Способ регулирования тока нагрузки тиристорного преобразователя и устройство для его осуществления Советский патент 1979 года по МПК G05F1/64 H02P13/16 

Изобретение касается управления тиристорнЫми преобразователями.

Известен способ адаптивного регулирования TOI а нагрузки тиристорного преобразователя, а также адаптивные регуляторы, изменяющие коэффициент усиления при переходе к регулированию из режима непрерывного тока в режим прерывистого тока и наоборот для увеличения быстродействия в режиме прерывистого тока I. Недостатками указанного технического решения являются сложность, связанная с выявлением прерывистого тока и изменением параметров регулятора; трудности получения высокого качества процессов регулирования в моменты скачкообразного переключения, связанные с наличием переходного процесса при переключении, кроме того, принудительное изменение коэффициента усиления регулятора не учитывает длительность и амплитуду тока за интервал дискретности, тогда как среднее значение тока имеет плавный характер изменения, что может вькзвать колебательный процесс при переключении, а отсутствие контроля тока при его прерывистом характере снижает диапазон устойчивого регулирования.

Известен также способ регулирования тока нагрузки тиристорного преобразователя путем формирования управляющего напряжения на входе системы фазового управления, пропорционального сигналу рассогласования, и изменения фазы управляющих импульсов в зависимости от этого напряжения, повышения коэффициента усиления при малой величине сигнала задания и устройство для его осуществления, содержащее входной операционный усилитель, подключенный первым входом к источнику напряжения задания, а вторым входом к

датчику тока нагрузки преобразователя, включенному в цепь обратной связи по току нагрузки преобразователя, систему фазового управления на выходе операционного усилителя. Входной усилитель устройства

имеет нелинейную обратную связь, предназначенную для повышения коэффициента усиления усилителя при малой величине напряжения задания 2. Недостатком устройства является наличие статической ошибки регулирования в связи с пропорциональной характеристикой входного усилителя, сложность схемы-усилителя, связанная с реализацией нелинейной обратной связи. Увеличение коэффициента усиления усилителя при малых сигналах связано с усилением дрейфа нуля устройства и усилением помех. Кроме того, отсутствие контроля тока при его прерывистом характере вызвано применением системы фазового управления С «вертикальны. принципом формирования управляющих импульсов. Наиболее близким к изобретению является способ регулирования тока нагрузки путем изменения фазы управляющих импульсов в функции двух сигналов рассогласования, для формировайия каждого из которых измеряют ток нагрузки, и сравнения этих сигналов с опорным напряжением, синхронизированным с напряжением сети, причем для получения первого сигнала рассогласования сигнал задания су.ммируют с сигналом обратной связи по току нагрузки, а также устройство для осуществления данного способа, содержащее генератор опорного напряжения и имеющее два управляющих входа, один из которых подключен к источнику напряжения управления и второй - к выходу шйротно-импульсного модулятора 3. Недостатками известного рещения являются нелинейность регулировочной характеристики преобразователя по току, связанная с линейностью характеристики устройства, в результате чего не обеспечивается компенсация нелинейности характеристики преобразователя; значительная инерционность, связанная с изменением фазы управляющих импульсов с помощью сигнала, воздействующего на постоянную времени время задающего контура генератора опорного на пряжения; наличие субгармонических составляющих в токе нагрузки преобразователя, вызванных асимметрией управляющих импульсов, и невозможность уменьшения асимметрии в связи с изменением крутизны опорного напряжения и сложность применения в системе регулирования в связи с необходимостью щиротно-импульсного модулирования сигнала рассогласования и наличием ощибки, вызванной данным преобразованием сигнала рассогласования. Целью изобретения является линеаризация регулировочной характеристики преобразователя по току,, улучщение формы тока нагрузки и расширение диапазона устойчивого регулирования. Цель достигается тем, что перед формированием управляющих импульсов их сметают по фазе, для чего первый сигнал сравнивают с опорным в моменты перехода напряжения сети через нулевое значение.

661536 причем для получения второго сигнала рассогласования сигнал обратной .связи выпрямляют, дифференцируют и суммируют с первым сигналом рассогласования. В устройстве, реализующем данный способ, эта цель достигается тем, что оно дополнительно содержит выпрямитель и суммирующий усилитель, а система фазового управления имеет два аналоговых входа, причем второй вход системы фазового уп.равления соединен с выходом суммирующего усилителя, а первый вход суммирующего усилителя связан с выходом операционного усилителя, второй вход - с выходом датчика тока через последовательно включенные выпрямитель и введенную дифференцирующую цепочку и третий вход - с источником напряжения постоянного тока. На фиг. I представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - диаграмма работы системы фазового управления преобраЗователя. Способ регулирования тока нагрузки преобразователя заключается в том, что при астатическом законе регулирования вводят дополнительную отрицательную обратную связь по току на вход системы фазового управления. Введение дополнительной отрицательной обратной связи приводит к линеаризации регулировочной характеристики преобразователя, нелинейность которой Связана с наличием зоны прерывистых токов и определяется регулировочной характеристикой системы фазового управления. Для устойчивого регулирования при введении дополнительной обратной образуют два канала фазового сдвига управляющих импульсов преобразователя, один из которых реагирует приближенно на среднее значение сигнала рассогласования, а второй канал является быстродействующим и реагирует на .мгновенное значение сигнала рассогласойания. Выпрямленный и продифференцированный сигнал дополнительной обратной связи подают на вход быстродействующего канала фазового сдвига, импульсов, где он суммируется с напряжением, пропорциональным сигналу рассогласования. Управляющим напряжением первого канала является напряжение, пропорциональное сигналу рассогласования. Фазовый сдвиг импульсов по первому каналу осуществляется путем сравнения опорного напряжения с управляющим напряжением перед формированием управляющих импульсов в точке отсчета угла управления, совпадающей с моментом перехода напряжения сети через нулевое значение благодаря изменению амплитуды опорного напряжения . По второму каналу фазовый сдвиг импульсов осуществляется путем сравнения того же опорного напряжения с напряжением, пропорциональным сигналу рассогласования и сигналу дополнительной обратной связи, и формирования в момент сравнения управляющих импульсов. Дифференцирующая составляющая сигнала обратной связи приводит к уменьшению асимметрии управляющих импульсов. Устройство содержит входной операционньш усилитель 1, подключенный к источнику 2 напряжения задания и к выходу датчика тока 3 нагрузки преобразователя, включенного в цепь обратной связи по току. Выход операционного усилителя 1 подключен к первому входу системы 4 фазового управления, второй вход которой соединен с выходом суммирующего усилителя 5. Усилитель 5 снабжен тремя резистивными входами, первый из которых связан с выходом операционного усилителя 1, второй через выпрямитель 6, нагруженный на дифференцирующую цепочку 7, связан с выходом датчика тока 3, и третий подключен к источнику 8 напряжения постоянного тока. Система фазового управления соединена с преобразователем 9, нагруженным на активно-индуктивную нагрузку 10. Регулирование тока осуществляется следующим образом. При нулевом значении задающего напряжения угол направления преобразователя устанавливается в соответствии с.нулевым значением тока нагрузки преобразователя. При наличии задающего напряжения с выхода операционного усилителя 1 поступает напряжение на вход системы 4 фазового управления. Усилитель 1,имеет пропорционально-интегральную характеристику. Систе.ма фазового управления имеет два управляющих входа. Фазовый сдвиг импульсов в системе управления осуществляется благодаря опорному напряжению ил дли каждого фазосдвигаюцлего устройства. Количёствй устройств определяется фазностью схемы выпрямления преобразователй.Ш} Временной интерйал между опорными наПряжеИИяМИ составляет -, где Т - период колебаний .напряжения сети. Генерация напряжения происходит в моменты синхронизации, определяемые фазой синхронизирующего импульса. В моменты синхронизации Uj) имеет максимальное значение (момент времени t на фиг. 2). Фазовый сдвиг импульсов относительно момента синхронизации осуществляется в зависимости от двух управляющих напряжений, воздействующих на длительность Uj, и, следовательно, на величину угла управления преобразователя. В момент синхронизации, от которого производится отсчет угла управления, амплитуда U определяется напряжением U, снимаемым с выхода операционного усилителя. Уровень напряжения УЛ «снизу.определяется напряжением U(/, снимаемым с выхода суммирующего усилителя. В моментсравнения- (ta на диаграмме фиг. 2) происходит формирование импульса управления преобразователя, генерация Ufl прекращается и отсчет угла управления (фазы импульсов) заканчивается. Коэффициент передачи системы управления определяется наклоном опорного напряжения к оси времени (угол ft на диаграмме фиг. 2). Благодарянапряжению постоянного TQKa, подаваемого на вход суммирующего усилителя, движение напряжений и I и Ui происходит встречно, что вызывает двойное изменение угла управления при изменении выходного напряжения усилителя 1. Изменение угла управления aj. при изменений напряжения без учета дискретности происходит мгновенно. По данной составляющей угла управления система управления является быстродействующим звеном и охватывается вместе с преобразователем и нагрузкой дополнительной отрицательной обратной связью по току. Для осуществления обратной связи в реверсивном преобразователе сигнал с выхода датчика тока выпрямляется. Выпрямленный сигнал через дифференцирующую цепочку 7 подается на вход суммирующего усилителя. Дополнительная обратная связь приводит к уменьшению коэфс)ициента усиления охватываемого контура, а также повышает его быстродействие. Снижение коэффициента усиления происходит при непрерывном токе нагрузки преобразователя. При прерывистых токах обратная связь не действует в связи с дискретностью выработки управляющих импульсов, и, следовательно, коэффициент усиления при прерывистых токах за счет дополнительной обратной связи не изменяется. Снижение коэффициента в области непрерывных токов и сохранение коэффициента усиления при прерывистых токах ведет к линеаризации регулировочной характеристики преобразователя и, cлeдoвateльнo, поВ1)11иению быстродействия в зоне прерывистых токов при отработке задающего воздействия. В установившемся процессе поддержание заданного значения тока сопровождается появлением субгармонических колебаний, вызываемых на.-тчием асимметрии управляющих импульсов. Для полавления этих колебаний сигнал обратной связи на вход суммирующего усилителя заводится через дифференцирующую цепочку, благодаря чему увеличивается крутизна заднего фронта пульсаций в управляющем напряжении, по которому происходит сравнение с опорным напряжением и выработка управляющих импульсов. Это приводит к выравниванию пульсаций тока, эффекту повышения симметрии импульсов управления преобразователя и, следовательно, улучшению формы тока. Для исключения статической ошибки регулирования входной операциойный-усилитель имеет пропорционально-интегральную характеристику, благодаря форсировочной : . ..,. части которой обесггеЧйваётся Компенсаци Г инерционности нагрузки преобразователя; уменьшенной за счет дополнительной обт ратной связи.- Поскольку система фазовогй управления по первому каналу фазовогд сдвига импульсов и составляющей угла управления О), зависящей от напряжения на выходе операционного усилителя 1, реагирует на среднее значение этого напряжения, то обеспечивается контроль и астатическое регулирование при npepbiBHctpivi токе taK nd задаюшему, тйК и бозмущаУбШему воздёйстВИЯНГ , в связи с тем, что перед формированием,; управляющих .импульсов происходит смещение управляющих импульсов по фазе благодаря сравнению опорного напряжения с напряжением, пропорциональным сигналу р-ассогласовання, в моменты синхронизации и формированием второго сигнала рассог ласования путем выпрямления, дифференцирования сигнала обратной свяэй И суммирования его с первым сигналом рассогласования, достигается линеаризация регулировочной характеристики преобразователя, улучшается форма тока, обеспечивается, устойчивое регулирование с нулевого значения тока. Формула изобретения 1. Способ регулирования тока нагрузки тиристорного преобразователя путём изменени.я фазы-управляющих импульсов в функ-:; ции двух сигналов рассогласования, для формирования которых измеряют ток нагруз ки, и сравнения этих сигналов с опорным йапряжением, синхронизированным с напряжением сети, причем для получения пер-; вого сигнала рассогласования сигнал задания алгебраически суммируют с сигналом обратной связи по току нагрузки, отличающийся тем, что, с целью линеаризации ре-, гулировочной характеристики, улучи ения формы тока нагрузки и расщирения диапа;зона устойчивого регулирования, перед фор мированием управляющих импульсов их сме;1иают ПОР фазе, для чего первый сигнал сравнивают с опорным в моменты перехода напряжения сети через нулевое значение. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения второго сигнала рассогласования сигнал обратной связи выпрямляют, дифференцируют и суммируют с первым сигналом рассогласования. 3.Устройство для осуществления способа по пп. 1, 2, содержащее входной опера.ционный усилитель, подключенный первым, входом к источнику напряжения задания и вторым входом к датчику тока нагрузки преобразователя, включенному в цепь обрат-; ной связи по току нагрузки преобразователя, систему фазового управления на выходе операционного усилителя, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит выпрямитель и суммирующий усилитель, а система фазового управления имеет два аналого вых Входа, причем второй вход системы фазового управлений соединен с выходом суммирующего усилителя, а первый вход, суммирую- щего усилителя связан с выходом операционного усилителя, второй вход - с выходом датчика тока через последовательно включенные выпрямитель и введенную дифференцирующую цепочку и третий вход - с. источником напряжения постоянного тока, Источники информации,, принятые во внимание при экспертизе 1.«Автоматика и телемеханика, № П, 1964, с. Г601. 2.Динамика, вентильного электрр привода постоянного тока, под ред. А. Д. Поздё:рва,. М., «Энергия, 1975, с. 209. рис. 87. 3.Авторское свидетельство СССР /Го 261546, кл. Н 03 Р 13/16, 1967.