа устройства аналогич- } напряжение управления; на описанному.k - коэффициент усиления преобОтлнчие работы устройства поразователя.

фиг.2 по сравнению с работой устрой-Из выражений (1) и (2) видно, что,

ства по фиг.1 заключается в том, что 55формируя в режиме непрерывного тока

в двигательном режиме импульс управ-опорное напряжение для вентиля преобления с выхода формирователя 17 им-разователя в соответствии с выражепульсов поступает на управляющий входнием(),. а опорное напряжение для

шунтирующего вентиля через элементышунтирующего вентиля в соответствии

с (2), можно обеспечить поддержание постояннйго средневыпрямленного напряжения на нагрузке и его регулирование в соответствии с заданным знача- нием напряжения управления и„ независимо от . искажений и помех в питающем напряжении на всем интервале дискретности ( Vyg+ir, т.е. с учетом искажений и помех, имеющих место как до момента открывания вентиля преобразователя, так и после его открывания. Таким образом, напряжение, прикладываемое к нагрузке за один период, регулируется дважды в соот- ветствии с текущим значением напряжения управления по каналу вентиля преобразователя и по каналу шунтирующего вентиля, что, в свою очередь, повьша- ет быстродействие и точность регули- рования (быстродействие и точность в обработке управляющего воздействия) В режиме прерывистого тока, в длительном режиме (Ui.0), если ток погасает на интервале проводимости шун- тирующего, вентиля, средневыпрямленное напряжение определяется вьфажениями:

Г

Мв- 1

п

sin VdV + ( edV /II J

Vn

. VBn - v

/ Veu-чг

Uj 2 2 1 ,j. Vn Vn

При погасании тока нагрузки интервале проводимости вентиля разователя после перехода синус питающего напряжения через ноль ведливы следующие выражения:

и,и, +

J do

2 IUmSin VdV+

1

en

5)edV kU ;

vj

Vn+2

rsVl -2 1

iI,

При погасании тока нагрузки на интервале проводимости вентиля преобразователя условия открывания шунтирующего вентиля не выполняются и вентиль .не может быть открыт, даже если и будет сформирован импульс управления им.

При погасании тока нагрузки на интервале проводимости вентиля преобрйю15 20 25

зователя до момента перехода синусоиды питающего напряжения через ноль справедливы выражения:

V вк

:

30

35

40

.45

50

5&

rU o sU -sVJv-vdv-v« п

-г;: f и sin (7)

/II J W

1 ° I f

и ( edV -b if и sin ... (8)

d/HJ

Vn V.,

В-янверторном режиме при погасании тока нагрузки на интервале проводимости вентиля преобразователя условие открывания шунтирующего вентиля нарушается и шунтирующий вентиль молсет быть открыт в соответствующий момент времени, в то время как погасание тока на интервале проводимости шунтирующего вентиля фактически означает окончание инверторного режима и поэтому рассматривать последний режим в качестве рабочего нецелесообразно.. При погасании тока нагрузки на интервале проводимости вентиля преобразователя выражения для определения среднего выпрямленного напряжения на нагрузке примут вид:

Vn.Vu.B- V .

U,U, и sin VdV - edV d do 2 J 21i J

V ,, .

8n

VdV kU ; (9)

Vn ZTVUB

1°

,,+2

В инверторном режиме возможно

погасание тока нагрузки на интервале проводимости вентиля преобразорач еля только после момента перехода синусо иды питающего напряжения через ноль так как противоЭДС нагрузки отрицательна.

Из приведенные выражений видно, что, формируя в режиме прерывистых токов опорное напряжение для вентиля преобразователя в соответствии с выражениями (3), (5) , (7) и (9) и вы- . рабатьшая импульс управления вентилем преобразователя в момент равенства этого опорного напряжения с напряжением управления, а также формируя опорнре напряжение для шунтирующего вентиля в соответствии с выражениями (4), (6), (8) и (Ш) и

91

вырабатывая импульс: управления шуити рующим вентилем в момент превьппения этого опорного напряжения напряжение управления, мохшо обеспечить поддержание среднего выпрямленного напрялсе Ния на нагрузке независимо от формы и искажений напряжения питаюо ей сети За весь период вып1эямленного. напряже , параметров (момента погасание tOKa) и режима работы нагрузки Управление вентильным дреобразователем но двум каналам - каналу вентиля преобразователя и каналу шунтирующего 1 ентиля - в соответствии с текущим фначением напряжения управления,т.е управление по переднему и заднему фронту прикладьшаемого к нагрузке за фдин период напряжения, позволяет по Цшить быстродействие работы преобра : ователя и его надежность.

формула изобретения

ного интегралу напряжения на нагрузке на интервале с момента перехода этого напряжения через ноль в отрицательную область и до момента отбывания шунтирующего вентиля,либо до момента погасания тока в двигательном режиме, если погасание тока произойдет до момента открывания шунтирующего вентиля в двигательном режиме и сигнала, пропорционального интегралу фазного напряжения на интервале с момента перехода этого напряжения через ноль в положительную область и до момента открывания фазного вентил 5 а опорное, напряжение для шунтирующего вентиля формируют как сумму сигнала, пропорционального интегралу противоЭДС нагрузки на интервале бестоковой паузы и сигнала5 пропорционального интегралу напряжения на нагрузке на интервале с момента открывания фазного вент тиля и до момента открывания шунтирующего вентиля, либо до момента погасания тока нагрузки в двигательном режиме, если погасание тока произой- -Дет до момента открьгаания шунтирзлоще- го вентиля в двигательном режиме и формируют импульс управления шунтирующим вентилем в момент превышения опорного :на.пряжения для шунтирующего вентиля напряжением управления.

2„ Способ по пИ S Щ и и с я тем, что.

отличаю- с целью повышения надежности работы преобразователя, блокируют в двигательном режиме импульс управления шунтирующим венти- лема сформированный на интервале бес- токовой паузы, и формируют импульс управления шунтирующим вентилем в моменты перехода фазного напряжения через ноль в отрицательную область, если в этот момент времени напряжение управления превышает опорное напряжение для шунтирующего вентиля.

Фиг,2

;/г1

Фиг,3