Адаптивное устройство для управления вентильным преобразователем Советский патент 1991 года по МПК H02M7/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в силовой преобразовательной технике.

Целью изобретения является повыше- ние точности отработки тока задания вентильным преобразователем в широком диапазоне изменения противоЭДС

На фиг. 1 дано адаптивное устройство} на фиг. 2 - регулировочная ха- рактеристика адаптивного устройства; На фиг. 3 - внешние характеристики управляемого выпрямителя $ на фиг.4- передаточная характеристика первого функционального преобразователя, на фиг. 5 - то же, второго функциональ- його преобразователя; на фиг. 6 - временные диаграммы работы управляемого выпрямителя в выпрямительном режиме} на фиг. 7 - то же, в инвертор- йом режиме.

Сигнал управления Uu поступает на вход системы импульсно-фазового управления вентильного преобразователя (фиг. 1).

Элемент 1 сравнения выполнен на двух диодах 2 и 3 и резисторе 4 и Предназначен для передачи на вход второго сумматора 5 наименьшего из Двух сигналов U, и U, снимаемых соответственно с неинвертирующего уси- ителя 6 и выхода первого сумматора.

,t Нелинейный усилитель 8 выполнен в виде йеинвертирующего суммирующего усилителя 9 с нелинейной обратной связью. Нелинейная цепь обратной свя- и состоит из параллельного соединения резистора 10 и последовательной цепи, состоящей из резистора 11 и Диода 12. Анод диода подключен к вы- Ходу операционного усилителя 9. При отрицательных выходных напряжениях операционного усилителя 9 диод 12 заперт и резистор 11 исключен из работы, что соответствует определенному Коэффициенту передачи К усилителя 9. При положительных выходных напряжениях операционного усилителя 9 в цепи обратной связи работают два резистора 10 и 11, что соответствует другому коэффициенту передачи Kj. На второй вход нелинейного усилителя поступает отрицательное значение напряжения Ug с выхода функционального преобразователя 13. Поэтому, когда положительный сигнал Up по абсолютной величине меньше UQ, выходное напряжение операционного усилителя 9 - отрицательное. При этом коэффициент передачи нелинейного

усилителя 8 соответствует значению К . Для случая Up больше Ua нелинейный усилитель 8 имеет коэффициент передачи К3. При этом

Первый функциональный преобразователь 13 имеет передаточную характеристику такую же, как зависимость среднего тока от противоЭДС в режиме предельно непрерывного тока.

Пунктирной линией на фиг. 3 изображены точки перехода от прерывистого тока к непрерывному. На границе между непрерывным и прерывистым током среднее выпрямленное напряжение управляемого выпрямителя равно противоЭДС двигателя. ПротивоЭДС двигателя и среднее значение тока в режиме предельно непрерывного тока связаны эллиптической зависимостью (фиг. 4).

Второй функциональный преобразователь 14 имеет арксинусную передаточную характеристику с положительным смещением. Это поясняется с помощью временных диаграмм (фиг. 6 и 7). Выпрямительный режим работы управляемого выпрямителя показан на фиг. 6, а инверторный режим - на фиг. 7. Сигнал управления UHЈ# пересекает линии опорных напряжений в точках, соответствующих углам управления V. Угол управления Vg отсчитывается в обе стороны от точки, где опорное напряжение равно нулю. Углы управления Vg соответствуют моментам времени, когда линейное напряжение ид#.равно противоЭДС Ј . Поэтому при углах управления Vf ток нагрузки равен нулю. При этом сигнал управления Uyg затрачивается на компенсацию противоЭДС g и соответствует началу режима прерывистого тока. jTax как угол, отсчитываемый от точки перехода синусоиды линейного напряжения U через нуль в область отрицательных значений до точки опорного напряжения, соответствующей нулевому значению, равен Т/т, то линейное напряжение равно противоЭДС при следующих углах:

(vg + -i- -e.

В относительных единицах ил# 1 . Тогда

Vs arcs in 6- ---.

С-Ш

Линейные опорные напряжения выбирают таким образом, чтобы зависимость

между управляющим напряжением и углом управления была прямо пропорциональной. В этом случае сигнал управления, затрачиваемый на компенсацию проти- / воЭДС равен

V ve arcsinЈ- -

На фиг. 1 датчик ЭДС реализует арксинусную Функцию от противоЭДС

и„ arcsin/. 6

Постоянное значение сигнала в витрачиваемая на создание предельно не-, прерывного тока, определяется как

иб

U

У

- arcsinЈ+ U.

-Uye arcsin ----

CAT

Эта зависимость справедлива как для выпрямительного, так и для инвер- торного режима (фиг. 6 и 7). Значит, противоЭДС Ј в этом выражении изменяется от максимально возможного отрицательного значения до максимума , положительного значения. На фиг. 5

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение точности отработки тока задания вентильным преобразователем в широком диапазоне изменения противоЭДС. Адаптивное устройство для управления вентильным преобразователем содержит нелинейный усилитель 8, датчик 15 ЭДС, неинвертирующий усилитель 6, функциональный преобразователь 13 с передаточной характеристикой идентичной зависимости среднего тока от противоЭДС, функциональный преобразователь 14 с арксинусной передаточной характеристикой, элемент 1 сравнения и два сумматора 5,7. Сигнал задания тока корректируется во всем диапазоне изменения противоЭДС. Таким образом зависимость напряжения вентильного преобразователя от сигнала задания сохраняет линейность. 7 ил. -/ с 8 (Я с

де смещения поступает на вход второго jc показана зависимость сигнала, затрачиваемого на создание предельно непреТ рывного тока от противоЭДС, которая

и имеет положисумматора 5 U.

U

см п

Таким образом, сигнал управления 46 затРачиваемый на компенсацию противоЭДС, реализован с помощью датчика ЭДС 15 и сумматора 5.

Конечной точкой режима прерывистого тока является лргдельно-непрерыв- ный ток нагрузки управляемого выпрямителя. Когда пренебрегают активным сопротивлением нагрузки, предельно непрерывный ток возникает при равен- .стве противоЭДС и среднего выпрямленного напряжения управляемого выпрямителя. На фиг. 6 и 7 предельно непрерывный ток нагрузки возникает при углах управления Vy, что соответствует сигналу управления Uy при заданной противоЭДС Ј. Среднее выпрямленное напряжение U имеет синусоидальную зависимость от угла управления V

Ч:

20

30

35

является арксинуснои тельное смещение.

Работа адаптивного устройства происходит следующим образом.

При отсутствии сигналов на т.е. Up 5 0,

входах,

напряжения на выхои25 15 Up (фиг. 1) равны нулю. В этом

дах схемы сравнения Uj и датчика ЭДС

случае сигнал управления равен

U

7

га

При этом углы управления вентильным преобразователем будут такими, чтобы его выходное напряжение было

(Фиг. 6, vtM ---;

U

Л

равно нулю

0).

При возрастании сигнала Up задания тока будут возрастать сигналы К на выходах неинвертирующего усилителя 6 и нелинейного усилителя 8. Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя 6 выбирается намного больше коэффициента усиления нелинейного усилителя 8 . Причем выходной сигнал на выходе нелинейного усилителя 8 имеет отрицательное значение, но его величина меньше сигнала Ua на выходе функционального преобразователя 14. Поэтому сигнал Ue на выходе сумматора 7 имеет положительное значение. Выходное напряжение элемента 1 сравнения определяется наименьшим из сиг

m

7

-г,- sinsin V

if m

V

откуда

ud 8 KMsin

ra n

гдеКм -г sin ---.

Отсюда сигнал управления U, затрачиваемый на создание предельно непрерывного тока нагрузки при заданной противоЭДС, равен

V

arcsin ---. км

Сигнал управления U4 «. состоит из

/ f суммы двух сигналов и,,... и U (фиг.6

и 7), соответствующих сигналу управления, затрачиваемому на компенсацию противоЭДС, и сигнала, затрачиваемого на создание предельно непрерывного тока. В этом случае доля сигнала, заи имеет положи

является арксинуснои тельное смещение.

Работа адаптивного устройства происходит следующим образом.

При отсутствии сигналов на т.е. Up 5 0,

входах,

напряжения на выхои15 Up (фиг. 1) равны нулю. В этом

дах схемы сравнения Uj и датчика ЭДС

случае сигнал управления равен

U

7

га

30

При этом углы управления вентильным преобразователем будут такими, чтобы его выходное напряжение было

35

40

45

50

55

(Фиг. 6, vtM ---;

U

Л

равно нулю

0).

При возрастании сигнала Up задания тока будут возрастать сигналы К на выходах неинвертирующего усилителя 6 и нелинейного усилителя 8. Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя 6 выбирается намного больше коэффициента усиления нелинейного усилителя 8 . Причем выходной сигнал на выходе нелинейного усилителя 8 имеет отрицательное значение, но его величина меньше сигнала Ua на выходе функционального преобразователя 14. Поэтому сигнал Ue на выходе сумматора 7 имеет положительное значение. Выходное напряжение элемента 1 сравнения определяется наименьшим из сигналов U ,| и Ua. Следовательно, на первом интервале 0-1 (фиг. 2) выходной сигнал элемента 1 сравнения определяется выходным сигналом неинвертирующего усилителя 6, Выходной сигнал неинвертирующего усилителя 6 с входом связан через коэффициент передачи К,. Поэтому имеем

U,:

U, К,- Up,

При дальнейшем увеличении сигнала Un задания на ток на интервале 1-U (фиг. 2) напряжение на выходе сумматора 7 U4 становится меньше U. Поэтому напряжение на выходе элемента 1 сравнения равно

U, -D где Ua 2 К2( Up - Ua) + U6,

10

и„ выходной сигнал функционального преобразователя 13, равный среднему току нагрузки в режиме предельного непрерывного тока при заданной противоЭДС ,, 5

выходной сигнал функционального преобразователя 14, соответствующий предельно непрерывному току при заданной противоЭДС.

1654948 8

При такой настройке адаптивного устройства его коэффициент усиления в зоне прерывистого тока более высокий, чем в зоне непрерывного тока, а произведение динамических коэффициентов передачи управляемого выпрямителя и адаптивного устройства идентично в обоих токовых режимах в широком диапазоне изменения противоЭДС. Это повышает точность отработки тока задания вентильным преобразователем в широком диапазоне изменения противоЭДС. Формула изобретения

20

Адаптивное устройство для управления вентильным преобразователем, содержащее нелинейный усилитель, подключенный входом к источнику сигнала задания тока, датчик ЭДС, подключенный входом к источнику сигнала противоЭДС, отличающееся тем, что, с целью повышения точности отработки тока задания вентильным преобразователем в широком диапазоне изменения противоЭДС, в него введены неинвертирующий усилитель, два функциональных преобразователя, первый из которых имеет передаточную характеристику такую же, как зависимость среднего тока от противоЭДС в режиме предельно непрерывного тока, а второй имеет арксинусную передаточную характеристику с положительным смещением, элемент сравнения и два сумматора,

При сигналах задания UD, равных

Urt, получаем

Р

UO

и-

и

В

что соответствует режиму предельно непрерывного тока нагрузки (точка А на фиг. 2). Точка А на фиг. 2 с координатами , U образована из двух сигналов U.. и U, соответствующих предельно непрерывному току нагрузки в зависимости от величины противоЭДС. Таким образом, нелинейный усилитель 8 и сумматор 7 решают уравнение прямой Uj, проходящей через точку А, соответствующую режиму предельно непре25

30

Адаптивное устройство для управления вентильным преобразователем, содержащее нелинейный усилитель, подключенный входом к источнику сигнала задания тока, датчик ЭДС, подключенный входом к источнику сигнала противоЭДС, отличающееся тем, что, с целью повышения точности отработки тока задания вентильным преобразователем в широком диапазоне изменения противоЭДС, в него введены неинвертирующий усилитель, два функциональных преобразователя, первый из которых имеет передаточную характеристику такую же, как зависимость среднего тока от противоЭДС в режиме предельно непрерывного тока, а второй имеет арксинусную передаточную характеристику с положительным смещением, элемент сравнения и два сумматора,

рывного тока, которая является функ- 35 причем нелинейный усилитель выполнен цией противоЭДС.

При сигналах задания на ток Up, больших иа, нелинейный усилитель 8 изменяет свой коэффициент таким образом, что

40

в виде неинвертирующего суммирующего усилителя с нелинейной обратной связью, входы которого соединены с источником сигнала задания тока и с выходом первого функционального преобразователя, входы первого сумматора связаны с выходом нелинейного усилителя и с выходом второго функционального преобразователя, входы функциональных преобразователей соединены с источником сигнала противоЭДС, входы элемента сравнения связаны с выходом первого сумматора и с входом неинвертирующего усилителя, а его выход - с первым входом второго сумматора, второй вход которого связан с выходом датчика ЭДС, а выход предназначен для связи с системой управления вентильным преобразователем.

и:

; иа кг(ир - иа) + иь.

В этом случае управляемый выпрямитель работает в режиме непрерывного тока.

При быстрых переходах в инвертор- ный режим возможен случай изменения сигнала UD. В этом случае име

знака ем

JP

U:

-К.- U,

1 - Г °рЭто обеспечит быстрый равляемого выпрямителя в режим (фиг. 2, четвертый

Адаптивное устройство для управления вентильным преобразователем, содержащее нелинейный усилитель, подключенный входом к источнику сигнала задания тока, датчик ЭДС, подключенный входом к источнику сигнала противоЭДС, отличающееся тем, что, с целью повышения точности отработки тока задания вентильным преобразователем в широком диапазоне изменения противоЭДС, в него введены неинвертирующий усилитель, два функциональных преобразователя, первый из которых имеет передаточную характеристику такую же, как зависимость среднего тока от противоЭДС в режиме предельно непрерывного тока, а второй имеет арксинусную передаточную характеристику с положительным смещением, элемент сравнения и два сумматора,

причем нелинейный усилитель выполнен

причем нелинейный усилитель выполнен

в виде неинвертирующего суммирующего усилителя с нелинейной обратной связью, входы которого соединены с источником сигнала задания тока и с выходом первого функционального преобразователя, входы первого сумматора связаны с выходом нелинейного усилителя и с выходом второго функционального преобразователя, входы функциональных преобразователей соединены с источником сигнала противоЭДС, входы элемента сравнения связаны с выходом первого сумматора и с входом неинвертирующего усилителя, а его выход - с первым входом второго сумматора, второй вход которого связан с выходом датчика ЭДС, а выход предназначен для связи с системой управления вентильным преобразователем.

фиг. 2

Фиг А

Фиг. 3.

Фиг. 5.

S«r /W

7V

:

tf5T

rz /

жь

/«

4х

-

X -ч

:

tf5T

rz /

жь

/«

X -ч

Фи.