1
Изобретение может быть использовано в однофазных двухполупериодных и имостовых управляемых вентильных п.реобразов1ателях переменного тока в постоя.н«ый, допускающих возможность работы с опережающим значением углов отпира«ия вентилей при искусственной коммутации.
Известны способы управлеиия регулируемь1ми двух1полупериод.ными вентильными преобразователями, обеспечивающие повышение коэффициента мощности при глубо-ком регулйровании вынрямленного напряжения. Такие способы могут быть реализованы только в схемах п.реобразо вателей, содержащих не менее двух групп вентилей, отпираемых с разными угла:ми регулировавия (в схемах с нулевыми и дополнительными вентилями, с несимметричным управлением вентилями и с поочередным управлением последователыно вкл-юченнымИ преобр:азователями).
Известные способы применяются как в преобразователях, работающих с отстающими Значениями углов отпирания вентилей (при естественной коммутации), так и в преобразователях, работающих с опережающими значения-ми углов отпира ния (при искусстве|Н1Ной ком.мутации). Однако эффект снижения реактИВНой мощности преобразователя при глубоком регулировании выпрямленного напряжения весьма ограничен и недостаточен для получения высоких энергетических показателей. Известен также способ управления регулируемым двухполупериодным вентильным преобразователем путем двукратного отпирания каждото вентиля в течение периода напряжения витающей сетки.f
Предлагаемый способ позволяет повысить созф преобразо1вателя и обеспечить возможность регулирования реактивной мощности
при неизменном выпрямленном напряжении. Это достигается тем, что в преобразователе с искусственной ком.мутацией переключение вентилей производят один раз при искусственной ком мутации в диапазоне углов отпирания - 0 и второй раз при естественной коммутации в диапазоне углов отпирания (;е л. Углы отпирания вентилей в каждой из дву.хполупериодных схем неодинаковы. Один вентиль отпирается при углах а,е и aj,,,
а другой - при углах а . иа..,, . Значения углов отпирания должны удовлетворять условию
О C6i, -а,,, л сс.е -а,„ 2н. (1)
25
Для уменьщения пульсаций выпрямленного напряжения и снижения величины высщих гармонических составляющих потребляемого из сети тока в мостовой схеме преобразователя отпирание вентилей, включенных в противоположные плечи моста, производят с раз«ьши углами.
Углы отпирания вентилей при регулировании выпрямлению го напряжения изменяют одновреме1Н НО в пределах
и о
О а 1е ос ..е- а
+ . что позволяет улучшить регулировочную характеристику преобразователя и уменьшить требуемый диапазо.н регулирования управляюш.их вмпульсов.15 Для упрощения схемы управления два угла отпирания вентилей при регулировании выпря.мленБого на,пряжвния сохраняют неиаменными и регулирование производят одновременным или поючередным изменением двух 20 других углов отпирания. На фиг. 1 показаиа форма выпрямлен-ного напряжения в однофазной двухполупериодной , схеме вентильного преобразователя при использовании опЕСЫвае.мого способа управле- 25 ния, построенная для трех значений соотнюше(ния углов отпираиИЯ вентилей, соответствующих неизменной величине выпрямлениой э. л,, с. Е fi 0,5 Eda и разным уровням реактивной мощности: а - отрицательному зна- зо чению (емкостного характера) Q 0,5 Ed,, I а при «le 0, ос2е 135°, сс щ И ааи -45°; б - нулевому значению Q 0 при а,,3°, а,е 114,3°, а ,„ - 114,3° и а 211 - 24,3°; в - положительному значению 35 (индуктивного характера) Q + 0,(/„ /,, при aie 45°, а2е 90°, ащ - 135° и а..,, 0; 1на фиг. 2 - схемы подключения управляющих электродов вентилей к системам управления, регулирующи-м углы а,с, , а,„ 40 и aj,,: а - в однофазной дву.хполупериодиой, б - в однофазной мостовой схемах преобразователей; 1на фиг. 3, а-в - форма выпрямланного напряжения вентильного преобразователя, выполненного по однофазной мосто- 45 вой схеме, построенная для тех же значений углов отпирания вентилей, выпрямленной э. д. с. и реактивной мощности, что и на фиг. 1; на фиг. 4 - форма выпрямленного напряжения в однофазной двухполупериодной схе- 50 ме преобр|азо8ателя при одновременном изменении всех четырех углов отпира ния вентилей:a-aie 5°, а 2е 95°, а,,, -95° и a.j,,- -5°; б-ai,; 25°, ag,. 115°, а u, - 115° и а 211 -25°; 45, ajo 135°, а,, -145° и -45°; s-aje 65°, «26 - 155°, ац, -155° и ее,,, -65°; (3-aie - 85°, аое 175°, а,„ -175° и а,.,, 60 на фиг. 5,а-д - форма выпрямленного напряжения в однофазной .мостовой схеме выпрямления для тех же значений углов регулирования, что и на фиг. 4; на фиг. 6 - ре- 65
гулировочные характеристики преобразователя для различимых вари антов изменения углов отпирания вентистей: кривая 1 соответствует одновременному изменению всех углов отпирэния согласно уравнения.м
аи, -Да;
2
гхое - -ЬАсс; ос 211 -Асе; ивая 2 - одновременному изменению двух лов отпирания при неизменных значениях ух других согласно уравнениям к- cons{ 0, const --, aiii const : - -- -Да, cxaii Да; a-),i const 0, aie Да, a.ч. , const 0, ai,i const , + Да, -Да; const 2--. --2 a 211 const 0, ajo Да, ci,,, -- -Aa; ивая 3 - иаменееию углов a,e const 0, a,,| co:ist 0, a.- + -l-Aoc, o: 1,, ивая 4 - изменению углов а2(. const - , аи, const Аос, а.),, -Аа; ивая 5 (инверторного режима) - изменею двух углов отпира:иия при неизменных ачениях двух других согласно уравнениям к,,. const соп51 л, а |„ -л + аА; ос .,, -ai,i const -л, а-,п const - - -Аа; а.е л-Аа; 2 е, а е const - , а |„ const -л, а ,о .тт-Аа; - +Аа; 2е const .Tt, а.,ц const , а/е .11 .. . - - а 111 -.пс + Ла; кривая 6 соответствует изменению углов 5 aie COnst - , «2,, COnst , а2е я;--Да, cc ,,i -п: + Д«; кривая 7 - изменению углов : , сс 2е -const -п, сС,, соп81 Я, , «211 +АСС; на фиг. 7 - форма выпрямлевдюго напряжекия в однофаз1ной двухполупериодной (а-в) и однофазной мостовой (г-е) схем.ах преобразователя для случая, когда углы отпирания вентилей определяются выраженИями a,e consl 0, a-,-consi - , «1,, - .Да, а,„ -Аа; , „ на фиг. о - кривые зависимости относительной величины реактивной мощности от относительиой величины выпрямленной э. д. с. для разных вариантов изменения углов отпирания вентилей в выпрялштельном и инверторногМ режимах по предлагаемому способу управле Кри1вые 8-11 соответствуют выпрямительному режиму при изменении углов регулирования согласно ура:внейия.м д aie const 0, coiist -, ащ ---Аа, а2,1 -Аа; а ,„ const , аг,, const 0, а,Лл, а il I л . 2 а le -const U, ац, const - , а2с - +Аа, , -Аа; а.е iconst , const 0, а,е Аа, Кривьге 12-15 соответствуют инвертораму режиму при изменении углов регулиршания согласно уравнениям а,е Const -, а,е еоп81 л, а,,,--2 , д 1 4-л - 2 а i,i const -я, ал, const - , jt . . - -Аа, а,2с -я-Аа; а,е Qonst - , txj,, -- const -я, а., 2 я-Аа, а„,- Н-Аа; 6 a je COnst .Tt, 06211 COnst - - , OCie ,4 Aa, a II, ---,Tt + Aa. Кривые для случаев измене ния углов регулировяиия согласно соотношениям , a,, -Аа, --f22+Аа, ссоц -Аа; ,„ ,„ Л| aie-const-u, а,,,-const-U, aje-- я4-Аа, ац, -Аа; a.,e const - , ии, const , а ,е Z, « а;.- -Аа; а 1е -C0nst -, «211 COnst --- , ttve - 2 2 л-Да, ссщ n + Ла; „ const ji, «,„ const -K, - -Аа, а 2п - -+Асс совпадают с осью абсцисс. Кривая 16 определяет полный диапазон регулирования реактивной мощности преобразователяПри построении кривых напряжения и графиков процесс коммутации вентилей рассматривается как мпновенный, т. е. включение и выключение вентилей как при естественной, так и при искусственной коммутации пронсхоДит мгновенно. Каждый вентиль однофазного двухполупериодного преобразовател я, управляемого по цредлагаемому способу (см. фиг. 1) включают дважды за период сети - один раз прп естественной и второй раз при искусственно коммутации - и углы отпирания первого и второго вентилей неодинаковы. Первый вентиль включается с естественной коммутацией при угле aie и проводит ток в интервале времениа 1C + a 2и (2) (отсчет времени и углов регулирования от момента времени, в котором цроисходило бы включение неуправляемого вентиля в схеме неуправляемого преобразовате). Второе включение этого вентиля происходит с искусственной коммутацией (когда напряжение на его аноде меньше, чем на аноде второго включаемого вентиля) при угле ani При этом вентиль проводит ток в интервале времени 2я + а 1„ со я;Ч-а.е (3) Второй вентиль, включаясь с искусствен««И ком мутацией при угле а,,, проводит ток в интервале времени а,„ + «,„ . (4)
а с естественной коммутацией при угле проводит ток в интервале
.TT + aie(5)
При изменениях значений углов ссю, , а,п и а-л, в допустимых пределах изменяются продолжительности зтих интервалов и их расположение на нротяжейии периода сети. Вследствие этого изменяются среднее значение выпрямленного напряжения и реактивная мощность, потребляемая из сети. Эти величины неодноаначио определяют друг друга, что позволяет путем соответствующего изменения углов осщ , ociij , «2е И О,-,,, осуществлять регулирование выпря1мле1н1ного напряжения при неизменном требуемо уровне реактивной мощности или изменять в некоторых пределах реактианую мощность при неизменном выпрямленном напряжении (ом. фиг. 1, а-в).
СоОТНОЩаНИЯ углов а , «щ «зо и «:,„ ,
при которых продолжительность всех четырех интервахТОВ времени протекания тока через вентили (выражения 2 5) больще ил.и равна нулю, определяют по выражению (1).
Для реализации предлагаемого способа у.правлення необходимы четыре канала систем управления вентилями, позволяющие независи.мо регулировать в допустимых пределах значения углов отпирания вентилей. Выходные управляющие импульсы каналов управления дОЛжны попарно сумамироваться (ccjc и «),, cijc, и «аи) и подаваться на управляющие электроды соответствующих вентилей.
Для управления одноф.аэной мостовой схемой возможны два варианта осуществления спо соба: когда вентили, выключенные в противоположные плечи моста, отпираются одновремейно при одних и тех же значениях углов а с и а„ , т. е. одна пара противоположных вентилей отпирается при и ссщ , а другая пара - при углах и аг,, , и когда вентили противоположных плеч моста отпираются с разны-ми значения1МИ углов, т. е. в каждой паре противоположных вентилей один вентиль отдирается при углах aie и ее,,, , а другой - при углах и ссг,, . В первом
случае форма выпря.мленного напряжения однофазной мостовой схемы та-кая же, как и у однофазной двухполупериодной схемы (см. фиг. 1): один полупериод сети форма выпря.мленного напряжения определяется значениями углов а ,с и «я, , а другой полупериод - зяачениями углов ее щ и a-,i Во второ-м случае в каждый полупериод сети форма выпрямленного напряжения одинакова и оиределяется значениями всех четырех углов (Xie , «ш oi:.. е и «211 и представляет собой полусумму кривых выпрямленного напряжения за первый и второй полупериод сети в схеме двухполупериодного нулевого преобразователя.
Благодаря этому уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения и высшие гармонические в кривой потребляемого из сети тока. Форма выпрямленного напряжения для этого случая, построенная при тех же значениях углов отпирания вентилей, что и на фиг. 1, а в, приведена на фиг. 3, . Поскольку зправляющие импульсы вентилей, отпираемых с одинаковыми углами, должны быть сдв1инуты по фазе на половину периода сети, каждая из систем управления, регулирующих углы CXjo , ОС,. , «зе И . ДОЛЖгНа
быть двухфазной.
При определении средней величины выП|ря.мленной э. д. с. путем интегрирования кривой ее мгновенного значения за период получают завис И1мость
грI
- (COSKie + COSa и, + COSOCjeH
Eclo 2
+ cosa2,,),(6)
где - выпрямленная э.д.с. полностью
открытого преобразователя. ВеЛИчива реактивной мощности, потребляемой преобразователем из сети, может быть найдена путем разложения К|ривой сетевого тока в гармонический ряд. При идеально сглаженном выпря мленном токе относительная величина реактивной мощности рав-на
Q
- - (since 1C + sinai,, + sina-)e + b(/o/d2
+ sinctsi).
(7)
где I a - выпрямленный ток.
Из анализа выражений (6) и (7) следует, что путем соответствующего выбора соотнощений углов регулирования можно обеспечить высокое значение созф при регулировании выпрямленного напряжения в полном диаиазоне и осущестВЛять регул1ирование реактивной мощности при неизменном выпрямленном напряжении. Рещая совместно уравнения (6) и (7) с учетом ограничений пределов изменения углов, можно определить необходимые значения aie , «le, «iir и а 2и ДЛЯ получения требуемых уровней выпрямленной э. д. с. и р&актив1ной мощности.
Если устаиовить при полностью открытом ггреобразователе (пр|И Е Е,1„ ) значения
углов «le «2,1 О, а-2е-- , щ 2.-w
и одновременно изменить их в соответствующих пределах, то выпрямленная э. д. с. из.ушнится от 4- Ей„ до -Е л при Q О, т. е. при . Уравнение регулироВОЧ1НОЙ характеристики для этого случая получается подстановкой в выражение (6) значений
л .
:Лес;
Асе; «111
2
СС 2о -1 лЛСС J CC2II - /дСС.
60 и нмеет вид
(8)
f+A.j -f ; -УТ cos
с (/„
Форма выпрямленного н-апряжения в однофазной двухполупериодной и мостовой схемах преобразователей для ряда последавательных значений Асе (5°, 25°, 45°, 65°, 85°) показала на фиг. 4 и 5, соответственно, а регулировочная f(Aa) представлена характеристика кривой 1 на фиг. 6. Из анализа уравнения (8) и графика следует, что для регулирования выпрямлбнной э. д. с. в полном диапазоне выпрямителыного н вйверторадого режимов требуется изменение фазы управляющих импульсов в Д иапазоне 90°, т. е. вдвое меньшем, чем При извест.ном способе управления. Форма хара Ктерист-ИКи близка к линейной, что также является П|реи1муществом предлагаемого способа управления. Для уп1рощения схемы управления регулирование выпря1млен1ного напряжения может осуществляться путем изме}1ения только одного или двух углов отпирания вентилей при неизменных значениях остальных. В частности, регулирование выпрямленного напряжения в полном диапазоне вьтрямлтельного или инверторного режима может быть достигнуто одновременным изменением любых двух углов отпирания при неизменных 31начениях двух других. П-рИ этом для ВЫП1рЯ1МИТеЛЬНОГО режнма возможны следующие варианты способа управления, обеспечивающие согла-оно . выражения:м (6) и (7) различные J)eгyлиpoвочные и энергетические характеристики. 1. а 10 --const 0; ссос --const ai, а-л, -А(х; Ц Y (АссЛ Ed:,1 1/-1 :- -riП/ -- - l-l/2sш(2. к 1,, const -; а V,, const 0; а:.е - -fAa; о, le Аа; Eg 1 1 + (4-Aa); Еа„ 2 1 i77r il-H- / in()l const -3. aie const О, ai
cc-.c a .„ -Aa; 2
-rf
ТП + К .cos(-7+Aa);
/2cos(-f+Aa).
-T{-1- K2cos(- +Aa);
К2 sin
J +Aa).
3. aie const -; ащ const -л; ajc i-Aa; a a,, - +Aa;
65 10 . Мое const - , Кг,, const -0; ccje 4а; оСц. Аа; -If- -7 l+K2cos( -f+Аос)1: Q1,--л 2cos( -г+)1. а е const 0; cc-j,, const 0; - +АО;; - -Аа; а.-, ----- 1-sin АО-.; Q 0. 6. сс 00 const -- ; У. 11, const oiic a-,|, --Аа; cosAa; Q 0. Kd., На фиг. 7 показана форма выпрямленного ряжения в однофазной двухполупериодной ме преобразователя при управлении по вому из указанных вариантов для трех чений Аи: (см. фиг. 7, а, г); 45° (см. фиг. 7, б. д); Аа 75 (см. фиг. в, е). Регулировочная характеристика для иантов t-4 представлена на фиг. 6 кри2, а для вариантов 5 и 6 - кривыми 3 и 4, тветственно. Для инверторного режима возможны слещие варианты способа управления, обесивающие регулировочные и энергетические актеристики. 1. а le const --; const .rt; а 1„ -л;-|-Аа; я-л, - -ЬАа; 7 -Y -l-y2-cos(-f+Aa); -- 1 - / 2 Siп ( + Аа) . 2. а,,, const -л; ocsn const aio--- - -Ace; a,о л:-Аа; |/2cos(- +Да); r--i- ( +Доб). T 14. a,e const .-T;; сб.,,, const - -Aa; ccii, -л + Асс; - -1- K2cos(+Ac6). -:if7r -T -i+i/2 os 4 -A«). -; a,,., const -y le const - -л + Аа; cc2e я-Acc; a -cosAoc; , 0. « /„(, /rf 6. a 2e const -л; a щ iconst - -Y+Aa; a le Aa; cc 2и -1+sinAa; - Регулировочная характеристика для вариантов , представлбйная кривой 5 на фиг. 6, расположена симмет рично кривой 2 относительно оси абсцисс. Аналогично, характеристика для варианта 5 расположена симметрично кри1Вой 4, а для варианта 6 - симметрично кривой 3. Кривые зависимости относительной величины реактивной мощности от относительной величины выпрямленной э. д. с. в выпрямительном и инверторном режимах показаны на фиг. 8. Для вариантов 1 4 выпрямительного режнм,а эти зависимости представлены кривыми 8-И, соответственно, а для вариантов инверторного режима - соответствующими кривыми 12-15. Кривые для вариантов 5 и 6 обоих режимов совпадают с осью абсцисс. Таким образом, предлагаемый способ управления позволяет получить благоприятную форму регулировочных характеристик на любом участке диапазона регулирова ния выпрямленного напряжения (как при измененин всех четырех угло1В отпирания вентилей, так и при изменении только двух из них) и одйовремгнно обеспечить требуемую величину реактивней мощности. Полный диапазон регулирования реактивной мощности, определяемый системой соотношений (6) и (7), представлен на фиг. В областью, охваченной лиHHCii 16 окружности. Пред м е т и з о б р е т е н и я 1.Способ управления регулируемым двухполупериодным вентильным преобразователем путем двукратного отпирания каждого вент1иля в течение периода напряжения питающей сети, отличающийся тем, что, с целью повышения со8ф преобразователя и обеспечения возможности регулирования реактивной мощности при неизменном выпрямленном нащряжении, в преобразователе с искуасг,венной коМмутацией нереключвиие вентилей производят один раз при искусственной ком-мутации в диапазоне углов отпирания 0 и второй раз при естественной коммутации в диапазоне углов отпирания п, причем углы К), и отпирания первого вентиля и углы йзп и а2е отнирания второго вентиля в общем случае неодинаковы и между ними выдерживают соотношение - а 211 я «26 2я. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с цельго уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения и снижения величины высших гармо нических составляющих потребляемого из сети тока, в мостовой схеме преобразователя отпирарие вентилей, включенных в противоположные плечи моста, производят с разными углами. 3.Способ по п.п. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью улучшения регулировочной характеристики преобразователя и уменьшения требуемого диапазона регулирования фазы управляющих импульсов, углы отпираиия вентилей при регулировании выпрямленного напряжения изменяют одновременно в пределах а2е- -и ос,1+ 22 4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью упрощения схемы управления, два угла отпир:аняя вентилей при регулировании выпрямленного напряжения сохраняют неизменными и регулирование производят одновременным или поочередным изменением двух других углов отпирания.
,и
Л
/
/« / , /
У
/V
Л /
.±
П
/
,
/
ч у
/
I f / I ,
(Ot
/УД
/
/
/
lr-(t
,F Vy
Ct;e/ fl2// / f-n 1И
(. 5
10
Ad
эл. iX . 6
. I I
П , I
/ Л I j /I I I / N I /
; / и /i Л
/ /M/
.„,..,.„.. l.
/ /
К
