RU2327276C1 - Method of control of tetrasquare converter with computation of switching phases and microprocessor device to implement method - Google Patents
Method of control of tetrasquare converter with computation of switching phases and microprocessor device to implement method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2327276C1 RU2327276C1 RU2006143996/09A RU2006143996A RU2327276C1 RU 2327276 C1 RU2327276 C1 RU 2327276C1 RU 2006143996/09 A RU2006143996/09 A RU 2006143996/09A RU 2006143996 A RU2006143996 A RU 2006143996A RU 2327276 C1 RU2327276 C1 RU 2327276C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- converter
- voltage
- switching
- current
- value
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, к управлению входными преобразователями электроподвижного состава переменного тока, может быть использовано для улучшения формы потребляемого тока тяговым приводом с четырехквадрантными преобразователями, снижения риска возникновения аварийных режимов работы.The invention relates to electrical engineering, to the control of input converters of electric rolling stock of alternating current, can be used to improve the shape of current consumption by a traction drive with four-quadrant converters, to reduce the risk of emergency operation.
Известен способ управления четырехквадрантным преобразователем, заключающийся в том, что задают частоту коммутации полупроводниковых ключей преобразователя и измеряют ток на входе преобразователя. По измеренным значениям тока, используя аналитические зависимости для прогнозируемого значения тока, определяют энергооптимальные фазы коммутации (Патент ФРГ №4129261 от 08.10.92 г. Способ цифрового регулирования четырехквадрантного преобразователя, подключенного к сети переменного напряжения через трансформатор).A known method of controlling a four-quadrant converter, which consists in setting the switching frequency of the semiconductor switches of the converter and measuring the current at the input of the converter. Using the measured current values, using the analytical dependences for the predicted current value, the energy-optimal switching phases are determined (German Patent No. 4,129,261 of October 8, 1992. The method of digital regulation of a four-quadrant converter connected to an alternating voltage network via a transformer).
Недостатком способа является существование значительной ошибки накопления, возникающей при использовании в определении прогнозируемого тока эмпирических коэффициентов, зависящих от импеданса и активного сопротивления стороны переменного тока преобразователя, а также от длительности периода считывания мгновенных значений тока и напряжения.The disadvantage of this method is the existence of a significant accumulation error that occurs when empirical coefficients are used in determining the predicted current, depending on the impedance and resistance of the AC side of the converter, as well as on the length of the reading period of the instantaneous values of current and voltage.
Известно микропроцессорное устройство управления четырехквадрантным преобразователем, содержащее набор датчиков тока и напряжения, процессор, широтно-импульсный модулятор напряжения, задатчик амплитуды потребляемого тока, а также устройства сопряжения с четырехквадрантным преобразователем. Управляющие команды на вентили четырехквадрантного преобразователя задаются в указанном устройстве в цифровом виде сигналами, поступающими с устройств сопряжения системы управления с четырехквадрантным преобразователем (см. там же).A microprocessor-based control device for a four-quadrant converter is known, comprising a set of current and voltage sensors, a processor, a pulse-width modulator of voltage, a setpoint for the amplitude of the consumed current, and a device for interfacing with a four-quadrant converter. The control commands for the valves of the four-quadrant converter are set in the indicated device in digital form by signals coming from the interface devices of the control system with the four-quadrant converter (see ibid.).
Устройство имеет функциональные ограничения по определению фаз коммутации вследствие отсутствия оперативной информации об изменении нагрузки.The device has functional limitations in determining the phases of switching due to the lack of operational information about load changes.
Применение указанного устройства на электроподвижном составе не гарантирует точности управления, в частности, не обеспечивает в текущем полупериоде оптимальные моменты коммутации включения-выключения силовых полупроводниковых приборов (вентилей) с учетом зависимости ширины модулирующих импульсов напряжения на входе преобразователя от глубины модуляции.The use of this device on an electrically rolling stock does not guarantee control accuracy, in particular, it does not provide the optimal switching times for switching on-off power semiconductor devices (valves) in the current half-cycle, taking into account the dependence of the width of the modulating voltage pulses at the input of the converter on the modulation depth.
Наиболее близким по технической сущности является способ управления четырехквадрантным преобразователем с вычислением фаз коммутации, состоящий в том, что формируют и заносят в память системы управления преобразователя для диапазона допустимых рабочих частот коммутации преобразователя массивы зависимостей длин коммутационных интервалов силовых полупроводниковых приборов (СПП) от глубины модуляции в соответствии с количеством ШИМ-интервалов, задают при помощи системы управления действующее значение напряжения на выходе преобразователя, действующее значение сетевого тока и значение фазового сдвига между сетевым напряжением и сетевым током, значение сетевого тока регулируют изменением продолжительности времени приложения на входе преобразователя напряжения источника переменного напряжения и разности напряжений источника переменного напряжения и емкости выходного фильтра, при этом продолжительности времени приложения напряжения источника напряжения переменного тока и разности напряжений источника переменного напряжения и емкости выходного фильтра определяют соотношением модулирующего синусоидального сигнала и тактового треугольного сигнала, сдвинутых относительно напряжения источника переменного напряжения на уголThe closest in technical essence is the method of controlling a four-quadrant converter with calculation of switching phases, which consists in forming and storing into the memory of the converter control system for the range of admissible operating frequencies of the converter arrays of arrays of dependences of the lengths of the switching intervals of power semiconductor devices (SPP) on the modulation depth in according to the number of PWM intervals, the effective voltage value at the output is converted using the control system The actual value of the mains current and the value of the phase shift between the mains voltage and the mains current, the mains current value is controlled by changing the duration of the application at the input of the voltage converter of the AC voltage source and the voltage difference between the AC voltage source and the capacity of the output filter, while the duration of the application of the source voltage AC voltage and voltage difference between the AC voltage source and the output filter capacity lyayut ratio modulating sine wave signal and the triangular clock signal is shifted relative to the angle-voltage AC voltage source
где Х - индуктивное сопротивление контура протекания сетевого тока при приложении на вход преобразователя напряжения источника переменного напряжения;where X is the inductive resistance of the mains current flow path when an AC voltage source is applied to the input of the voltage converter;
I - действующее значение сетевого тока; U - действующее значение напряжения источника переменного напряжения, измеряют для каждого полупериода при помощи датчиков тока и датчиков напряжения фактические значения сетевого тока и напряжения на выходе преобразователя, определяют интегральное рассогласование выходного напряжения, ограничивают интегральное рассогласование по максимуму и минимуму, определяют глубину модуляции по формуле μ=μ0-Δμ, где μ0 - значение модуляции в номинальном режиме работы преобразователя; Δμ - величина коррекции сигнала управления на включение-отключение вентилей, вычисляют интервалы коммутации управляемых силовых полупроводниковых приборов. (Алгоритмы управления четырехквадрантным преобразователем / А.В.Беляев, К.П.Солтус, М.Ю.Капустин // Электровозостроение: Сб. науч. тр. / ОАО "Всерос. науч.-иссл. и проектно-конструкт. ин-т электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ"). - Новочеркасск, 2003. Т.45. С.341-354).I is the effective value of the mains current; U is the actual value of the voltage of the AC voltage source, measured for each half-cycle using current sensors and voltage sensors, the actual values of the mains current and voltage at the converter output, determine the integrated mismatch of the output voltage, limit the integral mismatch by the maximum and minimum, determine the modulation depth by the formula μ = μ 0 -Δμ, where μ 0 is the modulation value in the nominal operating mode of the converter; Δμ is the correction value of the control signal for switching valves on and off, the switching intervals of controlled power semiconductor devices are calculated. (Algorithms for controlling a four-quadrant converter / A.V. Belyaev, K.P. Soltus, M.Yu. Kapustin // Electric locomotive construction: Collection of scientific papers / JSC "All-Russian scientific and research and design-engineering t electric locomotive building "(OJSC" VELNII "). - Novocherkassk, 2003. T.45. S.341-354).
При таком способе управления не учитывается время коммутации силовых полупроводниковых приборов, т.е. время, в течение которого вентиль (тиристор, транзистор) открывается или, наоборот, закрывается. В зависимости от типа и динамических свойств приборов, обусловленных их паспортными данными, характером нагрузки и прочими условиями и режимами эксплуатации преобразователя, длительность процесса коммутации может достигать неприемлемых значений по условиям безаварийной работы. То есть (особенно в области высоких частот модуляции) при включении вентилей в одном из плеч преобразователя и одновременном протекании тока в другом плече возможны моменты перекрытия контуров протекания коммутируемого тока, приводящие к аварийным режимам работы преобразователя.With this control method, the switching time of power semiconductor devices is not taken into account, i.e. the time during which the valve (thyristor, transistor) opens or, conversely, closes. Depending on the type and dynamic properties of the devices, due to their passport data, the nature of the load, and other conditions and operating modes of the converter, the duration of the switching process can reach unacceptable values under the conditions of trouble-free operation. That is (especially in the field of high modulation frequencies) when the valves are turned on in one of the converter arms and the current flows in the other arm simultaneously, moments of overlapping switching current circuits are possible, leading to emergency operation of the converter.
Наиболее близким по технической сущности является микропроцессорное устройство управления четырехквадрантным преобразователем, реализующее указанный способ управления, содержащее таймер, процессор, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, аналого-цифровой преобразователь, блок драйверов, управляющих четырехквадрантным преобразователем, имеющим датчик входного тока, выход которого соединен с синхронизатором и с одним из входов АЦП, другой вход АЦП подключен к задатчику амплитуды входного тока. Входы-выходы таймера, процессора, оперативного запоминающего устройства и постоянного запоминающего устройства, выход аналогово-цифрового преобразователя и входы блока драйверов объединены шиной данных-адресов. Четырехквадрантный преобразователь и синхронизатор запитаны переменным напряжением. Вход синхронизатора соединен с входом сброса таймера и шиной прерывания процессора (Солтус К.П. Формирование логики управления четырехквадрантным преобразователем // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Технические науки. - 2004. - №1. - С.37-40).The closest in technical essence is a microprocessor control device of a four-quadrant converter that implements the specified control method, containing a timer, a processor, random access memory, read-only memory, analog-to-digital converter, a driver block controlling a four-quadrant converter having an input current sensor, the output of which is connected with a synchronizer and with one of the ADC inputs, the other ADC input is connected to the input current amplitude adjuster. The inputs and outputs of the timer, processor, random access memory and read-only memory, the output of the analog-to-digital converter and the inputs of the driver unit are connected by the data-address bus. The four-quadrant converter and synchronizer are powered by alternating voltage. The input of the synchronizer is connected to the timer reset input and the processor interrupt bus (Soltus K.P. Formation of the control logic of a four-quadrant converter // News of Universities. North-Caucasus Region. Technical Sciences. - 2004. - No. 1. - P.37-40 )
Такое устройство не позволяет обеспечить точность управления преобразователя при изменении нагрузки по причине отсутствия информационных каналов связи с блоками управления нагрузкой (инвертором). Кроме того, устройство не обеспечивает контроль одновременной коммутации во всех плечах преобразователя. Указанный недостаток создает риск возникновения аварийных процессов в случае протекания сквозных токов в преобразователе.Such a device does not allow to ensure the accuracy of the converter control when the load changes due to the lack of information channels of communication with the load control units (inverter). In addition, the device does not provide simultaneous switching control at all shoulders of the converter. The specified disadvantage creates the risk of emergency processes in the event of through-currents flowing in the converter.
Задачей изобретения является разработка способа управления четырехквадрантным преобразователем с вычислением фаз коммутации, исключающий аварийные режимы, в частности, совпадение времени включения-выключения вентилей в соседних (параллельных) плечах преобразователя. Также задачей изобретения является разработка микропроцессорного устройства, реализующего указанный способ управления и обеспечивающего расширение информационных функций для лучшей контролируемости регулируемых параметров.The objective of the invention is to develop a method of controlling a four-quadrant converter with the calculation of the switching phases, eliminating emergency conditions, in particular, the coincidence of the on-off time of the valves in the adjacent (parallel) arms of the converter. Another objective of the invention is the development of a microprocessor device that implements the specified control method and provides the expansion of information functions for better controllability of adjustable parameters.
Поставленная задача решается тем, что в способ управления четырехквадрантным преобразователем с вычислением фаз коммутации, состоящий в том, что формируют и заносят в память системы управления преобразователя для диапазона допустимых рабочих частот коммутации преобразователя массивы зависимостей длин коммутационных интервалов силовых полупроводниковых приборов от глубины модуляции в соответствии с количеством ШИМ-интервалов, задают при помощи системы управления действующее значение напряжения на выходе преобразователя, действующее значение сетевого тока и значение фазового сдвига между сетевым напряжением и сетевым током, значение сетевого тока регулируют изменением продолжительности времени приложения на входе преобразователя напряжения источника переменного напряжения и разности напряжений источника переменного напряжения и емкости выходного фильтра, при этом продолжительности времени приложения напряжения источника напряжения переменного тока и разности напряжений источника переменного напряжения и емкости выходного фильтра определяют соотношением модулирующего синусоидального сигнала и тактового треугольного сигнала, сдвинутых относительно напряжения источника переменного напряжения на уголThe problem is solved in that in a method for controlling a four-quadrant converter with calculation of switching phases, which consists in forming and storing in the memory of the converter control system for the range of acceptable working frequencies of the converter arrays of dependences of the lengths of the switching intervals of power semiconductor devices on the modulation depth in accordance with by the number of PWM intervals, set the actual voltage value at the converter output, using the control system, The value of the mains current and the phase shift value between the mains voltage and the mains current, the mains current value is controlled by changing the duration of the application at the input of the voltage converter of the AC voltage source and the difference between the voltages of the AC voltage source and the capacity of the output filter, while the duration of the application of the voltage of the AC voltage source the current and voltage differences of the AC voltage source and the capacity of the output filter determine the ratio We have a modulating sinusoidal signal and a triangular clock signal, shifted relative to the voltage of the AC voltage source by an angle
где Х - индуктивное сопротивление контура протекания сетевого тока при приложении на вход преобразователя напряжения источника переменного напряжения;where X is the inductive resistance of the mains current flow path when an AC voltage source is applied to the input of the voltage converter;
I - действующее значение сетевого тока; U - действующее значение напряжения источника переменного напряжения, измеряют для каждого полупериода при помощи датчиков тока и датчиков напряжения фактические значения сетевого тока и напряжения на выходе преобразователя, определяют интегральное рассогласование выходного напряжения, ограничивают интегральное рассогласование по максимуму и минимуму, определяют глубину модуляции по формуле μ=μ0-Δμ, где μ0 - значение модуляции в номинальном режиме работы преобразователя; Δμ - величина коррекции сигнала управления на включение-отключение вентилей, вычисляют интервалы коммутации управляемых силовых полупроводниковых приборов, введены новые признаки - корректируют значение интервалов включения вентилей с учетом времени коммутации вентилей преобразователя на основании паспортных данных управляемых вентилей, режимов работы и характера нагрузки преобразователя. При этом в каждом полупериоде питающего напряжения ограничивают максимальную частоту модуляции длительностью коммутации вентиля.I is the effective value of the mains current; U is the actual value of the voltage of the AC voltage source, measured for each half-cycle using current sensors and voltage sensors, the actual values of the mains current and voltage at the converter output, determine the integrated mismatch of the output voltage, limit the integral mismatch by the maximum and minimum, determine the modulation depth by the formula μ = μ 0 -Δμ, where μ 0 is the modulation value in the nominal operating mode of the converter; Δμ is the correction value of the control signal for turning the valves on and off, the switching intervals of the controlled power semiconductor devices are calculated, new signs are introduced - the values of the switching intervals of the valves are adjusted taking into account the switching time of the converter valves based on the passport data of the controlled valves, operating modes and the nature of the converter load. Moreover, in each half-cycle of the supply voltage, the maximum modulation frequency is limited by the duration of the switching of the valve.
Для реализации описанного способа предлагается микропроцессорное устройство управления четырехквадрантным преобразователем, состоящее из таймера, процессора, оперативного запоминающего устройства, постоянного запоминающего устройства, аналого-цифрового преобразователя, блока драйверов, управляющих четырехквадрантным преобразователем, имеющим датчик входного тока, выход которого соединен с синхронизатором и с одним из входов АЦП, другой вход АЦП подключен к задатчику амплитуды входного тока, входы-выходы таймера, процессора, ОЗУ, ПЗУ, выход АЦП и входы блока драйверов объединены шиной данных-адресов, при этом четырехквадрантный преобразователь и синхронизатор запитаны переменным напряжением, вход синхронизатора соединен с входом сброса таймера и шиной прерывания процессора, дополнительно содержит блок вычисления фаз коммутации силовых полупроводниковых приборов, программный блок ограничения коммутационного интервала, блок связи с нагрузкой четырехквадрантного преобразователя, соединенные с процессором по шине данных-адресов, датчик режима сети, датчик выходного напряжения преобразователя соединенный с АЦП, выход датчика режима сети подключен к входу блока синхронизирующих импульсов.To implement the described method, a microprocessor control device for a four-quadrant converter is proposed, consisting of a timer, a processor, random access memory, read-only memory, an analog-to-digital converter, a driver block controlling a quadrant converter with an input current sensor, the output of which is connected to a synchronizer and with one from the inputs of the ADC, the other input of the ADC is connected to the input current amplitude adjuster, the inputs and outputs of the timer, processor, RAM, The memory, the ADC output and the driver block inputs are connected by a data-address bus, while the four-quadrant converter and synchronizer are powered by an alternating voltage, the synchronizer input is connected to the timer reset input and the processor interrupt bus, it additionally contains a block for calculating the switching phases of power semiconductor devices, a software block for switching switching interval, communication unit with the load of the quadrant converter connected to the processor via the data-address bus, network mode sensor, output sensor the voltage of the converter connected to the ADC, the output of the network mode sensor is connected to the input of the block of synchronizing pulses.
Учитывая высокочастотные режимы коммутации вентилей четырехквадрантного преобразователя, у указанного устройства нет зоны нечувствительности к отклонению регулируемой величины.Given the high-frequency switching modes of the valves of the four-quadrant converter, the specified device does not have a deadband to the deviation of the adjustable value.
Положительным эффектом предлагаемого способа управления четырехквадрантным преобразователем с вычислением фаз коммутации является возможность учета и контроля времени выключения вентилей в одном плече и времени включения в другом плече с целью предупреждения возникновения контуров протекания сквозных токов.A positive effect of the proposed method for controlling a four-quadrant converter with calculation of switching phases is the ability to take into account and control the turn-off time of the valves in one arm and the turn-on time in the other arm in order to prevent the occurrence of through-current circuits.
Положительный эффект предлагаемого микропроцессорного устройства заключается в расширении информационных функций для лучшей контролируемости регулируемых параметров четырехквадрантного преобразователя. Введение новых блоков в состав устройства обеспечивает реализацию способа управления четырехквадрантным преобразователем с вычислением фаз коммутации, осуществляя контроль энергооптимальной коммутации вентилей наряду со снижением риска возникновения аварийного режима работы (предотвращение протекания сквозных токов).The positive effect of the proposed microprocessor device is to expand the information functions for better controllability of the adjustable parameters of the quadrant converter. The introduction of new blocks into the device provides an implementation of the method of controlling a four-quadrant converter with calculation of switching phases, controlling the energy-optimal switching of the valves along with reducing the risk of an emergency operation (preventing the passage of through currents).
На представленных к описанию фигурах показано:The figures presented to the description show:
На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого алгоритма управления четырехквадрантным преобразователем с вычислением фаз коммутации.Figure 1 presents a block diagram of the proposed control algorithm for a four-quadrant converter with the calculation of the switching phases.
На фиг.2 представлена типовая зависимость времен коммутации силового полупроводникового прибора четырехквадрантного преобразователя от напряжения нагрузки для одного полупериода питающего напряжения.Figure 2 shows a typical dependence of the switching times of a power semiconductor device of a four-quadrant converter on the load voltage for one half-period of the supply voltage.
На фиг.3 представлен вариант микропроцессорного устройства управления четырехквадрантным преобразователем, реализующий предлагаемый способ управления.Figure 3 presents a variant of a microprocessor control device of a four-quadrant converter that implements the proposed control method.
Способ реализуется алгоритмом, приведенным на фиг.1.The method is implemented by the algorithm shown in figure 1.
Работа преобразователя начинается по приходу команды на запуск системы управления (блок 1 (на фиг.1)). В блоке 2 осуществляют загрузку в память системы управления рабочих параметров и допустимых рабочих значений преобразователя (например, допустимое значение коэффициента гармоник КД (коэффициента нелинейных искажений)), напряжения на входе преобразователя, приведенной индуктивности входной цепи и др., а также ввод массивов длин коммутационных интервалов вентилей преобразователей от модуляции для возможного диапазона модулируемых частот ωt=f(μ). В блоке 3 выполняют ввод текущих параметров работы преобразователя - заданного значения сетевого тока INЗ и выходного напряжения UdЗ. В блоке 4 измеряют мгновенные значения входного тока IN и выходного напряжения Ud преобразователя. В блоке 5 выполняют сравнение значений заданного выходного напряжения UdЗ и фактического (измеренного) Ud. В случае несоответствия переходят в блок 6. В блоке 6 изменяют модуляцию напряжения μ в соответствии с рассогласованием заданного UdЗ и фактического Ud напряжения с последующим переходом в блок 4. При недостаточном значении уменьшают модуляцию напряжения μ, при избыточном фактическом напряжении увеличивают модуляцию напряжения. В блоке 5, если значения заданного выходного напряжения и фактического (измеренного) совпадают, осуществляют переход в блок 7. В блоке 7 вычисляют фазы коммутации ωt СПП без учета динамических свойств вентилей, т.е. представляют их «идеальными» ключами с мгновенной коммутацией. В блоке 8 корректируют фазы коммутации с учетом динамических свойств вентилей. На основании полученной последовательности импульсов применительно к ближайшему полупериоду прогнозируют кривую сетевого тока и раскладывают ее на гармонические составляющие (блок 9), например, в ряды Фурье. При этом соответственно изменяется длительность импульсов напряжения, определенных при условии мгновенной коммутации вентилей. Определяют коэффициент гармоник (коэффициент нелинейных искажений) по формуле ,The operation of the converter begins upon the arrival of a command to start the control system (block 1 (in Fig. 1)). In block 2, the operating parameters and admissible operating values of the converter are loaded into the memory of the control system (for example, the admissible value of the harmonic coefficient K D (non-linear distortion coefficient)), the voltage at the converter input, the reduced inductance of the input circuit, etc., as well as the input of arrays of lengths switching intervals of valves of converters from modulation for a possible range of modulated frequencies ωt = f (μ). In block 3, the current parameters of the converter are input - the set value of the mains current I NЗ and the output voltage U dЗ . In
где I1 - действующее значение тока основной гармоники тока сети, n - количество анализируемых гармоник, Ii - действующее значение тока i-ой гармоники тока сети. В блоке 10 сравнивают полученный коэффициент гармоник KГ с допустимым КД. В случае несоответствия в блоке 11 уменьшают фазы фронтов импульсов коммутации:where I 1 is the effective current value of the main harmonic of the network current, n is the number of harmonics analyzed, I i is the effective current value of the i-th harmonic of the network current. In block 10, the resulting harmonic coefficient K G is compared with a valid K D. In case of a mismatch in block 11, the phases of the edges of the switching pulses are reduced:
- переднего (при включении) ωt1i по формуле Δωt1i=Δωti-1-ε,- front (when turned on) ωt 1i according to the formula Δωt 1i = Δωt i-1 -ε,
где Δωti-1 - длительность коммутации в предыдущем периоде регулирования переднего фронта одноименного импульса, ε - шаг изменения времени непроводящего состояния,where Δωt i-1 is the switching duration in the previous period of regulation of the leading edge of the same pulse, ε is the step of changing the time of a non-conducting state,
- заднего (при выключении) Δωt2i по формуле Δωt2i=Δωt2i-1+ε,- rear (when turned off) Δωt 2i according to the formula Δωt 2i = Δωt 2i-1 + ε,
где Δωt2i-1 - длительность коммутации в предыдущем периоде регулирования заднего фронта одноименного импульса, ε - шаг изменения времени непроводящего состояния. Значение ε можно принять равным, например 0,1 мкс. Такое значение времени является приемлемым исходя из традиционного для электроподвижного состава диапазона рабочих частот четырехквадрантного преобразователя (не более 3000 Гц). При вычислении КГ значение n можно принять равным 60.where Δωt 2i-1 is the switching duration in the previous period of regulation of the trailing edge of the same pulse, ε is the step of changing the time of the non-conducting state. The value of ε can be taken equal to, for example, 0.1 μs. This time value is acceptable based on the four-quadrant converter operating frequency range traditional for electric rolling stock (no more than 3000 Hz). When calculating K G, the value of n can be taken equal to 60.
При работе с высокой частотой длительность паузы (абсолютное время между соседними импульсами) становится малым и соизмеримым с длительностью выключения вентиля. В этой связи ограничивают длительность паузы между коммутациями фактическим временем закрытия вентиля, поскольку длительность паузы не должна быть меньше паспортного времени выключения. Например, в случае синусоидальной ШИМ (фиг.2) совпадению проводящих состояний вентилей наиболее подвержены центральные импульсы в полупериоде.When operating at a high frequency, the pause duration (absolute time between adjacent pulses) becomes small and commensurate with the duration of the valve shutdown. In this regard, the duration of the pause between switching is limited by the actual time of closing the valve, since the duration of the pause should not be less than the passport shutdown time. For example, in the case of a sinusoidal PWM (Fig. 2), the central impulses in the half-cycle are most susceptible to the coincidence of the conducting states of the valves.
После указанных вычислений при смене полупериода питающего напряжения возвращаются в блок 5. В блоке 12 реализуют логику управления вентилями преобразователем. В качестве алгоритма формирования логики управления преобразователем можно использовать, например, алгоритм, описанный в публикации: Солтус К.П. Формирование логики управления четырехквадрантным преобразователем // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Технические науки. - 2004. - №1. - С.37-40.After these calculations, when changing the half-cycle of the supply voltage, they return to block 5. In block 12, the logic of controlling the valves by the converter is implemented. As an algorithm for generating the converter control logic, one can use, for example, the algorithm described in the publication: K. Soltus Formation of the control logic of a four-quadrant converter // News of Universities. North Caucasus. region. Technical science. - 2004. - No. 1. - S. 37-40.
Далее процесс управления продолжается (блок 3) до окончания работы преобразователя. Прерывание алгоритма работы допускается в любом блоке (фиг.1).Further, the control process continues (block 3) until the end of the converter operation. Interruption of the operation algorithm is allowed in any block (figure 1).
Времена включения - отключения СПП можно заранее определить исходя из предполагаемых режимов и алгоритмов работы преобразователя по известным параметрам.Turn-on and turn-off times of the NGN can be determined in advance based on the expected modes and algorithms of the converter according to known parameters.
Предварительное определение динамических свойств и формирование массивов фактических длительностей импульсов коммутации силовых полупроводниковых приборов можно выполнить по методике (см. Лещев А.И. Практические рекомендации по применению IGBT транзисторов / А.И.Лещев, В.В.Никонов, К.П.Солтус, К.Н.Суслова. // Электровозостроение: Сб. науч. тр. / ОАО "Всерос. н-и. и проектно-конструкт ин-т электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ"). - 1999. - Т.41. - С.179-188), на основании справочных данных каталогов производителей силовых полупроводниковых приборов.A preliminary determination of the dynamic properties and the formation of arrays of actual switching pulse durations of power semiconductor devices can be performed according to the methodology (see A. Leshchev. Practical recommendations for the use of IGBT transistors / A.I. Leshchev, V.V. Nikonov, K.P. Soltus , K.N.Suslova // Electric locomotive construction: Collection of scientific papers / All-Russian Scientific Research Institute and Design Electric Locomotive Engineering OJSC (VELNII OJSC). - 1999. - T.41. - S.179-188), based on the reference data of catalogs of manufacturers of power semiconductor devices.
На фиг.2 представлена типовая зависимость времен коммутации силового полупроводникового прибора четырехквадрантного преобразователя от напряжения нагрузки. Как видно из графика, в случае пренебрежения длительностью коммутации UV=f(ωt) существует опасность протекания сквозных токов через разнополупериодные вентильные плечи преобразователя. Зависимость UФ=f(ωt) отражает возможные формы импульсов напряжения, прикладываемых к вентилям.Figure 2 presents a typical dependence of the switching times of a power semiconductor device of a four-quadrant converter from the load voltage. As can be seen from the graph, in the case of neglecting the switching duration U V = f (ωt), there is a danger of the flow of through currents through the transverse valve arms of the transducer with different half-waves. The dependence U Ф = f (ωt) reflects the possible forms of voltage pulses applied to the valves.
В результате указанных операций по управлению преобразователем предотвращается аварийный режим работы преобразователя вследствие одновременной коммутации разнополупериодных вентильных плечей. При этом указанный способ управления не ухудшает качество потребляемого тока.As a result of these operations for controlling the converter, the emergency operation of the converter is prevented due to the simultaneous switching of valve arms of different periods. Moreover, the specified control method does not impair the quality of the current consumed.
Способ реализуют микропроцессорным устройством (фиг.3).The method is implemented by a microprocessor device (figure 3).
Устройство содержит: таймер 13, процессор 14, оперативное запоминающее устройство 15, постоянное запоминающее устройство 16, аналого-цифровой преобразователь 17, блок драйверов 18, управляющих вентилями четырехквадрантного преобразователя 19, имеющим датчик входного тока 20, выход которого соединен с синхронизатором 21 и с одним из входов АЦП 17, другой вход АЦП 17 подключен к задатчику амплитуды входного тока 23. Кроме того, устройство содержит блок вычисления фаз коммутации 22 силовых полупроводниковых приборов преобразователя 19, датчик выходного напряжения 30, блок ограничения коммутационного интервала (БОКИ) 24, блок связи (БСН) 25 с нагрузкой 26, задатчик параметров работы 27 преобразователя 19, блок ввода-вывода временного интервала 28. Входы-выходы таймера 13, процессора 14, ОЗУ 15, ПЗУ 16, выход АЦП 17 и входы блока драйверов 18 объединены шиной данных-адресов 29. Четырехквадрантный преобразователь 19 и синхронизатор 21 запитаны переменным напряжением, вход синхронизатора 21 соединен с входом сброса таймера 13 и шиной прерывания процессора 14. Выход датчика сетевого тока 20 подключен к входу синхронизатора 21. Мгновенное значение напряжения на выходе четырехквадрантного преобразователя измеряется датчиком выходного напряжения 30. Датчик выходного напряжения 30 подключен на выходе преобразователя 19, информационный выход датчика 30 подключен к АЦП 17.The device comprises: a
Процессор 14 является центральным вычислительным ядром, реализующим основные протоколы обмена информацией между блоками и элементами устройства.The
В блоке 22 выполняются логически-арифметические операции вычисления фаз коммутации на основании массивов данных, хранящихся в ПЗУ 16, в зависимости от рабочей частоты преобразователя 19. Вычисленные в блоке 22 фазы коммутации адресуются блоку драйверов 18 вентилей преобразователя 19. Тип блока драйверов 18 определяется типом вентилей, главным образом транзисторов.In
В блоке ограничения коммутационного интервала (БОКИ) 24 отслеживают и сравнивают времена межкоммутационных интервалов с максимально возможной длительностью коммутации вентилей в зависимости от значения нагрузки.In the block of switching interval limits (BOKI) 24 monitor and compare the time of the inter-switching intervals with the maximum possible duration of switching valves depending on the value of the load.
Блок 25 связи с нагрузкой 26 адресует по шине 29 оперативную информацию об изменении нагрузки 26. Это способствует быстродействию регулирования потребляемого тока преобразователем 19.The
В качестве задатчика параметров 27 могут использоваться, например, приборы пульта машиниста электроподвижного состава (рукоятки контроллера машиниста, переключатели, клавиатура с блоком индикации). В качестве задатчика амплитуды входного тока 23 может являться один из ручных органов управления электроподвижного состава, например, рукоятка задания силы тяги.As a
Блок 28 обеспечивает формирование управляющих сигналов в соответствии с вычисленными фазами коммутации в блоке 22, адресуемых в блок драйверов 18 преобразователя 19.
Блок вычисления фаз коммутации 22 силовых полупроводниковых приборов, программный блок ограничения коммутационного интервала 24, блок связи 25 с нагрузкой четырехквадрантного преобразователя соединены с процессором 14 по шине данных-адресов 29.The calculation unit for the switching phases 22 of the power semiconductor devices, the software unit for limiting the switching
В указанном устройстве таймер 13, процессор 14, ОЗУ 15, ПЗУ 16, БОКИ 24, БСН 25 могут быть интегрированы в специализированный контроллер, например M167-1C (см. каталог продукции "Бортовая промышленная электроника" АО "Каскод", 105037 Москва, Измайловская пл.,7).In this device, a
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
При переходе питающего напряжения UN через нулевое значение на выходе блока синхронизации 21 появляется импульс, по которому производят начальную установку процессора 14, ОЗУ 15, ПЗУ 16, блока ввода-вывода временного интервала 28 и запуск АЦП 17. После этого микропроцессорное устройство управления четырехквадрантным преобразователем функционирует в соответствии с командами, массивами и константами, записанными в ПЗУ 16, причем в первом полупериоде питающего напряжения значение модуляции задают равным номинальному.When the supply voltage U N passes through a zero value, an impulse appears at the output of the
По приходу синхроимпульса (блок 1) сигналы с датчика сетевого тока 20 и датчика напряжения 30 на выходе преобразователя 19 поступают на АЦП 17. В соответствии с заданными значениями сетевого тока и напряжения на выходе преобразователя 17, поступающими с задатчика режимов работы 27 по шине данных 29 в процессор 14, определяют необходимую модуляцию напряжения. Измеряют значение тока, поступающего в АЦП 17 с датчика тока сети 20. В соответствии с массивами ωt=f(μ) в блоке вычисления фаз коммутации 22 определяют необходимые моменты коммутации вентилей преобразователя 19. Для каждого коммутационного интервала выполняют сравнение продолжительности непроводящего состояния вентилей с паспортным временем коммутации, предварительно записанным и хранящимся в ПЗУ 16. В случае превышения паспортного времени коммутации уменьшают длительность импульса путем ограничения фазы переднего и заднего фронта импульса по командам, поступающим из БОКИ 24. С целью сокращения количества вычислительных операции процессора 14 сравнение продолжительности непроводящего состояния вентилей с паспортным временем коммутации выполняют только при изменении тока нагрузки. Сигнал об изменении тока нагрузки поступает от нагрузки 26 через БСН 25 по шине 29 в процессор 14.Upon arrival of the clock pulse (block 1), the signals from the network
При этом организация работы блока связи с нагрузкой 25 выполнена таким образом, что исключает зону нечувствительности к отклонению регулируемой величины.Moreover, the organization of the operation of the communication unit with the
Таким образом, совокупность известных и вновь введенных в предлагаемом способе действий над материальными объектами позволяет решить задачу, на которую направлено изобретение, обеспечив при этом получение требуемого технического результата. Способ технически реализуем и обладает новизной.Thus, the combination of known and newly introduced in the proposed method actions on material objects allows us to solve the problem that the invention is aimed at, while ensuring the desired technical result. The method is technically feasible and has novelty.
Пути реализации указанных способов управления четырехквадрантным преобразователем с вычислением фаз коммутации и устройства его реализующего не исключают и иных вариантов их осуществления.Ways to implement these methods of controlling a four-quadrant converter with the calculation of the switching phases and devices implementing it do not exclude other options for their implementation.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006143996/09A RU2327276C1 (en) | 2006-12-11 | 2006-12-11 | Method of control of tetrasquare converter with computation of switching phases and microprocessor device to implement method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006143996/09A RU2327276C1 (en) | 2006-12-11 | 2006-12-11 | Method of control of tetrasquare converter with computation of switching phases and microprocessor device to implement method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2327276C1 true RU2327276C1 (en) | 2008-06-20 |
Family
ID=39637541
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006143996/09A RU2327276C1 (en) | 2006-12-11 | 2006-12-11 | Method of control of tetrasquare converter with computation of switching phases and microprocessor device to implement method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2327276C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2481694C1 (en) * | 2009-03-25 | 2013-05-10 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Control device and control method of electric rotary machine |
RU2529939C1 (en) * | 2013-04-11 | 2014-10-10 | Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") | Traction electric drive for transport facility |
-
2006
- 2006-12-11 RU RU2006143996/09A patent/RU2327276C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2481694C1 (en) * | 2009-03-25 | 2013-05-10 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Control device and control method of electric rotary machine |
RU2529939C1 (en) * | 2013-04-11 | 2014-10-10 | Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") | Traction electric drive for transport facility |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2011337144B2 (en) | Variable duty cycle switching with imposed delay | |
JP6415881B2 (en) | System and method for generating electrosurgical energy using a multi-stage power converter | |
CN101199236B (en) | Induction heating apparatus | |
RU2327276C1 (en) | Method of control of tetrasquare converter with computation of switching phases and microprocessor device to implement method | |
RU2362264C1 (en) | Method of controlling alternating current drive | |
TW201714199A (en) | Direct three phase parallel resonant inverter for reactive gas generator applications | |
CN106549613A (en) | A kind of current control method of brshless DC motor | |
JP6846956B2 (en) | Active filter | |
RU2315415C2 (en) | Method for control of tetragonal converter | |
JP2006040693A (en) | Induction voltage detecting method and device as well as induction heating system | |
RU2234726C1 (en) | Method for controlling active regulator of alternating voltage | |
KR100915982B1 (en) | Control Method for Three-Phase Rectifier with High Power Factor | |
RU2019112081A (en) | METHOD FOR GENERATING AN AC CURRENT USING A WIND POWER PLANT INVERTER | |
RU2456742C1 (en) | Device for control of ac electric drive | |
RU2289193C1 (en) | Method for controlling four-square converter | |
RU2450412C1 (en) | Method of asynchronous control for four-quadrant converter | |
CN107820730B (en) | Power conversion apparatus and power conversion method for heat treatment | |
JP6459678B2 (en) | Distributed power grid interconnection device | |
RU2419950C2 (en) | Method for shaping network current of four-quadrant converter | |
RU2396690C1 (en) | Control method of four-quadrant converter with shaping of modulating signal | |
RU56740U1 (en) | ADJUSTABLE FREQUENCY CONVERTER | |
RU2284645C1 (en) | Adjusting device for drive with asynchronous motor | |
JP3630610B2 (en) | PWM converter control circuit | |
JP2023529678A (en) | Measuring assemblies for transducers and transducer assemblies | |
RU2167484C1 (en) | Method for controlling power at power output of valve-type three-phase converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081212 |