SU1249674A1

SU1249674A1 - Способ управлени преобразователем частоты

Info

Publication number: SU1249674A1
Application number: SU843823444A
Authority: SU
Inventors: Владимир Витальевич Иванцов
Original assignee: Новосибирский электротехнический институт
Priority date: 1984-12-11
Filing date: 1984-12-11
Publication date: 1986-08-07

Description

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано дл управ:ени тиристорными преобразовател ми в источниках электропитани переменного тока стабильной час- тоты, к-которым предъ вл ютс требовани отсутстви выбросов в выходном напр жении при переходе из режима перегрузки в нормальный режим работы а также при включении преобразова- телей в работу.

Целью изобретени вл етс повышение качества преобразовани при включении и переключени х нагрузки.

На чертеже приведена схема устройства , реализующего способ.

Устройство включает, в себ источник 1 эталонного напр жени , выход которого через первый вход сумматора 2, интегратор 3, усилитель-ограничитель ,4 соединен с первым входом сумматора 5, а также с вторьм входом сумматора 5 непосредственно. Выход сумматора 5 соединен с управл ющим входом регул тора 6. амплитуды, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 7 напр жени пр моугольной формы. Выход регул тора 6 через фильтр 8, первый вход сумматора 9 и усилитель-ограничитель 10 соединен с управл ющим входом блока JI импульсно-фазового управлени (выход которого соединен с уп- управл ющим входом непосредственного преобразовател 12 частоты). Синхронизирующий вход блока 11 и силовой вход преобразовател 12 соединены с выходом первичного источника пита- ни синхронным, генератором 13. Выход преобразовател 12 соединен с нагрузкой 14, а также через фильтр 15 . обратной св зи - с вторым входом . сумматора 9, а через вентиль - 16 с вторым входом сумматора 2. Кроме того, выход преобразовател 12 через амплитудный детектор 17 соединен с первым входом сумматора 18, второй вход которого соединен с выходом источника 19 эталонного напр жени , а выход сумматора 18 через усилитель 20 и вентиль 21 соединен с третьим входом сумматора 2.

Напр жение пр моугольной формы с выхода генератора 7 через регул тор 6, представл ющий собой двухсторон- НИИ ограничитель, поступает на вход фильтра 8, Фильтр 8 выдел ет из не- го Основную Iгармонику и формирует

5

0

5

0

5

0

тем самым эталонное напр жениесинусоидальной формы, которое через вход сумматора 9 и усилитель-ограничитель 10 поступает на управл ющий вход блока I1. Усилитель-ограничитель 10 служит дл ограничени входного сигнала блока 11 на уровне, обеспечивающем включение тиристоров преобразовател 12 в моменты ,ecTecTB eHHqro включени . Блок 1I преобразует напр жение с выхода усилител -ограничител 10 в серию импульсов, синхронизированных с напр жением генератора 13 и модулированных по .фазе в соответствии с выходным сигналом усилител -ограничител 10. В результате воздействи импульсов блока 11 на тиристорь преобразовател 12, на его выходе формируетс переменное напр жение, частота основной гармоники которого равна частоте основной гармоники напр жени генератора 7. Выходное напр жение преобразовател 12 фильтруетс фильтром 15 и вычитаетс из эталонного напр жени синусоидальной формы, в результате чего замыкаетс отрицательна обратна св зь по выходному напр жению преобразовател частоты, улучшающа его форму и стабилизирующа его основную гармонику. Дл повьшени качества - стабилизации напр жени преобразовател 12 при изменении нагрузки 14 и напр жени генератора 13 выходное напр жение-преобразовател 12 выпр мл етс вентилем 16 и вычитаетс из эталонного напр жени источника 1 с помощью сумматора 2. Разность этих сигналов интегрируетс интегратором 3 и через усилитель-ограничитель 4 и сумматор 5 воздействует на управл ющий вход регул тора 6, измен - уровни ограничени напр жени пр моугольной формы, поступающего с выхода генератора 7. При этом изменение напр жени интегратора 3 приводит к изменению амплитуды выходного напр жени регул тора 6 и амплитуды основной гармоники на выходе фильтра 8, т.е. к изменению амплитуды эталонного напр жени синусоидальной формы. Указанное регулирование вьшол- н етс до совпадени среднего по модулю значени напр жени преобразовател 12 и эталонного сигнала с выхода, источника 1. Сумматор 5 служит дл задани начального уровн сигнала на управл ющем входе регул тора 6, и соответственно начального

25

значени амплитуды эталонного напр -; - жени синусоидальной формы на выходе фильтра 8, относительно которого производитс регулирование в большую и меньшую сторону при изменении j пр жени интегратора при его положительной и отрицательной пол рности соответственно. Усилитель-ограничитель 4 служит дл задани диапазона регулировани эталонного напр - jg женил синусоидальной формы путем ограничени напр жени интегратора на определенных уровн х при его положительной и отрицательной пол рности . Причем, когда напр жение на и выходе усилител -ограничител 4 имеет отрицательную пол рность и равно отрицательному уровню ограничени , то ;выходное напр жение сумматора 5 имеет положительную пол рность, а его 2о величина имеет наименьшее возможное значение соответственно и амплитуда эталонного напр жени синусоидальной формы также имеет йаименьшее значение . При изменении напр жени инте-. гратора 3 в направлении положительной пол рности, выходной сигнал сумматора 5 возрастает и увеличиваетс амплитуда эталонного напр жени ри- нусоидальной формы на выходе фильтра 8 .

Применение двухконтурного регулировани сигнала управлени на входе блока 1I за счет обратной св зи по мгновенному значению выходного напр жени преобразовател 12, замк- 35 нутой через фильтр 15 и за счет обратной св зи по среднему значению модул выходного напр жени , замкнутой через вентиль 16,позвол ет стабилизировать выходное напр жение 0 преобразовател 12 с высокой точностью при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной. При этом, под номинальной нагрузкой следует . понимать наибольшую, величину нагруз- ки 14, при которой действующее зна- чение основной гармоники выходного напр жени преобразовател равно номинальному, а коэффициент гармоники выходного напр жени преобразо- 50 вател не превышает заданнзао величину . Дл автономных систем электропитани его величина не должна пре- вьшать 8%. Дл выполнени этого ; услови управление преобразователем 55 12 в режиме работы на номинальную нагрузку должно осуществл тьс по закону, обеспечивающему получение

30

5

j jg и 2о

5 0

0

напр жени ,бли зкого к синусоидальному, т.е. без ограничени амплитуды сигнала управлени на входе блока 11 на предельных уровн х, соответств ующих включению тиристоров в моменты естественного включени . В свою очередь , в этом режиме глубина модул ции импульсов управлени должна быть близка к единице (амплитуда сигнала на входе усилител -ограничител 10 равна уровн м его ограничени и равна амплитуде опорных сигналов блока 11) дл получени лучших энергетических показателей на входе преобразовател . При этом напр жение синхронного генератора 13 выбираетс таким, чтобы в режиме работы на номинальную нагрузку устройство дл управлени преобразователем обеспечивало стабилизацию номинального выходного напр жени преобразовател 12 при глубине модул ции импульсов управлени равной единице. Таким образом, за номинальную принимаетс величина нагрузки, при которой на выходе преобразовател поддерживаетс напр жение с заданными величинами основной гармоники и коэффициента гармоник при управлении сигналом , близким по форме и синусоидальному , с амплитудой, обеспечивающей модул цию импульсов управлени ,:равную единице.

Снижение величины нагрузки 14 от номинальной до холостого хода сопровождаетс повышением напр жени генератора 13, а на выходе напр жение преобразовател 12 поддерживаетс посто нным за счет уменьшени устройством амплитуды синусоидального эталона него напр лсени на выходе фильтра 8 и за счет уменьшени амплитуды основной гармоники сигнала на входе блока 11,, что приводит к уменьшению глубины модул ции импульсов управлени . В режиме холостого хода амплитуда эталонного напр жени на выходе фильтра 8 меньше ее величины в режиме работы на номинальную нагрузку, а соотношение эталонного напр жени и напр жени ограничител выбираетс таким, чтобы отсутствовала возможность даль - нейшего уменьшени амплитуды вьЬсодно- го напр жени фильтра 8. Это достигаетс тем, что выходной сигнал усилител -ограничител 4 в данном режиме имеет отрицательную пол рность и равен нижнему уровню ограничени .

Коммутаци номинальной нагрузки (сброс на холостой ход и наброс) сопровождаютс отклонени ми выходного напр жени от номинального значени , св занными с инерционностью системы регулировани сигнала управлени преобразовател из-за наличи инте-. гратора 3. Переходный процесс изменени напр жени носит апериодически характер, а восстановление -напр же- ни до номинального уровн происходит за несколько периодов выходного напр жени . При набросах и сбросах нагрузки амплитуда.сигнала управле-. ни на входе усилител -ограничител 10 измен етс , но не превышает уровн его ограничени . Амплитуда выходного напр жени изйер етс амплитуд- ньм детектором 17, который формирует напр жение, в данном, случае положи- тельной пол рности, пропорциональное амплитуде выходного напр жени преобразовател 12. При набросе нагрузки 1Д с холостого хода до номинально величины измер етс о тклонение выход ного напр жени амплитудного детек-, тора 17 и формируетс эталонное на- пр жение в данном случае, отрицательной пол рности, модуль которого не превышает минимальное значение напр жени детектора 17, измеренное при набросе номинальной нагрузки. Поэтому при набросе номинальной нагрузки выходное напр жение сумматора 18 уменьшаетс , но остаетс положительной пол рности, соответственно выходное напр жение усилител 20 также положительно, вентиль 21 закрыт, не пропускает сигнал на вход сумматора 2 и система регулировани работает по рассмотренному вьше алгоритму .

,

Если величина нагрузки 14 становитс больше номинальной, то при ее подключении из-за зл еньшени на.пр - жени генератора 13, а также из-за падени напр жени в цеп х преобразовател 12 его выходное напр жение уменьшаетс .Устройство стремитс .стабилизировать напр жение преобра- зовател 12 и увеличивает амплитуду эталонного напр жени синусоидальной формы на выходе фильтра 8 и на выходе сумматора 9, что приводит к ограничению амплзитуды сигналов на выходе усилител -ограничител 10 и изменению его формм-на трапецеидальную (пр моугольную), обеспечивающую

ю is 20 25 зо 5

4Q

45

0 55

включение тиристоров преобразовател nd трапецеидальному (пр моугольному } закону в моменты естественного включени , что сопровождаетс соот- ветствующим изменением формы выходного напр жени также н трапецеидальную (пр моугольную) При переходе

на пр моугольный закон управлени с , включением вентилей в моменты естественного включени возможности преобразовател по стабилизации выходного напр жени исчерпаны и на выходе преобразовател устанавливаетс напр жение меньше номинального. При этом посто нно действующа раз-; ннца напр жений между посто нным опорным напр жением источника 1 и средним по Ь4одулю значением выходного напр жени преобразовател , измер емым вентилем 16, интегрируетс интегратором 3 и стремитс увеличить его выходное напр жение до максимально-возможного, а значит и амплитуду эталонного напр жени синусоидальной формы на выходе фильтра 8. Если это произойдет, то

последующий сброс нагрузки будет сопровождатьс значительным по величине выбросом напр же1ш , так как нагрузка преобразовател будет- минимальной, а амплитуда эталонного напр жени ,синусоидальной формы на входе сумматора 9 будет иметь максимально -возможную амплитуду. При уменьшении амплитуды выходного напр жени преобразовател 12 и соответственно напр жени детектора 17 ниже эталонного напр жени источника 19 измен етс пол рность напр жени на выходе сумматора 18 и, усилител 20. Вентиль 21 открываетс и сигнал отрицательной пол рности поступает на вход сумматора.2. Величина сигнала усилител -20 выбираетс такой, чтобы обеспечить получение на выходе сумматора 2 сигнала , отрицательной пол рности даже при нулевом напр жении на выходе вентил 16 (в режиме короткого замыкани ), что обеспечивает поддержание на выходе усилител -ограничител 4 напр жени отрицательной пол рности равного отрицательному уровню ограничени , а,

jria выходе фильтра 8 - напр жени с и- нусоидальной формы с наименьшей амп-; литудой. При этом амплитуда эталонного напр жени на выходе фильтра 8 поддерживаетс равной ее значению в режиме холостого хода, однако за

счет действи обратной св зи,замкнутой через фильтр, сигнал управлени на входе блока 11 имеет амплитуду, обеспечивающую синусоидальный либо пр моугольный закон управлени , с большой глубиной модул ции. Последующий сброс нагрузки приведет к повышению напр жени на выходе преобразовател , однако его величина в начале переходного процесса окажетс меньше .или равной номинальному значению , так как амплитуда эталонного напр жени поддерживалась равной ее значению, необходимому дл подцержани номинального напр жени в режи- 15 и подают их на тиристоры преобразовател , вычисл ют разность выходного напр жени преобразовател и синусонормальный режим работы происходит

без выбросов вьпсодного напр жени .

ме минимальной нагрузки. Таким образом , переход из режима перегрузки в

идального эталонного напр жени и в зависимости от этой разности изПри включении преобразовател ча- 20 мен ют фазу сформированньгх импульсов

25

30

стоты в работу с предварительной подачей питани на все блоки устройства дл управлени преобразовател за исключением усилителей мощности импульсов управлени , устройство также обеспечивает поддержание мини- мальной амплитуды сигнала на выходе фильтра 8, поскольку выходное напр жение преобразовател равно нулю. После подачи импульсов управлени на тиристоры преобразовател на его выходе по вл етс напр жение, равное номинальному, если преобразователь 12 включаетб в режиме холостого хода, либо меньше номинального, если с преобразователь работает на нагрузку меньшую номинальной. Поскольку эта- лонньй сигнал источника 19 выбираетс меньше сигнала детектора 17, соответствующего работе преобразова- тел 12 на нагрузку не более номинальной , то после включени преобра-i зовател . и по влени на его выходе

напр жени , пол рность сигнала на

вьгходе усилител 20 станет положи- 45 тельной, вентиль 21 закроетс и сие- тема регулировани повысит сигнал

на выходе фильтра 8 до уровн , необходимого дл стабилизации напр жени преобразовател 12. То есть и включение преобразовател в работу происходит без выбросов выходного напр жени .

Включение преобразовател частоты в работу без выбросов выходного на- 55 пр жени , а также снижение выбросов выходного напр жени при переходе из режима перегрузки в нормальный режим

.50

12496/48

работы позвол ет избежать опасного дл элементов источника и потребителей возрастани выходного напр жени . При зтом достигаетс улучшение 5 качества генерируемой электроэнергии .

Claims

Формула изобретени

10 Способ управлени преобразователем частоты, заключающийс в том, что формируют синусоидальное эталон- ное напр жение с регулируемой амплитудой , формируют импульсы управлени

идального эталонного напр жени и в зависимости от этой разности из25

30

с д

5

5

0

управлени , определ ют минимальную величину-нагрузки преобразовател частоты и соответствующую ей амплитуду синусоидального эталонного напр жени , при которой выходное на-, пр жение равно номинальному, формируют посто нное опорное напр жение, измер ют среднее по модулю значение выходного напр жени , вычитают его из опорного, а сигнал разности интегрируют , регулируют амплитуду синусоидального эталонного напр жени пропорционально вычисленному интегралу в нормальных режимах работы, в режиме короткого замыкани нагрузки преобразовател упом нутую амплитуду уменьшают до величины, определенной при работе преобразовател на минимальную нагрузку, от л и - ч а ю щ и и с Я , тем, что, с целью повьпиени качества преобразовани электроэнергии при включении и переключени х нагрузки, измер ют амплитуду выходного напр жени преобра- частоты и формируют управ- CHi Jttiiji, lii uaupциoнaльныи

амплитуде выходного напр жени преобразовател , определ ют минимальное значение управл ющего сигнала при увеличении величины нагрузки преобразовател частоты от ее минимально го значени до значени , прин того за номинальное, и формируют посто- . нное эталонное напр жение, не превышающее упом нутое минимальное значение управл ющего сигнала, сравнивают посто нное эталонное напр жение с управл ющим сигналом и в случае пре- управл ющим сигналом эталон9124967410

Hbrb напр жени осуществл ют упом - ным напр жением управл ющего сигнала нутое регулирование амплитуды синусе вьтолн юТ упом нутое уменьшение идального. эталонного напр жени , и в амплитуды синусоидального эталонного случае превышени посто нным эталон- напр жени .

,Составитель В.Миронов

Редактор В.Иванова Техред Л.Олейник . Корректор С.Шекмар

4337/57

Тираж 631 . . , Подписное 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