Способ формирования сигнала разрешенного диапазона углов включения вентилей в ведомых сетью вентильных преобразователях переменного тока в постоянный Советский патент 1992 года по МПК H02H7/10 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к ведомым сетью вентильным преобразователям, подключенным к нагрузке с противо-ЭДС, преимущественно в виде двигателя постоянного тока.

Формирование управляющих импульсов в известных аналоговых системах импульсно- фазового управления преобразователями (СИФУ) осуществляется обычно в моменты сравнения опорного напряжения U Оп с алгебраической суммой напряжений управления Uy и смещения U0.

В качестве опорного напряжения в современных многоканальных СИФУ с вертикальным управлением используется синусоидальное или пилообразное напряжение, синхронизированное с питающей преобразователь сетью.

Полный диапазон изменения углов управления а преобразователем от минимального значения «мин в выпрямительном режиме до максимального значения а макс- в инверторном режиме, ограничивается в известных СИФУ двумя способами. Первый способ. Ограничение алгебраической суммы напряжения управления и смещения на входе СИФУ. Этот способ осуществляется подключением на указанный вход ограничительной транзисторно-резистивной цепочки с эталонным (стабилизированным) напряжением сравнения. Второй способ. Формирование логического сигнала разрешенной зоны появления управляющих импульсов с жестким (фиксированным) ограничением а мин и жестким или плавающим ограничением о: макс (3-6). Устройства для осуществления этого способа содержат обычно в составе СИФУ узлы ограничения а мин и а макс, определяющие длительность сигнала разрешенной зоны. При плавающем ограничении о:максузел ограничения а макс соединяют с дополнительным выходом датчика тока.

Второй способ, очевидно, более надежен, так как ограничение предельных углов осуществляется не на входе СИФУ, а ближе к выходным цепям, что увеличивает помехозащищенность. Этот способ применяется в мощных преобразователях НПО ХЭМЗ и Преобразователь.

Оба указанных способа обеспечивают соответствие ЭДС двигателя и преобразователя только в крайних точках диапазона регулирования, Для обеспечения соответствия ЭДС нагрузки- и преобразователя во всем диапазоне регулирования (и тем самым исключения неуправляемых бросков тока) предлагается плавающее ограничение в функции ЭДС нагрузки диапазона изменения текущих значений угла управления а. При этом результат достигается автоматическим ограничением алгебраической суммы напряжений смещения и управления, т.е. воздействием на вход СИФУ, что имеет недостаток - низкую помехоустойчивость. Такой способ получил в литературе название токовой стенки и широко применяется в одноконтурных САР вентильного электропривода, а также в многоконтурных,

как дополнительное аварийное ограничение.

Реализация токовой стенки осуществляется подключением на входе СИФУдиодно-резистивной ограничительной цепочки с запиткой не от эталонного напряжения (как в устройстве для первого способа), а от напряжения, снимаемого с тахометрического моста и пропорционального ЭДС нагрузки,

или от специального датчика ЭДС.

Известен также патент, в котором для исключения возможных перегрузок по току ограничивают диапазон изменения напряжения управления на входе СИФУ в функции скорости двигателя.

При нулевой скорости (фиг.1) ограничение Uy на уровне 1Н определяет левую границу возможных углов управления и соответственно максимальные значения

ЭДС преобразователя и пускового тока двигателя. По мере разгона двигателя уровень ограничения увеличивается, что вызывает смещение влево диапазона возможных значений углов управления, увеличение ЭДС,

что в итоге позволяет поддерживать на заданном уровне пусковой ток. На максимальной скорости ограничение Uy достигает своего предельного значения U2, при котором левая граница диапазона возможных

значений углов управления равна о: Мин. Аналогичным образом ограничивается диапазон возможных значений углов управления в тормозном режиме. По существу это менее точный, но более простой способ реализации упреждающего токоограничения (токовой стенки), так как для его осуществления используется не тахометрический мост, а тахогенератор, подключенный непосредственно или через делитель кограничивающей диодно-резистивной цепочке.

Указанные способы и устройства характеризуются недостаточной надежностью и устойчивостью, заключающейся в появлении бросков тока нагрузки (в результате

действия помехи в каналах СИФУ), приводящих к срабатыванию защиты и отключению преобразователя от нагрузки. Причиной возникновения аварийных ситуаций является несовершенство способа ограничения

а Мин тиристорных преобразователей.

На фиг.2 приведена диаграмма сигналов в одном из каналов СИФУ, иллюстрирующая возможность возникновения аварийной ситуации. Для простоты изложения опорное напряжение принято пилообразным, а ограничение предельных углов включения тиристоров - с помощью логического сигнала разрешенная зона (Up3), передний фронт которого совпадает с а мин ,

а задний с а макс . Видно, что в результате действия помехи (показано пунктирной линией) не исключается формирование управ- ляющих импульсов с углами

управления а у «у ( а у определяется напряжением управления из системы регулирования). Так как в пределе ау «Мин , то максимальное отклонение фактического угла управления от заданного системойрегулирования

Д«макс «у -«у «макс -«мин очень велико, что вызывает броски тока нагрузки, приводящее к аварийным отключениям преобразователя. Для увеличения тока нагрузки в системах мощного электропривода от нуля до номинального значения достаточно отклонения углов управления тиристорного преобразователя всего на Д« (3-5) эл. град.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является вентильный преобразователь переменного тока в постоянный НПО ХЭМЗ последнего поколения. В этом преобразователе путем формирования логического сигнала разрешенной зоны осуществляется жесткое ограничение «мин и «макс .Указанный ведомый сетью вентильный преобразователь принимается в качестве прототипа.

Устройство-прототип (фиг.З) содержит вентильный преобразователь 1 с двумя комплектами управляемых вентилей, нагруженный на электродвигатель 2 постоянного тока, систему 3 импульсно-фазового управления в составе фазосмещающего устройства 4 и узлов ограничения максимальных 5 и минимальных 6 углов включения тиристоров, систему регулирования в составе датчиков тока 7, напряжения 8, ЭДС 9 и блока регуляторов 10, к входам которого подключены выходы указанных датчиков, а выход соединен с управляющим входом фазосмещающего устройства 4. Входы датчиков тока и напряжения подключены к соответствующим элементам силовой схемы, а входы датчика ЭДС - к выходам датчиков тока и напряжения.

Однако прототип (как и известные аналоги) характеризуется недостаточной надежностью, обусловленной фиксированным ограничением «мини проявляющейся в возможности формирования (в результате

помехи) управляющих импульсов с

i

«У ««у, что вызывает скачки выпрямленного напряжения и, как следствие, неуправляемые броски тока нагрузки.

приводящие к аварийному отключению преобразователя.

Целью изобретения является повышение надежности ведомых сетью вентильных

преобразователей переменного напряжения в постоянное.

Для достижения поставленной цели в ведомых сетью вентильных преобразователях переменного тока в постоянный с ограничением минимального угла включения путем формирования логического сигнала разрешенного диапазона углов включения вентилей передний фронт указанного сигнала формируют зависимым по арккосинусоидальному закону от отношения суммы текущего значения ЭДС нагрузки с падением напряжения в цепи нагрузки при максимально допустимом токе к максимальной ЭДС преобразователя, т.е.

«мин arccos E+ MaKC R3 ,

h do

где Е - текущее значение ЭДС нагрузки;

макс - максимально-допустимый ток нагрузки;

R3- эквивалентное сопротивление цепи нагрузки;

Edo - максимальная ЭДС преобразователя.

Это позволило изменить в функции ЭДС нагрузки ограничение «МИн таким образом, что возможные (вследствие помехи)

Да о:у - 2У не вызывают чрезмерных скачков ЭДС преобразователя и, как следствие, бросков тока нагрузки, приводящих к аварийному отключению преобразователя. Предельное значение минимального угла включения тиристоров (« мин.пр) остается (как и в известных СИФУ) фиксированным и, исходя из обеспечения условий безопасной работы преобразователя, обычно равно (5-10) эл. град. (см. фиг.4).

Предлагаемое плавающее ограничение «мин , формируемое в СИФУ и определяющее левую границу разрешенного диапазона изменения углов включения тиристоров, дублирует упреждающее ограничение, формируемое в системе регулирования. В итоге существенно повышается надежность преобразователей.

Управление по предлагаемому способу заключается в следующем. В исходном состоянии, т.е. когда напряжение задания на входе блока регуляторов равно нулю и двигатель неподвижен, нулевым сигналом с датчика ЭДС устанавливается ограничение «мин на таком уровне, чтобы возможные в результате действия помехи броски тока нагрузки не превышали максимально допустимых значений и не вызывали аварийного

отключения преобразователя. При пуске двигателя по мере увеличения сигнала с датчика ЭДС граница а мин смещается в сторону уменьшения углов включения. При максимально допустимом значении проти- во-ЭДС нагрузки подвижная граница (плавающий уровень) достигает предельного значения «мин.лр .

На фиг.1 приведены график зависимости уровня ограничения сигнала управления скорости двигателя, иллюстрирующий работу известного устройства; на фиг.2 - диаграмма сигналов в одном из каналов СИФУ, иллюстрирующая возможность возникновения аварийной ситуации; на фиг.З - упро- щенная схема устройства-прототипа; на фиг.4 - диаграмма, показывающая, что при плавающем ограничении исключается формирование управляющих импульсов, выз ванных помехой в управляющем сигна- ле; на фиг.5 - схема предлагаемого устройства.

Устройство (фиг.5) содержит ведомый сетью вентильный преобразователь переменного тока в постоянный с двумя комп- лектами управляемых вентилей 1, нагруженный на электродвигатель 2 постоянного тока, систему 3 импульсно-фазового управления в составе фазосмещающего устройства 4 и узлов ограничения максималь- ных 5 и минимальных 6 углов включения тиристоров, систему регулирования в составе датчиков тока 7, напряжения 8, ЭДС 9 и блока регуляторов 10, к входам которого подключены выходы указанных датчиков, а выход соединен с управляющим входом фа- зосдвигающего устройства 4. Входы датчиков тока и напряжения подключены к соответствующим элементам силовой схемы. Входы датчика ЭДС - к выходам датчи- ков тока и напряжения. Кроме того, выход датчика ЭДС подключен через функциональный преобразователь к дополнительному входу системы импульсно-фазового управления (к узлу 6 ограничения а МИн )

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Пуск двигателя 2, подключенного к ведомому сетью вентильному преобразователю 1. осуществляется подачей задающего сигнала на вход блока 10 регуляторов. При этом на управляющем входе фазосмещающего устройства 4 формируется напряжение, уровень которого определяет угол

включения тиристоров преобразователя. Узлы 5 и 6 ограничения а макс и а мин формируют в каждом канале системы 3 импульсно-фазового управления сигналы разрешенной зоны для управляющих импульсов, поступающих на тиристоры. Сигналы с датчиков обратной связи по току 7, напряжению 8 и ЭДС 9 поступают на блок регуляторов для формирования требуемого закона изменения сигнала на управляющем входе фазосмещающего устройства. Кроме того, сигнал с функционального преобразователя 11, увеличивающийся по мере рдзго- на двигателя по указанному закону, сдвигает левую границу разрешенной зоны в сторону уменьшения углов включения. При торможения двигателя, т.е. при уменьшении сигнала с датчика ЭДС, плавающий уровень о: мин сдвигается вправо,

Таким образом, при возникновении любой помехи в системе регулирования рассогласование между заданным и фактическим значением угла управления не может превысить заранее установленной допустимой величины и, соответственно, неуправляемый бросок тока нагрузки не может превысить допустимого значения. Два- рийное отключение преобразователя в результате помех исключается, что существенно повышает его надежность.

Формула изобретения Способ формирования сигнала разрешенного диапазона углов включения вентилей в ведомых сетью вентильных преобразователях переменного тока в постоянный, заключающийся в том, что формирует фиксированный задний фронт разрешенного диапазона углов включения вентилей и формируют передний фронт сигнала разрешенного диапазона углов включения вентилей, отличающийся тем, что. с целью повышения надежности, измеряют ток на выходе преобразователя, измеряют напряжение в цепи нагрузки, определяют текущее значение ЭДС нагрузки и указанный передний фронт сигнала разрешенного диапазона углов включения вентилей, формируют зависимые по аркко- синусоидальному закону от отношения суммы текущего значения ЭДС нагрузки с падением напряжения в цепи нагрузки при максимально допустимом токе и максимальной ЭДС преобразователя.

I «IXЈ

Сущность изобретения: способ формирования сигнала разрушенного диапазона углов включения вентилей в ведомых сетью вентильных преобразователях переменного тока в постоянный заключается в том, что формируют фиксированный задний фронт сигнала разрушенного диапазона углов включения вентилей, формируют передний фронт сигнала разрушенного диапазона углов включения вентилей, измеряют ток на выходе преобразователя, измеряют напряжение в цепи нагрузки, определяют текущее значение ЭДС нагрузки и указанный передний фронт сигнала разрешенного диапазона углов включения вентилей формируют зависимым по арккосинусоидальному закону от отношения суммы текущего значения ЭДС нагрузки с падением напряжения в цепи нагрузки при максимально допустимом токе к максимальной ЭДС преобразователя. 5 ил. -fe VI OJ о со

ОДО/У-,,оо;

01

CQlfrCIl

0

CJO

4

Г

о

Фиг. 5

5

и.

ОП

иу

10

и,

ограничение б

оС MUH

сЬ

/,

UAT

Ч г

Плэ

UAH