Способ регулирования тока нагрузки вентильного преобразователя Советский патент 1988 года по МПК H02M7/12 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления силовыми статическими вентильными преобразова- т|елями..

i Целью изобретения является повышение точности регулирования непре- рЫвного тока в нагрузке с любыми параметрами при вариациях напряжений питающей сети.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ регулирования тока нагрузки ВП, выполненного, напри- , по трехфазной нулевой схеме; н фиг. 2 - диаграммь, поясняющие ef O работу.

Устройство, реализующее предлагае- ЦЕЙ способ (фиг. 1), содержит датчики 1-3 напряжений питающей сети (ДН), сумматоры (G) 4-6, интеграторы 7-9 со сбросом, блок 10 управления сбросом интеграторов (БУС), первый коммутатор П аналоговьк сигналов (КС1), фильтры 12-14 нижних частот (Ф), второй 15 и третий 16 коммутаторы аналоговых сигналов (КС2 и КСЗ), блок 17 ограничения углов управления (БОУ), датчики 18 тока нагрузки (ДТ), источник 19 задающего сигнала (ИЗС), датчик 20 ЭДС нагрузки (ДЭ), сумматоры (С4 и С5) 21 и 22, пропорциональный ре гулятор 23 тока (РТ), масштабирующие усилители 24 и 25 с коэффициентами передачи К и , сумматор (С6) 26, масштабирующий усилитель 27 с коэффициентом передачи К, компаратор 28 с суммирующими входами (К), распределитель 29 импульсов (РИ).

Входы ДН 1-3 соединены с источниками сетевых напряжений, а их выходы подключены к входам сумматоров 4-6, .БУС 10, фильтров 12-14 и БОУ 17. Выходы сумматоров 4-6 подключены к входам интеграторов 7-9 со сбросом соответственно, входы сброса которых соединены с выходами БУС 10, а выходы подключены к входам коммутатора KCI П. БУС 10 в данном случае состоит из трех каналов, каждый из которых может включать в себя сумматор, первой гармоники напряжения питающей сети. Коммутатор КС1 11, а также коммутаторы КС2 15 и КСЗ 16 имеют число ключей, равное количеству вентилей ВП. Выходы фильтров 12-14, представляющих собой апериодические звенья nepBorio порядка, со0

5

5

0

5

0

5

0

5

единены с соответствующими входами КС2 5 и КСЗ 16, а входы управления ключами коммутаторов 11, 15 и 16 и соответствующие входы БОУ 17 подключены к вторым входам РИ 29,. первые выходы которого соединены с управляющими электродами вентилей ВП. При этом входы управления ключей коммутаторов КС1 II, КС2 15 и КСЗ 16, соответственно коммутирующих первую, вторую и третью составляющие опорного сигнала очередного вентиля, подключены к одному и тому же выходу РИ 29. Выход КС1 11 соединен с вторым суммирующим входом компаратора 28 и одним из входов сумматора С6 26, другие входы которого через масштабирующие усилители 24 и 25 соответственно соединены с выходами КС2 15 и КСЗ 16, а выход через масштабирующий усилитель 27 подключен к второму суммирующему входу К 28. Выход компаратора 28 соединен с одним из входов БОУ 17, а его первый суммирующий вход соединен с выходами сумматоров С5 22 непосредственно и С4 21 через пропорц;;ональньй РТ 23. К одним из входов С4 21 и С5 22 подключен выход ИЗС 19, а другие входы указанных сумматоров соединены с выходами ДТ 18 и ДЭ 20 соответственно.

Способ регулирования тока нагрузки вентильного пр еобразователя можно уяснить, рассмотрев работу устройства, функциональная схема которого приведена на фиг. I. Временные дна- граммы, поясняющие его работу, приведены на фиг. 2, где e«, ев, ее - напряжения фаз питающей сети; U ,

и,

ВНХ;

bwx первые составляющие опорных сигналов вентилей; Uon(h) первая составляющая опорного сигнала очередного п-го вентиля; S(, , Soj Soi - импульсы сброса интеграторов на выходе БУС 10 (фиг. 1); Ц; , , ,{ - сигналы на выходах фильтров 12-14 (фиг. 1); и{(„) и }(п- (У - соответственно вторая и третья составляющие опорного сигнала очередного вентиля; Е, и Ut - амплитуды напряжений питающей сети и сигналов на выходах фильтров 12-14 (фиг. I); UBWX (V) и е о напряжение на выходе преобразователя и противоЭДС нагрузки; Uji и i(Mx V) сигнал задания тока нагрузки и ток нагрузки соответственно; То и In - начальное значение тока нагрузки в момент включения очередиого вентиля и среднее значение пульсаций тока нагрузки; U - сигнал на выходе РТ 23 (фиг. 1); и(„-) корректирующий опорный сигнал очередного вентиля; U, j(v,) результирующий опорный сигнал очередного п-го вентиля; U} и - сигнал задания среднего выходного напряжения ВП и сигнал управления, преобразователем соответственно; So( и ot - соответственно сигнал на выходе компаратора 28, (фиг, I) и импульсы управления вентилями; V u)t - текущее время t в угловых единицах; ui - круговая

I,

частота питающей сети; Ц arctg()RM

фазовый угол нагрузки ВП, содержащей индуктивность Ьц и активное со против- ление RH.

Приведенными диаграммаг-т иллюстрируется работа ВП в стационарном режиме непрерывного тока (Uj{ « const)

и,

о

)

, Т.е. на выходе КС1 сигнал оп(и) в каждь51 момент времени равен первой составляющей опорного сигнала очередного вентиля (фиг. 26).

Аналогично коммутаторами КС2 15 и КСЗ 16 из выходных сигналов фштьтров 12-14 (фиг. 1) формируются вторая и третья составляющие опорного сигнала

очередного вентиля ) и и(

(фиг. 2в). Указанные фильтры представляют собой апериодические звенья первого порядка и являются моделями RL- нагрузки ВП. Для этого статический

5 коэффициент передачи и постоянная времени фильтра выбираются такими, чтобы выходной сигнал фильтра был пропорционален току, который протекал бы в цепи, содержащей активное сопро0/тивление и индуктивность, равные соответствующим параметрам нагрузки, под действием соответствующего сетевого напряжения. Сигнал, пропорциональный напряжению фазы сети, посту

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при управлении силовыми статическими вентильньи преобразователями для повьшения точности регулирования непрерывного тока в нагрузке с любыми параметрами при вариациях напряжений питающей сети. Цель изобретения - повьппение точности регулирования непрерывного тока в нагрузке, с любыми параметрами при вариации питающей сети. Способ регулирования тока нагрузки вентильного преобразователя состоит в том, что управляюощй сигнал формируется в виде суммы составляющих, пропорциональньпс ЭДС нагрузки, заданному току и разности заданного тока и тока нагрузки. Импульсы управления вентилями формируются в момент равенства управляющего и опорного сигналов. Опорный сигнал очередного вентиля формируют как сумму трех составляющих. Первую составляющую опорного сигнала формируют пропорционально интегралу от разности напряжений фаз предыдущего и очередного вентилей, а 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. Вторую составляющую опорного сигнала формируют пропорционально установившемуся току фазы нагрузки, протекающему под действием напряжения фазы сети коммут1фуемого очередным вентилем. Третью составляющую опорного сигнала формируют пропорционально взято му с обратным знаком установившемуся току фазы нагрузки, протекающему под действием напряжения сети, коммутируемого предыдущим вентилем, 2 ил. to tsO сл 01

при синусоидальных напряжениях питаю- 25 пает на вход фильтра с выхода соотщей сети и пренебрежении углами коммутации вентилей.

Сигналы, пропорциональные напряжениям фаз питающей сети, с выходов ДН 1, 2 и 3 через сумматоры 4, 5 и 6 поступают на входы интеграторов 7, 8 и 9 (фиг. 1). На выходе интеграторов формируются первые составляющие опорных сигналов вентилей (фиг. 2а,б) Моменты установки нулевых начальных условий интеграторов определяются временным положением импульсов Sen 5ог Soi , формируемых БУС (фиг. 26) в моменты перехода через ноль первой гармоники суммы напряжений сети, поступающих на вход соответствующего интегратора, при углах управления данного венткпя о . Выходные сигналы интеграторов поступают на ключи первого коммутатора КС1 II, которые управляются стробами РИ 29 Sc, Si, и Sc (фиг. 1). .Указанные стробы выбираются в соответствии с порядком работы вентилей ВП так, что на интервале формирования опорного сигнала очередного вентиля вплоть до момента генерации его импульса управления соответствующий строб равен логической единице. При этом замыкается ключ КС1, управляющийся этим стробом. Например, при формировании опорного сигнала вентиля, включенного на сетевое напряжение ед, Sg 1, а S 5(г. 0. Очевидно, тогда, что U(

ветствующего ДН (фиг. I).

Сигналы второй и третьей составляющей опорного сигнала очередного вентиля с вьпсодов КС2 15 и КСЗ 16 Q через масщтабирующие усилители 24 н 25 с коэффициентами передачи К и К.ц соответственно поступают на вхо,- ды сумматора 26, на третий вход которого поступает первая составляющая опорного сигнала Uort(n) выхода пер- вого коммутатора 11 (фиг. 1). Выход- ной сигнал указанного сумматора через мааптабирующий усилитель 27 поступает на второй суммирующий вход .К 28, об5

0

разуя сигнал Uon(n)

который в даль5

нейщем будем называть корректирующим опорным сигналом очередного вентиля (фиг. 2е). На этот же вход компаратора поступает первая составляющая опорного сигнала Uon(w) , образующая в сумме с корректирующим опорным сигналом очередного вентиля результирующий опорный сигнал Uof,jCv,) (фиг. 2ж) .

На первом суммирующем входе компаратора 28 образуется сигнал управления ВП Uy, представляющий собой сумму выходного сигнала РТ 23 UPT и сигнала задания среднех о выходного напряжения преобразователя V, (фиг. 1). В свою очередь, сигнал Uj. представляет собой сумму выходных сигналов ИЗО 19 Uj и ДЭ 20 Ue, вычисляемую сумматором 22 (фиг. 1). Указанные сигналы пропорциональны соответственно паде0

Нйю напряжения от заданного тока I Ни активном сопротивлении нагрузки RJ, и противоЭДС нагрузки е«,, поэтому

и

Ue U:

i

КСво + I,R«), (1)

где К коэффициент пропорциональ; ности.

; Сигнал задания тока нагрузки и поступает также на вход сумматора 21, rfee из него, вычитается сигнал ДТ 18 (фиг, 2г). Полз 1енный в результате сигнал ошибки Uutui поступает на вход п|ропорционального РТ 23 (фиг. 1), коэффициент передачи которого равен Крт . Поэтому для выходного сигнала PIT soжнo записать следующее соотно- фние;

%- (Ugi-UL)Kp К,(1 -1БыхЛ, (2)

Пде

К коэффициент пропорциональ- i ности. Компаратор 28 меняет свое состояние в. момент равенства результирующего опорного сигнала очередного вентиля Uons.(n) и сигнала управления

и

и

tr

(3)

При этом на его выходе формируется сигнал Bgj(, (фиг. 2ж5 з), которьш поступает на один из входов БОУ (фиг. 1), где угол управления очеред ного вентиля ограничивается областью положительного напряжения на нем и импульс управления ti формируется по длительности (фиг. 2и). В БОУ осуществляется проверка условия положительности напряжения на очередном п-м вентиле в режиме непрерывного тока:.

e(n)(V) ecn,-(V).

(4)

При этом импульс управления формируется3 если опорньй и управляющий сигналы очередного вентиля стали равны при положительном напряжении

. на нем лли указанные сигналы не сравнялись до момента времени, когда напряжение на очередном вентиле стало отрицательным. В последнем случае имJпульс ifC формируется в момент смены SHliKa напряжения на вентиле. импульс не может включить вентиль, но он переключает РИ 29 (фиг. 1) и,

,следовательно, всю систему управления

ВП для форм1-фова.ния опорного сигнала

следующего вентиля. Кроме того, РИ распределяет каждый очередной импульс « на управляющий электрод соответствующего вентиля.

Можня записать, что корректирующий опорный сигнал

и

опСи)

(V)

-ец

(V) Г °

KprL Uon{H) RK

где ец ехр(1 - ен 2 RH

П иЗЬц

(V)

)

( V),(5).

Рассмотрим, как формируется корректирующий опорный сигнал в предлагаемом способе. Передаточная функция

RL-нагрузки по току

1

(Р)

(р) RH(I + Т„р)

,(6)

5

0

где

т : Н

ц - электромагнитная

постоянная времени нагрузки.

Следовательно, для получения ве- .личин RHi(n)() и Rwi(nH) (V) необходимо подвергнуть соответствующие сетевые напряжения преобразованию с помощью апериодических звеньев пер- . вого порядка, передаточная функция которых Wcp(p) соответствует передаточной функции нагрузки, а именно

(p)

1

1 + Тцр

(7)

40

Эту опера цию выполняют Ф 12-14 (фиг. 1), формируя на своих выходах систему сигналов, пропорциональных фазным токам - U-it, Uj -i, Ujj, (фиг. 2 в) . С помощью КС2 15 и КСЗ 16 (фиг. 1) из этой системы в соответствии с порядком работы вентилей ВП формируются сигналы, пропорциональные i(n)(V) S и i(rvH7(V) - Ui-(ny и ,-) (фиг.2в). Коэффициенты передачи масштабирующих усилителей 24 и 25 (фиг. I) выбираются в соответствии с (5) равными

KV,

1 - ей

К(,-.)

1

ем

Если при этом выбрать коэффициент передачи масштабирующего усилителя 55 27 (фиг. 1) равным коэффициенту передачи П-регуля тора тока Крт , т.е. KH KPT , то нетрудно видеть, что корректирующий опорой сигнал очередного вентиля формируется в данном

устройстве в полном соответствии с уравнением (5).

Таким образом, предлагаемый способ регулирования тока нагрузки ВП обеспечивает повьппеиие то Чности регулирования тока в нагрузке за счет формирования опорных сигналов вентилей таким образом, чтобы параметры

нагрузки и искажения формы напряжений ig чем первую составляющую опорного сигнала формируют пропорционально интегралу от разности напряжений фаз предыдущего и очередного вентилей, результат интегрирования обнуляют

15 один раз за период напряжения щей сети в момент перехода через нуль первой гармоники суммы интегрируемых напряжений при углах управления вентиля больше 180 зл.град. вто20 РУ составляющую опорного сигнала формируют пропорциональноустановившемуся току фазы нагрузки, протекающему под действием напряжения фазы сети, коммутируемого очередным венпитающей сети учитывались при определении фазы отпирающего импульса очередного вентиля.

Формула изобретения Способ регулирования тока нагрузки вентильного преобразователя, состоящий в том,-что измеряют противо- ЭДС нагрузки и иагрузки, управ- лякиций сигнал формируют в виде суммы трех составляющих, первая из которых пропорциональна проТивоЭДС нагрузки, фторая - разности заданного тока и тока нагрузки, а третья - заданному току нагрузки, сравнивают опорный и уп- 25 тилбм, а третью составляющую опорноравляющий сигналы, в момент их равенства формируют импульсы управления вентилями, ограничивают угол управления каждым вентилем его рабочим диапазоном от нуля до 180 эл. град. и распределяют импульсы управления

по вентилям, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования непрерывного тока в нагрузке с любыми параметрами при вариациях напряжений питающей сети, измеряют напряжения фаз сети, опорный . сигнал очередного вентиля формируют в виде суммы трех составляющих, при30

го сигнала формируют пропорционапьно взятому с обратным знаком установившемуся току фазы нагрузкиц протекаю - щему под действием напряжения питающей сети, коммутируемого предыдущим вентилем.

./ V Vj

т

и

8ЫХМ