SU1231567A1 - Способ управлени двухфазным вентильным преобразователем - Google Patents

Abstract

. Изобретение относитс  к электротехнике , в частности, к управлению вентильными преобразовател ми. Цель изобретени  - повышение быстродействи  регулировани , энергетических показателей и линеаризации статической хар-ки преобразовател  независимо от токового режима в нагрузке . Способ заключаетс  в том, что формируют пилообразньй сигнал, интегриру  каждую полуволну сетевого напр жени . При равенстве напр жени  на выходе интегратора 2 и результирующего напр жени  управлени , поступающего из основного сумматора (С) I СО ю со СП 05

Description

10, если сигнал управлени  попадает в зону малых углов регулировани , вводитс  сигнал коррекции за счет выделени  управл емого нулевого вентил  (НВ) 7, На выходе нуль-органа 3 вырабатываетс  импульс, поступающий через формирователь-распределитель 4 на основные вентили 5 и через узел 8 на ключ сброса 9 При изменении сигнала управлени  смещаетс  момент включени  НВ 7, увеличива  частоту корректировки среднего значени  выходного напр жени , благодар  чему обеспечиваетс  повышение быстродействи  регулировани  Управление НВ7 происходит через масштабньш усилиИзобретение относитс  к электротехнике , в ча.стности к управлению вентильными преобразовател ми.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  регулировани , энергетических показателей и линеаризации статической характеристики вентильного преобразовател  независимо от токового режима в нагрузке.

На фиг. 1 дана функциональна  схема устройства управлени  j на фиг.. эпюрь напр женийJ по сн ющие работу устройства управлени .

Устройство управлени  содержит последовательно включенные однофазный выпр митель 1, интегратор 2,1 с интегрирующим конденсатором 2,2, нуль-орган 3, формирователь-распределитель 4 импульсов, основны.е вентили 5} ЕЪ--нагрузку б, нулевой управл емый вентиль 7, узел 8 управлени  ключом сброса соединен с ключом 9 сброса, основной сумматор 10 подключен к выходу фиксирующего ключа 115 блок 12 пам ти соединен с масштабным усилителем 13 и первым сумматором 14, второй сумматор 15 через нуль-орган 16 подключен к формирователю импульсов 17, третий, сум-- матор 18 соединен с диодом 19 (схема идеального диода).

Рассмотрим рабо ту двухфазного вентильного преобразовател  с ЕЬ-на- грузкой и нулевым управл емым вентилем .

тель 13, который уменьшает зафиксированное значение сигнала управлени  3 п раз. С 14 вычисл ет дифферен- :циал сигнала управлени  в пределах каждого интервала вентильности в виде разности между текущим и зафиксированным значени ми сигнала управлени , С 15 вычитает из зафиксированного уменьшенного в п раз сигнала управлени  дифференциал, получа  дополнительный сигнал управлени  (ДСУ), В момент равенства ДСУ с пилообразным сигналом нуль-органа 16 вырабатывает импульс на управление НВ 7 через формирователь импульсов 17. 2 ил.

Ка ода  полуволна выпр мленного сетевого напр жени  U, (фиг. 2а) с однофазного выпр мител  1 поступает на вход интегратора 2.1, Сигнал U. интегрируетс  от начала каждого полупериода до угла включени  основных вентилей d , соответствующего моменту равенства между напр жением Upvj на выходе интегратора и результирующим сигналом управлени  (фиг. 26), поступающим из основного сумматора 10, ве личина которого определ етс  следующим выражением:

и.. и - и,,

. рч

(1)

где - базовое напр жение; и - управл ющий сигнал. Выпр мленное сетевое напр жение с выпр мител  1 за полупериод сетевого напр жени  измен етс  по закону

Uj, k U sinJt,

(2)

а на вьпсоде интегратора 2 получают 25 напр жение

Uu kj )tdiai)t kU (f-cosui),

fn1

(3)

где k - коэффициент пропорциональности .

Если сигнал управлени , не попадает в зону малых углов регулировани , то сигнал коррекции , который вводитс  в управление только

.3

при достаточно малых углах yL отсутствует .

Способ введени  сигнала коррекции осуществл етс  следующим образом

В момент равенства Upy и U на выходе нуль-органа 3 вырабатываетс  импульс (фиг. 2в), который поступает через формирователь-распределитель 4 импульсов на управл ющие электроды основных вентилей 5 и через узел 8 на ключ 9 сброса. Последний шунтирует интегрирующий конденсатор 2.2 с момента выработки управл ющего импульса до конца текущего периода сетевого напр жени .

Среднее значение выходного напр жени  Uj без учета угла коммутации дл  двухфазного вентильного преобразовател  при заданном законе регулировани  определ етс  следующим образом (фиг. 2):

,

- 1 ги

Ui - и sinutdjt -(cosoH-coscij

anJ fT4Т 1 /,

ot,W

Характер регулировани  заключает- с  в том, что величина угла включени  нулевого вентил  of определ етс  соотношением положительного ( Гс.Я) и отрицательного (Jn,i+ot,j) вольтсекундного интеграла выходного текущего напр жени  Uj внутри временного интервала, определ емого углами с/. и (. (фиг. 2д) . Так как

L и(1 + coso): (5)

J7r,ot UJ1 - cos,), (6)

то предлагаемый закон регулировани  определ етс  следующим выражением:

г .. 1 Г J,,Tr п JT, 4 +ota

или с учетом выражений (5) и (6)

- (1 + COSO/,) 1 - со Sol ,(7)

1

где - - посто нна  величина ( ь

5, 6, 7...), значение которой выбираетс  с учетом получени  желаемого закона регулировани  и параметров нагрузки.

Величина н должна быть достаточной, чтобы обеспечить режим непрерывных токов в интервале Т ,1 + 0 , тогда использу  выражение (7) получают

COSe(,

1

(1 + COSo(,)

5674

Подставл   выражение (8) в выражение (4) получают .

Ud

IL

ТУ

( 1)(1 --)(9)

В момент формировани  импульса управлени  при U О

KUJ1 -cosoJ) иг,- и.(10)

Дл  выбора базового напр жени  принимают во внимание выполнение следующих условий:

при и О (11)

необходимо UJ О (12)

Из выражени  (9) с учетом равенства

(12) имеют

U()(.1-I),

что возможно только при

, - 1 (13)

Подставл   выражени  (11) и (13) в выражение (10) получают

Uo 2 ки.(14)

Тогда с учетом выражений (14) и (10)

получают

kUjI ,- coso) - . (15) Откуда

(1 + cos о/,) « (16)

Подставл   выражение (16) в выражение (9) получают

1 тг k

0-1).

(17)

в этом случае среднее значение выходного напр жени  вентильного преобразовател  линейно зависит от величины сигнала управлени .

Сигнал управлени  нулевым управл емым вентилем 7 формируют, исход  .из выражени  7, при зтом учитывают, что величина сигнала управлени  в момент включени  основных вентилей Uyj пропорциональна значению вольт- секундного интеграла выходного текущего напр жени  Uj на интервале . Тогда дл  обеспечени  заданного закона регулировани  по выражению (17) необходимо выполнение равенства

(8)

ч

(18)

где и - дополнительный сигнал управлени , определ ющий момент включени  нулевого вентил .

В случае, если сигнал управлени  у иэмен е тс , необходимо, смещать момент включени  нулевого вентил , увеличива  частоту корректировки среднего значени  выходного напр жени  (что эквивалентно повьппению пульсности силовой схемы преобразовател  в 2 раза), тем самым обеспечива  повышение быстродействи  регулировани  выходного напр жени  вентильного преобразовател , Тогда дополнительный сигнал управлени  нулевым вентилем определ етс  сле дующим соотношением:

и„,

1

у, -(Uyf- Uy, ),

(19)

где Uu4 текущее значение сигнала

Ji

управлени у

Uy| -и - дифференциал сигнала управлени .

Сигнал управлени  формируют следующим образом: блок 12 через ключ 11 фиксирует величину сигнала управлени  в момент формировани  каждого очередного импульса управлени  из системы фазового управлени  преобразовател  Uyj . Масштабный усилитель 13 уменьшает зафиксированное значение сигнала управлени  в п раз Первый сумматор 14 вычисл ет ди|||фе- ренциал сигнала управлени  в пределах каждого интервала вентильности в виде разности между текущим и зафиксирован значением сигнала управлени . Второй сумматор 15 вычитает из зафиксированного уменьшенного в п раз сигнала управлени  дифференциал , получа  таким образом дополнительный сигнал управлени  U,, . В момент равенства U, и U (фиг.2б) поступающего с интегратора 2.1, нуль-орган 16 вырабатывает импульс (фиг. 2г), который поступает через формирователь импульсов 17 на управление нулевого вентил .

Если сигнал управлени  не измен етс , то дифференциал сигнала управлени  равен нулю. Получаемое прч этом выходное напр жение показано на фиг. 2д, а величина среднего значени  выходного напр жени  соответствует напр жению (17).

В случае, если сигнал управлени 

и измен етс  (фиг. 2е)

i 0„

(20)

то в зависимости от характера изменени  управл ющего сигнала момент включени  нулевого управл емого вен0 тил  7 смещен. Если U, .измен етс  в сторону увеличени  среднего значени  выходного напр жени , то момент включени  нулевого управл емого вентил  7 смещают, уменьша  значение

5 отрицательного ( ,тг4.) вольтсекунд- ного интеграла выходного напр жени  (фиг. ), Если Uy измен етс  в сторону уменьшени  среднего значени  выходного напр жени , то момент

0 включени  нулевого управл емого вентил  7 смещают, увеличива  значение отрицательного (|,) вольтсекунд- ного интеграла выходного напр жени .

5 При применении предлагаемого способа управлени  двухфазным вентильным преобразователем в зоне малых углов управлени  угол с без дополнительных меропри тий может превысить

д угол pt , при этом будет нарушено заданное соотнощение положительного и отрицательного вольтсекундного интеграла выходного напр жени  по выражению (7) (фиг. 2и), что приведет к искажению заданного закона регулировани  по выражению (17). Дл  обеспечени  нормального режима работы преобразовател  по предлагаемому способу необходимо обеспечить выполнение услови  (фиг. 2и)

0

. oi.

(21)

В зоне малых углов, когда дополнительный сигнал управлени  больше результирующего управл ющего сигнала.

т.е.

UPV.

(22)

дл  выполнени  услови  (21) формируют сигнал коррекции в виде разнос- 0 ти этих сигналов

и,ор - рч

(23)

причем с учетом неравенства (22) 55 UKOP О-(24)

Выполнение неравенства (2А) обеспечивает диод 19 (схема идеального диода ). С учетом выражени  (23) в этом

случае суммарный сигнал управлени  основными вентил ми определ ют как

PV кор что соответствует

(25)

. .

(26)

где o((j- предельный минимальный угол включени  основных вентилей .

Подава  сигнал коррекции в нуль-орган 3, смещают момент включени  основных вентилей в сторону уменьшени  -ВЫХОДНОГО напр жени  (фиг. 2, 3, 4) до величины

Uj P-nS-Ccosoi -b Dd--). (27)

При этом способ немного тер ет в диапазоне регулировани , что определ - 1

етс  величиной - . п

Дл  определени  предельного минимального угла включени  основных вентилей заданном п используют выражени  (7) и (26)

+ cos

-J 1 -cosck,.

или

; arccos

(28)

Угол cJ определ ет получение максимально возможных значений положительного вольтсекундного интеграла Jut Т среднего выходного напр жени  вентильного преобразовател  (фиг. 2и).

Таким образом, предлагаемый способ управлени  двухфазным вентильным преобразователем с RL-нагрузкой и применением системы фазового управлени  с косинусоидальными развертками позвол ет за счет введени  нулевого управл емого вентил  с предлагаемым законом его управлени  повысить быстродействие регулировани  выходного напр жени  преобразовател , обеспечить высокий коэффициент мощности и линеаризацию статической характеристики вентильного преобразовател  независимо от токового режима в нагру-зке. Применение предлагаемого способа в схемах возбуж,це- ни  мощных электрических машин позвол ет повысить точность их управлени .

Формула -изобретени 

Q Способ управлени  двухфазным вентильным преобразователем с RL-нагрузкой и включенным параллельно ей управл емым вентилем, заключающийс  в том, что формируют пилообразный , сигнал, интегриру  каждую полуволну сетевого напр жени  от ее начала до момента достижени  пилообразным сигналом управл ющегр сигнала, ран ного алгебраической сумме управл емого сигнала и сигнала, пропорционального амплитуде сетевого напр жени  в указанный момент времени, формируют импульс управлени  вентил ми преобразовател , от-личаюс щ и и с   тем, что, с целью повышени  быстродействи  регулировани , энергетических показателей в линеаризации статической характеристики вентильного преобразовател  независимо от токового режима в нагрузке, определ ют момент включени  управл емого вентил  в пределах каждого интервала вентильности преобразовател , дл  чего фиксируют управл ющий сигнал в момент формировани  каж5 дого очередного импульса управлени , вычисл ют дифференциал сигнала управлени  в пределах каждого интервала вентильности преобразовател  в виде разности между текущим и зафиксированным значением управл ющего сигнала, уменьшают зафиксированное значение сигнала управлени  в п раз и вычитают из него вычисленный дифференциал, получа  таким образом

5 дополнительньй сигнал управлени , . который сравнивают с пилообразным сигналом в момент равенства этих сигналов формируют очередной импульс управлени  дл  включени  управл емого вентил , сравнивают управл ющий сигнал с дополнительным сигналом управлени  и при превышении последнего формируют сигнал коррекции в виде разности этих двух сигналов и при5 бавл ют его к управл ющему сигналу.

0

Ud

a

wt

Ctjf

(pue-Z

Составитель С,„Пузанов Редактор Т.Парфенова Техред Г.Гербер Корректор Г.Решетник

Заказ 2658/55 . Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб,, д, 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г Ужгород, ул. Проектна , 4

Claims (1)

1. Формула -изобретения

   Способ управления двухфазным вентильным преобразователем с RL-нагрузкой и включенным параллельно ей управляемым вентилем, заключающийся в том, что формируют пилообразный сигнал, интегрируя каждую полуволну сетевого напряжения от ее начала до момента достижения пилообразным сигналом управляющего сигнала, рав ного алгебраической сумме управляемого сигнала и сигнала, пропорционального амплитуде сетевого напряжения в указанный момент времени, формируют импульс управления вентилями преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия регулирования, энергетических показателей в линеаризации статической характеристики вентильного преобразователя независимо от токового режима в нагрузке, определяют момент включения управляемого вентиля в пределах каждого интервала вентильности преобразователя, для чего фиксируют управляющий сигнал в момент формирования каждого очередного импульса управления, вычисляют дифференциал сигнала управления в пределах каждого интервала вентильности преобразователя в виде разности между текущим и зафиксированным значением управляющего сигнала, уменьшают зафиксированное значение сигнала управления в η раз и вычитают из него вычисленный дифференциал, получая таким образом дополнительный сигнал управления, который сравнивают с пилообразным сигналом в момент равенства этих сигналов формируют очередной импульс управления для включения управляемого вентиля, сравнивают управляющий сигнал с дополнительным сигналом управления и при превышении последнего формируют сигнал коррекции в виде разности этих двух сигналов и прибавляют его к управляющему сигналу.