Групповой преобразователь Советский патент 1982 года по МПК H02M7/515 H02M5/27 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных комплексах для электроснабжения цехов и заводов на повышенных частотах в системах бесперебойного питания и в других преобразовательных устройствах, как наземных, так и находящихся в других средах, а также для обес печения параллельной работы преобразователей с заданным распределением нагрузки, если преобразователи выпол нены по схеме с явным звеном постоян ного тока, регулируемым по напряжению. Инверторные части преобразователей могут быть выполнены как по схеме инвертора тока,., так и инвертора напряжения. Известен самовозбуждающий тйристо ный инвертор, соединяемый при работе с однотипными инверторами l. Однако это устройство не обеспечи вает заданное потребление входных то ков. Автоматическое регулирование, осуществляемое с помощью угла сдвиг фаз между выходными токами и выходным напряжением инверторов при их параллельной работе, не всегда оказывается эффективным для равномерной загрузки входных фаз 2, Известны способ контроля нескольких параллельно работакицих агрегатов и устройство для осуществления контроля нескольких параллельно работающих агрегатов З 3 и . Однако эти способ и устройство не обеспечивают достаточной эффетивности работы. Известны устройства для обеспечения параллельной работы инверторов , в которых по крайней мере два инвертора, обеспечивающие подвод электроэнергии к общей нагрузке, возбуждаются частотными сигналами, имеющими фазовое управление, позволяющее исключить перекрестный ток между инверторами , и Сб.. Однако указанные устройства не обеспечивают заданное потребление токов инверторов при изменении нагрузки параллельно работающих преобразователей. Известен также, групповой преобразователь, состоящий из источника постоянного напряжения и нескольких объединенных по выходу инверторов, причем каждый инвертор снабжен трансформатором тока, первичные обмотки

KOTopj,ix включены с одинаковой полярностью межлу соответствующими инверторами и фазовой сети, э вторичные обмотки соединены последовательно также с одинаковой полярностью 1 }.

Это устройство, отличаясь значительной массой и габаритами за счет уравнительных трансформаторов тока, не обеспечивает достаточной эффективности деления тока между остальными инверторами в широком диапазоне нагрузок, так как настраивается на фиксированную величину разбаланса входных токов инверторов.

Наи&олее близким по технической сущности к предлагаемому является групповой преобразователь частоты, содержащий два объединенных по выходу инвертора, регуляторы постоянного напряжения в цепи питания каждого инвертора с установленными на их выходах LС-фильтрами, блок управления регуляторами, датчики тока в цепи питания инверторов и узел сравнения сигналоя 8 .

Недостаток указанного устройства состоит в том, что оно решает задачу распределения нагрузки только в случае двух инверторов одинаковой мощности, что ограничивает области его применения.

Цель изобретения - расширение области применения.

Указанная цель достигается тем, что групповой преобразователь частоты снабжен сумматором, делителем и блоком умножителей сигналов датчиков тока, соединенными последовательно, выход каждого из датчиков тбка ; подключен к одному из входом сумматора , а выходы блока умножителей подключены к одним из входов узла сравнения, другие входы которого соединены с выходами соответствующих датчиков тока, причем выходы узла сравнения подключены к соответствующим входам блока управления регуляторами.

Кроме того, регуляторы постоянного напряжения выполнены в виде п выпрямительных полууправляемых мостов с совмещенной неуправляемой группой вентилей.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - то же, инв-ерторная часть системы преобразования; на фиг.З - то же, схема, замещения одного инвертора на интервале симметрии его работы; на фи.4 - временные диаграммы, иллюстрирующие связь между напряжением и током на входе каждого инвертора.

Групповой преобразователь частоты содержит регупяторы 1 постоянного напряжения с блоком 2 управления, LC-фильтры 3, объединенные по выходу инверторы 4, датчики 5 тока, сумматор б, делитель 7, блок 8 умножителей и узел 9 сравнения.

Устройство работает следующим образом.

В системе преобразования частоты в качестве управляющих воздействий при регулировании токов, потребляемых инверторами, используются напряжения питания инверторов, подаваемые с выходов фильтров.

Рассмотрим тот случай, когда инверторные части преобразователей выполнены по схеме инвертора тока.

На фиг. 2 эквивалентное разисторное сопротивление цепи постоянного тока К-ого инвертора,

1 - индуктивность катодного реактора к-ого инвертора.

Uji - напряжение питания к -ого инвертора, снимаемое с емкости фильтра Сф,

dk мгновенное значение входного тока ft -ого инвертора, и, О.и,,1 - линейные напряжения на коммутирующих конденсаторах С.

На фиг.З показана схема замещения инвертора на интервале симметрии, когда во всех инверторах ток проводят вентили В и В-. Уравнение для мгновенного значения тока ij имеет вид

Чк d..

Так как рассматриваег Ш интервал симметрии для тока является периодом то после усреднения последнего уравнения получаем

RdK-3dK UdK-U,

где и - среднее за интервал значение напряжения на входе тиристорного комплекса (на рассматриваемом интервале - среднее за интервал значение отрезка напряжения).

среднее значение тока, потребляемого К-ым инвертором.

На фиг.4 показаны графики напряжений и токов, иллюстрирующие последние уравнения.

Из последнего уравнения получают т -UdK-y,

3 В стабилизированном по напряжению

преобразователе частоты U const и поэтому

.

JdK RdK

Это означает, что увеличение Uj приводит к увеличению тока, потребляемого инвертором и, следовательно, регулированием этих напряжений можно добиться заданного распределения токов , чем меньше Rj , тем меньшим изменением Uj, достигают требуемого приращения тока .

Так как величина К весьма мала, то напряжение питания инверторов и незначительно отличается друг от друга и, следовательно, мощности, потребляемые инверторами, равны

PI/ и

ак-

практически пропорциональны потребляемьам токам.

При распределении нагрузки автоматической системы информация-о величине токов Од| поступает от датчиков 5, установленных в цепях постоянного тока инверторов 4. Так как токи 3, - знакопостоянные величины, то . датчики могут быть выполнены в виде шунтов. Сигналы 1 , пропорциональные величины токов , с выходов датчиков 4 поступают на входы сумматора 7, на выходе которого полупчается сигнал Оп Ол„ пропор К::-1

циональный сумме токов, потребляемых инверторами. Величина 3j поступает на вход делителя 7, осуществляющего деление на п. Вьлходной сигнал блока деления 7 уГ -d поступает на выходы блока умножителей 8, число которых равно п. Умножитель 8, соответствующий К-ому преобразоватеsf.K, осуществляет умножение величины do коэффициент ,, пропорциональный мощности , к-ого преобразователя. При этом коэффициент 1 подбир ют так, чтобы выполнялось условие нормирования

...

Выходной сигнал Э( -ого умножител Dj пропорционален той величине ток К-ого преобразователя, который должен потребляться при требуемом распределении нагрузки.

Эта величина o5 представляет собо автоматически вычисляемую уставку системы распределения.

Величины узле 9 сравнения сигналов сравниваются с поступающими с датчиков 5 величинами Э, пропорцинальными текущими значениями потребляемых токов. Сумматор б, делитель 7 и блок 8 умножителей могут быть выполнены на.базе операционных усилителей с соответствующими коэффициентами гередачи. Сигналы рассогласования лЗдк 5|к с1к пропорциональ ные отклонениям текущих значений потребляемых токов от требуемых при данной мощности нагрузки значе НИИ этих токов-, поступают на входы блока 2 управления регулируемыми источниками 1 постоянного напряжения, которые в частном случае могут быть выполнены как управляемые выпрямители.

1

Блок 2 управления вырабатывает сигналы управления тиристорами регулируемых выпрямителей. В преобразователях, включаемых на параллельную работу, исходное значение блока 2 управления может состоять в регулировании величины выходных напряжений выпрямителей с целью стабилизации выходного напряжения каждого преооразователя. В этом случае сигналы рассогласования Л dsc г подававмые с выходов узла 9 сравнения, складываются в блоке 2 управления с сигналом рассогласования основного контура регулирования (.т.е. с сигналом обратной связи системы стабилизации выходного напряжения.

Таким образом, угол регулирования зажиганием вентилей К-ого выпрямителя 1 равен

,

где OL - составляющая величина угла регулирования, определяемая системой стабилизации выходного напряжения, причем эта составляющая - общая для всех преобразователей,

2, - величина дополнительного угла регулирования, определяемая рассогласованием ЛЛсЗк

Блок управления работает таким образом, что для тех преобразователей , для которых текущее значение потребляемого тока 3, превышает требуемую величину этого тока (т.е. дЗ 0) величинао11у О и, следо.вательно, напряжение подаваемое на вход соответствующего- инвертора U(j, уменьшается, что приводит к уменьшению ток.а и уменьшению абсолютной величины рассогласования 5,3у ,. Наборот , при tj к. dk. О величина дополнительного угла , что ведет к увеличению тока 3 и уменьшению абсолютной величины рассогласования .

В установившемся режиме для всех преобразователей с точностью, определяемой коэффициентом усиления блока 2 управления, выполняются равенства

ЕК

dK-EK d% :JdТаким образом, выполняется требуемое условие распределения нагрузки между преобразователями.

Особенностью системы распределения является то, что заданная пропорция между токами, потребляемыми инверторами преобразователей, выполняется при любой результирующей загрузке системы от режима холостого хода до номинальной нагрузки. Это достигается тем, что текущие сигналы уставки 5j фактически вычисляются при люоой нагрузке. В результате этого при скачкообразном изменении величины нагрузки не возникают значительные переходные процессы в системе распределения. Система распределения отрабатывает не абсолютны значения токов инверторов, а реагирует на нарушение заданной пропорции между ними.

Устройство обеспечивает заданную загрузку инверторов, в результате чего может быть достигнута предельная мощность преобразовательного агрегата при использовании вентилей данной установленной мощности.

Деление тока в предлагаемой системе может быть достигнуто с заданной точностью выбором коэффициента усиления управляющего блока, в то время как в известном устройстве - точность определяется выбором и исполнением силовых элементов схемы (трансформаторов тока).

Групповой преобразователь частоты не использует дополнительной силовой аппаратуры, не имеющейся в пре образователях, включаемых на параллельную работу.

Положительный эффект предлагаемого устройства по отношению к извесному состоит в следующем.

Устройство решает задачу распределения нагрузки только для случая двух инверторов. Действительно, принцип получения управляющего воздействия в системе балансировки состоит в сравнении двух токов. В результате их разность стремится к нулю, причем каждый из токов стремится к другому и тем самым автоматически к полусумтавкой регулирования, хотя фактически и не вычисляются.

В случае трех и более инверторов необходимо определить установленную величину (уставку7, к которой должна стремиться величина тока каждого инвертора. В том случае, когда требуется равномерная загрузка инверторов, эта уставка есть среднее арифметическое всех токов. Известное устройство не обеспечивает расчета среднего арифметического токов, так как содержит только схему сравнения и может дать лишь полярные разности TOICOB.

Таким образом, добавление сумматора и делителя на И даёт возможность системе управления выработать текущее значение уставки - среднее арифметическое потребляемых токов. Это добавление является необходимым при ц 72. Таким образом, здесь количество переходит в качество: приН72 устройство S Jke может решить задачу распределекия нагрузки без новых элементов: суммирующего элемента и делителя на И .

Известное устройство решает задачу только в случае равномерного распределения токов. Даже при Vi 2 при заданном направленном распределении токов (например, в отношении 1:2) устройство не может решить задачу. Действительно, в этом случае вновь необходимо Найти уставки (в данном несколько - по числу инверторов , к которым должны стремиться токи инверторов.

В предлагаемом устройстве эти уставки находятся умножением среднего

арифметического тока на заданные величины пропорции I., Е, ...j..

Таким образом, добавление новых элементов сумматора, делителя и блок умножителей придает устройству ново свойство - возможность получить любое наперед заданное распределение токов.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает расширенным набором решаемых технических задач по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

1.Групповой преобразователь, содержащий по крайней мере два объединенных по выходу инвертора, регуляторы постоянного напряжения в цепи питания каждого инвертора с установленными на их выходах LС-фильтрами, бло управления регуляторами, датчики тока в цепи питания инверторов и узел сравнения сигналов, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, он снабжен сумматором, делителем и блоком умножителей сигналов датчиков тока, соединенными последовательно, выход каждого из датчиков тока подключен к одному из входов сумматора, а выходы блока умножителей подключены к одним из входов узла сравнения, другие входы которого соединены с выходами соответствующих датчиков тока, приче выходы узла сравнения подключены к соответствующим входам блока управления регуляторами.

2.Преобразователь по п.1, о т личающийся тем, что регуляторы постоянного напряжения выполнен в виде выпрямительных полууправляемых мостов с совмещенной анодной неуправляемой группой вентилей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Изобретения за рубежом, 1976, вып.50, № 14, с.55.

2.Изобретения за рубежом, 1976, вып.50, № 16, с.27.

3.Изобретения за рубежом, 1976, вып.50, № 17, с.44.

4.Изобретения за рубежом, 1976, вып.50, № 17, с.44.

5.Изобретения за рубежом, 1976, вып.50, № 13, с.78.

6.Изобретения в СССР и за рубежом 1979, вып.113, № 11, с.62.

7.Изобретения за рубежом, 1977, вып.50, № 12.

8.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2840859/07 от 16.11.79, кл. Н 02 М 7/515.

Ф«г./