Устройство для поочередного управления вентильным преобразователем Советский патент 1980 года по МПК H02P13/16 

Изобретение относится к электротех нике и может быть использовано в вентильных преобразователях электрической энергии, таких как управляемые вьmpя o тeли, инверторы, ведомые сетью, преобразователи частоты с непосредственной связью, содержащие две или несколько групп вентилей, углы регулирования которых при регулироваНИИ выпрямленного напряжения изменяются поочередно. Известно устройство для поочередного управления вентильным преобразователем, состоящим из п групп вентилей, содержащее п каналов управления с соответствующим числом систем импульсно-фазового управления, снабженных устройствами ограничения максимального и минимального значения вход ного напряжения и источниками напряжения начального смещения П. Наилучший энергетический режим с наибольшим значением коэффициента мощ ности обеспечивается тогда, когда на любом уровне выпрямленного напряжения поддерживается такое соотношение углов регулирования групп вентилей, при котором разность их значений имеет на ибольшую возможную величину. Для этого на любом участке диапазона регулирования выпрямленного напряжения должен изменяться угол регулирования только одной группы вентилей, а угды регулирования остальных групп сохраняются неизменными, равными максимальному или минимальному значениям. После достижения предельного значения угла регулируемой группы вентилей его . значение остается неизменным и начинается следующий участок диапазона регулирования, на котором изменяется угол регулирования следующей группы вентилей. Таким образом, обеспечивается поочередное регулирование групп вентилей. Недостатком данного устройства является невысокая точность регулирования. Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство для поочерёдного управления вентильным преобразователем, в котором в каждом из п каналов управления содержатся блоки импульснофазового управления, на входах которых включены блоки ограничения максимального и минимального значений напряжения. Источник входного напряжения управления Ug подключен ко входам всех блоков ограничения вместе с источниками индивидуальных для каждого канала напрях ений смещения , Благодаря наличию напряжений смещения и блоков ограничения обеспечивается поочередное изменение углов ре.гулирования на выходах блоков импульсно-фазового управления 2. Вследствие отсутствия в схеме управления каких-либо инерционных элементов напряжение на входах систем импульсно-фаэового управления зависит только от величины входного управляющего напряжения и имеют одинаковые значения как в статически:х,, так и в динамических режимах, в то , ;время как выпрямленное напряженисз изменяется с запаздыванием, обусловленны-м дискретностью управления к неполной управляемостью вентилей только той группы, углы регулирования кото;рой изменяются на данном участке диапазона регулирования. Недостатком данного устройстве является то, что на каждом участке диапазона регулирования вьшрямленного напряжения, входные напряжения систем импульсно-фазового управления и соответствующие им углы регулирования групп вентилей изменяются одинаково :как в статических, так и в динамических режимах, В результате зтогс преоб разователи с поочередным управлением :о6ладают худшими динамически да свойст вами по сравнению с преобразователяг-и В которых регулирование выпрямленного напряжения происходит при одновременном изменении углов регулирования все вемтилей. Как известно, быстродействие вентильных преобразователей огракичивается дискретностью управления; связан ной с ограниченным числом фаз и неполной управляемостью Б силу которой при быстром увеличении угла регулирования, когда скорость его изменения превышает угловую частоту питающей сети, выпрямленное напряжение не может уменьшаться быстрее снижения мгно венного значения синусокдальногЪ напряжения включенных вентилей Поэтому при поочередном изменении углов регу.пйрования групп вентилей бёгстродействие преобразователя будет определяться TOJJbKo быстродействием той группы вентилей, углы которой изменяются на данном участке диапазона регулирования, т. е. числом фаз только этой группы вентилей и возможной скоростью изменения только той доли напряжения, которую вносит эта группа в полное выпрямленное напряжение преобразователя. Следовательно, быстродействие преобразователей будет ниже чем при одновременном изменении углов регулирования всех вентилейi Другим недостатком устройства для поочерелного управления является трудность получения высокой точности поочередного изменения углов регулирования вентильных групп и линейности регулировочной характеристики преобразователя особенно при больщом числе поочередно регулируемых групп вентилей. Для строго поочередного изменения углов регулирования необходимо подобрать такие значения уровней ограничения и напряжений начального смещения каналов управления, чтобы минимальное значение напряжения на входе системы импульсно-фазового управления одного Канала и максимальное значение напряжения на входе системы импульсно-фазового управления достигалось при одном и том же значении входного напряжения управления, В противном случае в рейгулировочной характеристике появляются участки зоны нечувствительности, или на некоторых участках имеет место одновременное изменение углов двух групп вентилей, что также сказывается на .линейности регулировочной характеристики и ухудишет энергетические показатели преобразователя. Учитывая ограниченную стабильность элементов схемы и источников смещения добиться правильного сопряжения участков регулировочной характеристики в существующих устройствах можно только с небольшой точностью. Поскольку участки регулировочной характеристики имеют разный наклон (особенно в преобразователях, содержащих неоднородные группы вентилей, как, например в схеме с дополнительными вентилями) , получение линейности связаяо с дополнительными трудностн.ми. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности регулирования . Цель достигается тем, что известное устройство для управления вентильным преобразователем снабжено в каждом канале управления блоком обратной связи и задатчиком интенсивности, ограничивающим скорость изменения напряжения значением равным отношению угловой частота питающей сети к коэффициенту передачи блока импульсно-фазового управления, и общим для всех каналов опярационным усилителем, причем sxo.u задатчика интенсивности подключен к выходу блока ограничения максимального и минимального значения входного напряжения, выход - ко входам блока кмпульсно-фазового управления и блока обратной связи, выход которого подключен ко входу операционного усилителя,, выход опарационного усилителя подключен ко )зходу блока ограничения максиыа.чъкого и минимального значений напряжения . На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для поочередного управления преобразователем; на фиг. 2 - переходнне характеристики, иллюстрирующие процесс изменения углов регулирования oi ,oi,ot, выпрямленных напряжений , Е, , Eg , Е. соответствующих групп вентилей, а также выпрямленного напряжения преобраэователя Ejj, для случая, когда число фаз групп вентилей бесконечпо велико; на фиг. 3 - переходные характеристики, иллюстрирующие изменение напряжений на входах блоков импульсно-фаэового управления Us, , U , U,, U и выпрямленных, напряжений соответствующих групп вентилей Е , R,, е,, EcL4 также выпрямленного напряжения того же преобразователя , но при шестифазных группах вентилей. В данном устройстве (фиг. 1) между входами блоков 1 импульсно-фазового управления каждого канала управления и выходами соответствующих блоков 2 ограничения максимального и минимального значений входного напряжения включен задатчик 3 интенсивности, ограничивающий скорость изменения напря жения на уровне, равным отношению угловой частоты питающей сети к коэффициенту передачи систем импульсно-фазового управления. К выходам задатчиков 3 подключены входы блоков 4 обрат ной связи, имеющие коэффициент переда чи , пропорциональный суммарному передаточному коэффициенту соответствующих групп -вентилей и их блоков импуль сно-фазового управления, а входы этих блоков совместно с источником входного напряжения Ug подключены ко вхо ду операционного усилителя 5 с большим коэффициентом усиления, выход которого вместе с источником индивидуальных для каждого канала напряжений смещения и подключен ко входам бло ков 2 ограничения напряжения всех каналов управления. При медленных изменениях входного напряжения управления, когда скорость изменения напряжения на выходе блоков 2 ограничения не превышает величины, ограничиваемой задатчиками 3, напряже ния на входах блоков 1 импульсно-фазо вого управления изменяются поочередно при условии, что ограничение минимального значения напряжения i-ro ка нала происходит при значении входног напряжения управления не меньшим его значения, соответствующего ограниче нию максимального значения напряжени (i + 1)-го канала, т. е. при Umw - . ° с-;ло u+AV Вследствие большого коэффициента усиления усилителя 5 суммарное значе ние напряжений на выходе блоков 4 об ратной связи равно по величине (и об ратно по знаку) входному напрях ению управления Ug. Напряжение на выхо де усилителя 5 изменяется непрерывно во всем диапазоне, если -wih c (i4.-i) c (,-i.o или с резкими скачками на стыках уча стков, обусловленными разностью (U ). Посколь UcM) - ( U, ку переда.гочкыо коэффициенты блокон обратных связей пропорциональны сум-марным передгэточным коэффициентам соответствующих групп вентилей и их блоков импульсно-фазового управления, регулировочная характеристика преобразователя будет линейной. При нелинейной зависимости приращения выходного напря.чсения преобразователя от приращений напряжения на входах блоков импульсно-фазового управления характеристики блоков обратной связи должны представлять собой соответствующие нелинейности. При быстрых изменениях входного напряжения управления, когда требуемая скорость изменения выпрямленного напряжения не может быть обеспечена за счет изменения углов регулирования той группы вентилей, которая регулируется на данном участке диапазона регулирования, напряжение на входе , блока 1 импульсно-фазового управления этого канала управления изменяется с преде-пьной скоростью, ограничиваемой задатчиком 3 к соответствующей скорос-ти изменения углов регулирования, равной угловой частоте питающей сети. Напряжение на выходе устройства 3 этого канала управления при этом изменяется медленнее,- чем напрялсение на его входе, а напряжение на выходе блока 4 обратной связи изменяется пропорционально предельной скорости изменения выпрямленного напряжения при условии, что число фаг данной группы вентилей бесконечно велико (т. е. без учета цискретности управления). Поскольку скорость изменения напряжения на выходе блока обратной связи этого канала ниже скорости измененртя входного напряжения управления, напряжение на выходе усилителя 5 резко изменяется настолько, что вызывает cyMNsapuoe изменение сигналов на выходе всех блоков обратной связи со скоростью, равной скорости изменения входного напряжения управления. Это приводит к изменению напряжений на входах блоков 1 импульсно-фазового управления одного или нескольких следующих каналов управления, т. е. к одновременному изменению углов регулирования двух или большего числа групп вентилей. В предельном случае изменяются с максимальной скоростью углы регулирования всех групп вентилей, что соответствует наибольш-ей возможной скорости изменения выходного напряжения преобразователя. В.таких режимах уменьшается также и запаздывание, обусловленное ограниченным числом фаз регулируемой группы вентилей, так как дис сретность управления определяется дискретностью всех групп вентилей, углы регулирования коTopbix претерпевают изменения. После достижения заданного значения выходного напряжения преобразователя процесс изменения напряжений на входах блоков 1 импульсно-фазового управления будет продолжаться при неизменном значении входного напряжения управления и выходного напряжения пре образователя. Выходное напряжение опе рационного усилителя 5 изменяется настолько, что обеспечивает равенство суммарного значения напряжении на выходе блоков обратной связи значению входного напряжения управления. Процесс завершается, когда напряжения во всех каналах управления примут эначеНИН, соответствующие статическому режиму работы. Поскольку такие процессы носят кратковременный характер (длительность их измеряется тысячньп- и долями секунды), ухудшение энергетических характеристик преобразователя, вызванное нарушением поочередного регулирования в динамических режимах, незначительно. Скачкообразное уменьшение входного напряжения управления в момент времени Ц вызывает одновременное уменьшечие напряжения Uv,, и,, , , . входах соответствующих блоков импульс но--фазового управления с максимально возможной скоростью, определяемой задатчиком 3 (фиг. 1) и равной скорости изменения опорного напряжения блоков импульсно-фазового управления и, (фиг. 3). Это Приводит к тому, что уг лы регулирования всех групп вентилей возрастают со скоростью, равной угловой частоте питающей сети (для преобразования с бесконечно большим чис;лом фаз групп вентилей изменение углов ре гулирования d. , ), , непрерыв но (фиг. 2), а выпрямленные напряжени группы вентилей уменьшаются по закону Е,. (t) E.COSi(t) Ес1,,;СОБ(с.,„дц+ + lf.)t) (Е, Ёд„, Е, Е,-фиг. 2) или снижаться по косинусоидам анодног напряжения включенных вентилей ( otj о(.4 - фиг. 3) что вызывает уменьшение выпрямленного напряжения преобразователя с предельной скорость (Ед на фиг. 2 и фиг. 3). В момент времени t выпрямленное напряжение преобразователя достигает установившееся значение и начинается процес изменения углов регулирования групп вентилей к соотношению, соответствующему поочередному управлению при сохранении неизменным выпрямленного напряжения преобразователя. При этом напряжения на входах, блоков импульсно--фазового управления, а следователь но,- и углы регулирования, третьей и четвертой групп вентилей изменяются в противоположном направлении с максимально возможной скоростью, опр€;деляемой тем же задатчиком 3 (фиг. 1), а напряжение и угол регулирования пер вой группы вентилей продолжают изменяться в прежнем направлении с той же скоростью. Напряжение на входе бло ка 1 импульсно-фазового управления, а соответственно и угол регулирования второй группы вентилей изменяются со скоростью меньшей предельной таким образом, что напряжение на входе усилителя 5 (фиг. 1) остается неизменным, т. е. при неизменном выпрямленном напряжении преобразователя (участок фиг. 2, 3). В момент t скорость изменения угла регулирования второй группы вентилей достигает максимального возможного значения и на участке t,, - tд (фиг. 2, 3) углы регулирования трех групп вентилей cXj , (з 4 соответственно напряжения на входах блоков импульсно-фазового управления этих групп 4. °звращаются к исходному состоянию с максимальной скоростью, а аналогичное напряжение и угол регулирования первой группы вентилей изменяются в прежнем направлении, но с та-кой скоростью что выпрямленное напряжение преобразователя сохраняется неизменным. В момент Ьд напряжения на входах блоков импульсно-фазового управления третьей и четвертой групп вентилей достигают уровня ограничения максимальмого значения, соответствующих минимальному углу регулирования этих групп вентилей, поэтому на участке t - t (фиг. 2, 3) изменяются напряжения и углы регулирования только первых двух групп вентилей в противоположных направлениях. В момент tj напряжение на входе блока импульсно-фазового управления второй группы вентилей достигает уровня ограничения максимального значения, и преобразователь переходит в ст тический режим работы с соотношением углов регулирования групп вентилей, соответствующим поочередному управлению. Для сравнения на фиг. 2 пунктиром показано изменение угла регулирования ci 1 и выпрямленного напряжения первой группы вентилей, а на фиг. 3 выпрямленного напряжения преобразователя i при отработке того же скачка входного напряжения управления преобразователем с обычным устройством поочередного управления. В этом случае процесс отработки входного напряжения заканчивается в момент времени t для преобразователя с бесконечно большим чнслом фаз (фиг. 2) или в момент времени t tj преобразователя, изображенного на фиг. 3. На участке t - t видно, что переход от поочередного управления к одновременному при быстрых процессах управления позволяет уменьшить также и величину запаздывания, определяем,та ограниченным числом фаз регулируемых на данном участке групп вентилей. Таким образом, использование в предлагаемом устройстве общего для всех каналов операционного усилителя и блоков обратной связи облегчает настройку, повышает точность работы устройстве, для поочередного управления и обеспечивает линейность регулированной характеристики преобразователя. Включение в схему устройств типа задатчика интансивности, используемых в качестве датчиков запаздывания регулирования, позволяет при быстрых процессах перейти от поочередного управления групп вентилей к одновременному и за счет этого повысить предель ное быстродействие преобразователя,. Скорейшее возвращение после окончания быстрого процесса к статическому соотношению углов регулирования, соответствующему поочередному управлению, делает незначительным снижение энергетических показателей. В целом данное устройство обеспечивает повышение статической и динамической точ ности систем регулирования, содержащи вентильные преобразователи с поочеред ным управлением. Учитывая простоту устройства, оно может найти широкое, применение в установках, где эти пок затели являются важными: в преобразо вателях частоты с непосредственной связью, быстродействующих системах тиристорного электропривода и т. п. Формула изобретения Устройство для поочередного управ ления вентильным преобразователем, с стоящим из п групп вентилей, содержа шее в каждом из п каналов управления блок импульсно-фазового управления и блок ограничения максимального и минимального значения входного напряжения, ко входу которого подключен источник напряжения начального смещения, отличающееся тем, что, с целью повьшения быстродействия и точности регулирования, оно снабжено в каждом канале управления блоком обратной связи и задатчиком интенсивности, ограничивающим скорость изменения напряжения значением, равным отношению угловой частоты питсшзщей сети к коэффициенту передачи блока импульсно-фазового управления, и общим для всех каналов операционным усилителем, причем вход задатчика интенсивности подключен к выходу блока ограничения максимального и минимального значений входного напряжения, выход - ко входам блока импульсно-фазового управления и блока обратной сдязи, выход которого подключен ко входу операционного усилителя, выход операционного усилителя подключен ко входу блока ограничения максимального и минимального значений напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Каганов И. Л. Электронные и ионные преобразователи. Часть III ГЭИ, 1956, с. 255-260. 2.Авторское свидетельство СССР 37954, кл. Н 02 Р 13/16, 1970.

.

UcH.2

rHZII}

iiutu

«Риг f «8, fda. (Ц / Фаа.2