Устройство для комбинированного управления автономным инвертором тока Советский патент 1988 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовой преобразовательной технике, и может быть использовано для автоматической стабилизации фазы и частоты выходного напряжения трехфазного автономного инвертора тока.

Цель изобретения - повышение точности регулирования автономного инвертора тока в динамических режимах при стабилизации фазы и частоты выходного напряжения инвертора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства комбинированного регулирования; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для комбинированного управления автономным инвертором тока 1, к выходам переменного тока которого подключены батарея конденсаторов 2 и компенсатор реактивной мощности 3, содержит блок управления инвертором тока 4, входы которого подключены к выходам переменного тока, а выходы - к управляющим электродам тиристоров инвертора тока 1, блок управления 5 компенсатором реактивной мощности 3, выходы которого подключены к I управляющим входам компенсатора 3, пер- I вый вход подключен к выходу первого сум- I матора 6, а второй вход - к выходу формирователя 7 напряжения управления в функции величины реактивной мощности, :первый вход сумматора 6 подключен к вы- : ходу задающего генератора 8, а второй : вход - к выходу датчика фазы 9, входы которого подключены к выходам перемен- Iного тока инвертора 1, выход формирователя 7 напряжения управления в функции величины реактивной мощности подключен к выходу датчика потребляемой реактивной мощности 10. Датчик 10 содержит в каждой фазе 11 -13 трансформатор фазного тока 14, трансформатор фазного напряжения 15, вход которого подключен к со- I ответствующей фазе инвертора тока 1, а : выход - к нуль-органу 16, выход которого подключен к первому входу первого блока выборки и запоминания 17, второй вход которого подключен к выходу фиксатора экстремума 18, а выход - к первому входу первого множительного блока 19. Датчик потребляемой реактивной мощности дополнительно снабжен вторым 20, третьим 21, четвертым 22 и пятым 23 блоками выборки и запоминания, вторым нуль-органом 24, первым 25 и вторым 26 двухполупериод- ными выпрямителями первым 27 и вторым 28 сумматорами, делителем 29, вторым 30 множительным блоком, блоком задержки 31 и трансформатором линейного напряжения 32, причем вход первого выпрямителя 25 соединен со входом пятого блока выборки и запоминания 23 и подключен к выходу трансформатора фазного напряжения 15, выход первого выпрямителя 25 подключен к первому входу фиксатора экстремума 18, вто5

5

рой вход которого подключен к выходу блока задержки 31, вход которого подключен к выходу первого нуль-органа 16, вход второго выпрямителя подключен к выходу трансформатора фазного тока 14, а выход-к первому входу третьего 21 и второго 20 блоков выборки и запоминания, первый вход второго блока 20 выборки и запоминания подключен к выходу первого нуль-органа 16, а выход подключен к первому входу

0 первого сумматора 27, первый выход трансформатора линейного напряжения 32 подключен к входам второго нуль-органа 24 и четвертого 22 блока выборки и запоминания, второй вход которого подключен к выходу блока управления инвертором 4, а выход подключен к первому входу делителя 29, второй вход которого подключен к выходу пятого блока выборки и запоминания 23, выход делителя 29 подключен ко второ.му входу второго множительного бло0 ка последующей фазы 2, второй вход множительного блока 30 подключен к выходу делителя предыдущей 13 фазы датчика, а выход ко второму входу первого сумматора 27, выход которого подключен ко второму входу первого множительного блока 19, выход которого подключен к первому входу второго сумматора 28, два других входа которого подключены соответственно к выходам первых множительных блоков двух других фаз 12 и 13 датчика 10, а выход второго сумматора 28 подключен к входу формирователя 7 напряжения управления в функции величины реактивной мощности, два других выхода трансформатора линейного напряжения 32 подключены соответственно ко входам вторых нуль-органов и четвертых блоков выборки и запоминания двух других фаз датчика 10.

Устройство работает следующим образом. Постоянное напряжение Uj от источника постоянного тока поступает на вход автономного инвертора тока 1. Блок 4 управле0 ния инвертором синхронизируется выход- ны.м напряжением инвертора и путем поддержания постоянного угла опережения обеспечивает стабильное по величине выходное напряжение при изменениях параметров

, нагрузки. Управление ко.мпенсатором реактивной мощности 3 осуществляется блоком 5 управления компенсаторо.м, на один из входов которого поступает напряжение с выхода сумматора 6 фазы, определяемое разностью между фазой линейного напряжения

Q инвертора, поступающего с датчика 9 фазы соответствующего напряжения задающего генератора 8. Выходное напряжение задающего генератора 8 для трехфазного инвертора составляет строго симметричную трехфазную систему напряжений. Каждой фазой

5 компенсатора моп ности управляет свой сумматор, в котором вырабатывается напряжение, пропорциопальное углово.му отклонению напряжения инвертора от соответствующего

0

5

напряжения задающего генератора, т.е. напряжение, пропорциональное фазово.му сдвигу между соответствующим напряжением инвертора и задающего генератора. На другой вход б«пока 5 управления ко.мпенса- тором 3 реактивной мощности поступает напряжение с датчика 10 потребляемой реактивной мощности через формирователь 7, который преобразует напряжение, пропорциональное реактивной мощности, в напряжение, определяюuj.ee угол управления компенсатора реактивной мощности 3. В уста- новивщемся режиме частота и фаза выходного напряжения автономного инвертора тока соответствует частоте и фазе напряжения задающего генератора 8 за счет поддержания с помощью компенсатора 3 реактивной мощности баланса реактивных мощностей

3 + Putg6+QH Q«+Qn + 1 /ЗД 1 /2иГ( ,-+Гсо5ф, tg6){1)

где QC - реактивная мощность параллельных конденсаторов;

QH - реактивная мощность нагрузки;

Рн - активная мощность нагрузки;

QH - реактивная мощность, потребляемая нагрузкой и инвертором;

QKJ-реактивная мощность компенсирующего устройства;

б, - угол замирания j-ro вентиля инвертора (,...,6);

ср,-- угол сдвига между первой гармоникой тока и напряжения i-ой фазы;

и/ - максимальное значение фазного напряжения i-ой фазы;

1Г- максимальное значение тока i-ой фазы.

При этом угол отпирания компенсатором реактивной мощности 3 определяется суммарным напряжением с выхода сумматора 6 и формирователя 7. Таким образом, в зоне регулирования автономного .инвертора тока его выходное напряжение по величине поддерживается на заданном уровне по первому контуру: блок 4 управления инвертором, автономный инвертор тока 1, его частота и фаза по второму контуру: датчик 9 фазы выходного напряжения, сумматор 6, блок 5 управления компенсатором 3, компенсатор 3 реактивной мощности. Изменение параметров нагрузки, например, пуск асинхронных двигателей, вызывает скачкообразное изменение тока нагрузки, приводящее к толчку потребляемой реактивной мощности Qn, а значит, и к нарушению баланса реактивных мощностей. Как следст-вие, происходит изменение параметров выходного напряжения автономного инвертора, приводящее в конечном итоге к установлению нового баланса реактивных мощностей в системе. Необходимость поддержания параметров выходного напряжения инвертора неизменны.м требует компенсировать

это изменение Q... соотиетстнующим изменением QKV при liOMonui комиенсирующего устройства.

Изменение мощности, потреб, 1яемо1 1 компенсирующим устро11ством 3 осуп1.еств.-1ястся из.менением фазы управляющи.х импу.)п тиристоров к{)миенси)уюпимч) устро11ства относительно фазы переменного напряжения па выходе инвертора блока 5 упр ав.юпия компенсатором 3 в соответствии с суммар ным напряжением датчика 10 потреб, июмоГ реактивной мощности и сумматора 6.

Напряжение с датчика 10 потребляемой реактивной мопиюсти для трехфазного инвертора получается слсдующи.м образом. В

5 фазе А напряжение с измеряемой цепи поступает через трансформатор 15 фазного напряжения, первый двухполупериодный выпрямитель 25, фиксатор экстремума 18 па первый блок выборки и запоминания 17, где фиксируется максимальное значение фазного

0 напряжения иГ с последующей нодачс на первый вход первого множительного б.ю- ка 19. где перемножается с cyMMOit c. ia- гаемых, одно из которых является реактпв- пой составляюи1ей фазного тока ,, а

5 второе - произведение активной составляющей фазного тока I osij, на напряжение, пропорциональное тангенсу угла запирания вентилей .инвертора tgfi,. Напряжение, пропорциона.чьное фазно.му току, с выхода второго двухполупернодпого выпрямителя 26

0 поступает на третий блок выборки и запоминания 22, где фиксируется в момент прохождения через HO. ib линейного напряжения оставшихся фаз, оиределяемого вторым нуль-органом 24. снимаемого с трансформатора линейного напряжения 32, и постуиа5 ет на первый вход второго множительного блока 30. Это значение пропорционально активной составляющей фазного тока (f,. На второй вход второго множительного блока 30 поступает напряжение, пропорциональное тангенсу угла запирания вентилей инвертора данной фазы, получаемое с выхода делителя 29 как частное от деления де. ш- мого, равного реактивной составляющей .линейного напряжения соответствующего тиристора инвертора, снимаемого с транс5 форматора линейного напряжения 32 через четвертый блок выборки и запоминания 22, где фиксируется в момент подачи управляющего импульса на тиристор инвертора I, и делителя активной составляющей фазного напряжения, фиксируемого

0 в этот же момент пятым б,1оком выборки и запоминания 23 увеличенной в 3 раза.

т , f UAB sinfiA/ .

tg l Urcos6A)

5 Выходное напряжение второго множительного блока 30 поступает на второй вход первого сумматора 27, выход которого поступает на второй вход первого множи0

тельного блока 19. Полученное при этом на- пряжение, пропорциональное потребляемой реактивной мощности фазы,

QA 1 /2ил (л 51пфл + ГАСОЗфЛйбА) (з) поступает на нервый вход второго сумматора 28, где суммируется с аналогичными нанряжениями двух других фаз 12 и 13 и усредняется. На выходе датчика 10 образуется напряжение, пропорциональное величине потребляемой реактивной мондности

,, ,,„,,,,,, ,f , ,- ., jWи а II si ПОД I

Q 1 /3 I /2bA ( lASinCp + lACOS(), +

, 1 /r,7 i / I 1 i LJaiiSirK lf ,,.,

+ 1 /2ljB (1вз111фв+ iBcosqB rgyy.Q,.,,,, + (4)

I I /01 , I™UcAsincui , ,

+1 /2L,(l,-sm((,+ l,cos((., v U- - os lv

1/3(QA + QB + )

т т -m

| де UA, IJi, LV. максимальное значение фазного напряже- ния;

lAsin(|iA, iBsiiKf B, 1(;81п((х реактивная составляющая нотребляемо- -тW -V фазного тока;

UAB sin6A,UBCsin6ii, LicAsincpc - реактивная

составляющая линейного наиряже,- . Г-™ . ,

I (;co.soA,lj,cosoB, UBcoSftC - активная составляющая фазного напряжения.

При :(том значения величин I и 2 фиксируется в момент перехода фазного напряжения через ноль (мо.менты времени ti, t, t.i на )ис. 2, I ), значения величины 3 в момент перехода линейног О напряжения через ноль (моменты времени t.i, t,-,, tii на рис. 2, в), значение величины 4 -- в .моменты подачи 11.м1 ульсов управления на тиристоры инвертора соответствующей фазы (моменты времени (7, in, tn на рис. 2, б). Таким образом, в течение 1/2 нериода наиряжепия ком.мутато- ра имеется три момента получения иифор- манни о изменении фазной потребляе.мой реактивной мощности (например, для фазы Л в моменты времени ty, li, t., на рис. 2, б, в, г, т.е. шесть раз за период (рис. 2, ж). Получение сигнала о изменении потребляе.мой реактивной мощпости в системе возможно восемнадцать раз за период напряжения инвертора (рис. 2, к), когда происходит из- .менение значений неременных, входящих в выражение (4).

Данный сигнал поступает на линейный преобразователь 14, в котором преобразуется в синфазное напряжение UBi.ix f (Qn) таким образом, чтобы всякому изменению величины потребляемой монхности Q,, соответствовало с противоположным знаком изменение мощности потребляемой ком 1енсирую- щим устройство.м. С целью устранения погрешности определения максима.пьного значения фазного на11ряже1 ия при колебаниях

напряжения но амплитуде перед каждым последуюпдим из.меремием после фикеации максимальпого значения производится обнуление значения максима п ного напряжения в момент рарл нстна ну.) фазного напряжения с задержкой в блок( заде|)жки 31 на время заряда 3aiioMHH;iioi iiix элементов в блоках выборки и .чапомннания.

При изменении выходных нараметров инвертора происходит изменение значения выходного нанряжения датчика 10 нотребляе- loi р( MOHUiocTii за счет изме- нен ия ве.чичии, входящих в выражение (4). Так как потребляемая реактивиая мощность скачком измениться не может, то изменение значений сомнож1гге:1е| отражаем п)о- цесс изменения иотреб;1яе.мой реактивной

.мощности, что увеличивает точность онреде- ления угла а регулирования компенсатора, т.е. точность поддерживаемой частоты и фазы выходного напряжения инвертора. Остав- П1уюся неточность определения угла а устра5 няет астатический регулятор 6 фазы. Изменение выходного напряжения датчика 10 потребляе.мой реактивной мощности происходит следуюн1,им образом. Пусть в мо.мент времени (рис. 2, г) произошло резкое изменение параметров на1 рузки фазы А ин0 вертора. В результате произойдет изме1;е- ние параметров нанряжения HiiBepTOpa i как но амплитуде, так и по фазе, а значение тока останется неизменным (рис. 2, в, г, д). При этом нроизойдет сдвиг /шней- ного нанряжения инвертора, например

5 ивА,по отношению к напряжению задающего генератора 8 UBA (рис. 2, а) на угол у (рис. 2, в). Изменение выходного напряжения датчика 10 происходит за счет из.ме- нения величин, входящих в выражение (4), ,-, в с. 1едующие .моменты времени: в .момент 1|(1 (рис. 2, б), соответствующий моменту подачи импульса управления на тиристор V.S 5 инвертора, значение LUcosft, увеличится (рис. 2, г), что приведет к изменению значения Qc (уменьшится) рис. 2, п;

5 в момент tn (рис. 2, б), соответствующий моменту подачи импульса управления на тиристор VS 6 инвертора, значение LJBAsinSB увеличится (рис. 2, В), что приведет к увеличению значения QB (рис. 2, з); в .момент ti2 (рис. 2, г), соответств Ю1дий .мо0 менту нерехода фазного напряжения LA через ноль, значения Usin () увеличится (рис. 2, д) и значения и увеличится рис. 2, е, что приведет к увеличению QA (рис. 2, ж): в момент ti3 (рис. 2, в), соответетвую- щий моменту перехода линейного напряжения UBA через ноль, значение Iccosi(, увеличится (рис. 2, д), что приведет к увеличению QC (рис. 2, и); в момент ti-i (рис 2, б1. соответствующий моменту подачи нмп льса

5

управления на тиристор VS инвертора, значение. LJAcsinfiA увеличится (рис. 2, в), что приведет к увеличению QA (рис. 2, ж); в момент ti5 (рис. 2, в), соответствующий моменту перехода линейного напряжения UAC через ноль, значение Ьсозбв увеличит- ся(рис. 2, д) что приведет к увеличению QB (рис. 2, д) и т.д.

При изменении параметров нагрузки в одной из фаз инвертора происходит изменение семи значений величин входящих в выражение (4) за 1/2 периода напряжения инвертора. В результате выходное напряжение датчика 6 изменит свое значение семь раз за 1/2 периода, что при воздействии на блок управления компенсатором реактивной мощности приведет к изменению угла регулирования тиристоров и восстановлению баланса реактивных мощностей.

Таким образом, изобретение позволяет уменьщить время переходных процессов в системе регулирования и повысить точность регулирования выходного напряжения автономного инвертора тока с компенсатором реактивном .мощности.

Формула изобретения

Устройство для комбинированного управления автономным инвертором тока, к выходам переменного тока которого подключены батарея конденсаторов и компенсатор реактивной мощности, содержащее блок уп- авления инвертором тока, входы которого предназначены для подключения к выходам переменного тока, а выходы - к управляющим электродам тиристоров инвертора тока, блок управления компенсатором реактивной мощности, выходы которого предназначены для подключения к управляющим входам компенсатора, первый вход подключен к выходу сумматора, а второй вход к выходу формирователя напряжения управления в функции величины реактивной мощности, первый вход сумматора подключен к выходу задающего генератора, а второй вход к-выходу датчика фазы, входы которого подключены к выходам переменного тока инвертора, выход формирователя напряжения управления в функции величины реактивной мощности подключен к выходу датчика .потребляемой реактивной мощности, содержащего в каждой фазе трансформатор фазного тока, трансформатор фазного напря жения, вход которого подключен к соответствующей фазе инвертора, а выход к нуль- органу, выход которого подключен к первому входу блока выборки и запоминания, второй вход которого подключен к выходу фиксатора экстремума, а вы.ход к первому входу множительного блока, отличающееся

тем, что, с целью повышения точности регулирования, датчик потребляемой реактивной мощности снабжен вторым, третьим, четвертым и пятым блоками выборки и запоминания, вторым нуль-органом, первым ii

Q вторым выпрямителями, вторым и третьим сумматорами, делителем, вторым множительным блоком, блоком задержки и трансформатором линейного напряжения, причем вход первого выпрямителя соединен с входом пятого блока выборки и запоминания и под5 ключен к выходу трансформатора фазного напряжения, выход первого выпрямителя подключен к первому входу фиксатора экстремума, второй вход которого подключен к выходу блока задержки, вход которого под0

ключен к выходу первого нуль-органа, вход

второго выпрямителя подключен к выходу трансформатора тока, а выход к первому входу третьего и второго блоков выборки и запоминания, первый вход второго блока выборки и запоминания подключен к вы.хо5 ду первого нуль-органа, а выход подключен к первому входу второго сумматора, первый выход трансформатора линейного напряжения подключен к входам второго нуль- органа и четвертого блока выборки и запоминания, второй вход которого подключен

0 к выходу блока управления инверторо.м тока, а выход подключен к первому входу делителя, второй вход которого подключен к выходу пятого блока выборки и запоминания, выход делителя подключен к второму входу второго множительного блока пос.пе5 дующей фазы датчика, второй вход второго множительного блока подключен к выходу делителя предыдущей фазы датчика, а выход к второму входу второго сумматора, выход которого подключен к второму входу перво0 го множительного блока, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора, два других входа которого подключены соответственно к входам первых множительных блоков двух других фаз датчика, а выход третьего сумматора подКлю5 чен к входу формирователя напряжения управления в функции величины реактивной мощности, два других выхода трансформатора линейного напряжения подключены соответственно к входам вторых нуль- органов и четвертых блоков выборки и запоминания двух других фаз датчика.

и

и,

Ч

,- /jt

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в авто/.f г теГУг-/ номных инверторах тока. Цель изобретения - noBhinieiuic гочиости регулирования. На выходе первого сумматора 27 по.чучают сигнал, пропорциональный потребляемому фазному реак швному току, который поступает на нoжитeльныi блок 19. На выходе получают сигна.1, пропорциональный фазной потребляемой реактивной .мощности, который поступает па вход второго сумматора 28, на два остальных входа которого поступают апа,1огичные сигналы остав1иих- ся фаз. Выходной сигнал, пропорциональный потребляемой реактивной мощности, через формирователь 7 воздействует на б/юк управления компенсатором, изменяя угол регулирования, а значит и величину потреб.тяе- мой компенсатором реактивной .мощности таким образом, чтобы баланс реакт1 впоГ1 мощности в системе не нарун1а. 1ся. 2 ил. ( (Л 4;;ik о оо о:) о ю

Uu

о О

UAUT

j- Тб Tl j// j/ 1 l/gl l

S

Uac SLfroA

Ojt