SU964958A1 - Асинхронное устройство дл управлени вентильным преобразователем - Google Patents

Description

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления вентильными преобразователями с естественной коммутацией вентилей: выпрямителями, зависимыми инверторами, реверсивными преобразователями и преобразователями частот с непосредственной ^{1 * * * 5} связью.

Известно устройство для управления вентильными преобразователями, содержащее контур обратной связи по току [1).

Однако часто необходимо введение обратной связи по напряжению. Это устройство сложно в аппаратурной реализации, так как в. них требуется принудительно изменять напряжение на интеграторе на заданную величину, что может быть реализовано с достаточной точностью лишь при больших аппаратурных затратах.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является асинхронное уст- ₂ ройство со слежением за напряжением, которое является астатическим устройством, обладает повышенной устойчивостью за счет внутренней обратной связи по длительности меж2 коммутационного интервала, легко реализуется средствами микроэлектроники. Устройство содержит генератор управляющего напряжения, датчик выходного напряжения, подключенные через первый сумматор и интегратор к первому входу. второго сумматора, выход которого связан через нуль-орган с управляющей цепью ключа, источник постоянного напряжения, подключенный к второму входу второго сумматора. Ключ шунтирует накопительный элемент интегратора [2].

Недостатком известного устройства является его низкое быстродействие, связанное с тем, что внутренняя обратная цепь стабилизирует межкоммутационный интервал, в то время как приращения управляющего сигнала вызывают приращения межкрммутационного интервала. В результате при высокой динамике изменения управляющего напряжения работа схемы осуществляется с большими искажениями выходного напряжения, скорость переходных процессов в общем случае невелика.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности в динамических режимах.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления вентильным преобразователем, содержащее генератор управляющего напряжения и датчик выходного напряжения, подключенные через первый сумматор s и интегратор к первому входу второго сумматора, выход которого связан через нульорган с управляющей цепью ключа, и источник постоянного напряжения, подключенный к второму входу второго сумматора, снаб- Ю жено блоком нелинейности, дополнительным ключом, накопительным элементом памяти и дополнительным интегратором с накопительным элементом, причем генератор управляющего напряжения через блок нелинейности и дополнительный ключ присоединен к третьему входу второго сумматора, к которому подключен также накопительный элемент памяти, выход блока нелинейности связан с четвертым входом второго сумматора, ключ подключен параллельно накопительному элементу дополнительного интегратора, управляющая цепь дополнительного ключа связана с выходом нуль-органа, а блок нелинейности имеет коэффициент передачи |ςгде Uy и U_M.y, - текущее и максимальное значения напряжения генератора управляющего напряжения, источник постоянного напряжения связан через дополнительный интегра. тор с пятым входом второго сумматора.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Генератор управляющего напряжения 1 и датчик выходного напряжения 2 через первый сумматор 3, интегратор 4, второй сумматор 5 и нуль— орган 6 подключены к управляющим цепям основного 7 и дополнительного 8 ключей. Выход генератора управляющего напряжения 1 через блок линейности 9 и дополнительный ключ зан со входом второго сумматора 5, тированным накопительным элементом ти 10. Выход блока нелинейности 9 связан со вторым сумматором 5 также непосредственно. Источник постоянного напряжения И связан со вторым сумматором непосредственно и через дополнительный интегратор 12, накопительный элемент которого зашунтирован ключом 7.

Устройство работает следующим образом. Предположим, что управляющий сигнал Uy постоянен. В момент времени tt срабатывает нуль-орган 6 и выдает импульс управления на управляющий электрод силового тиристора. При этом замыкаются ключи 7 и 8. При замыкании ключа 7 обнуляется дополнительный интегратор 12, а, при замыкании ключа 8 напряжение на выходе блока не8 связашунпамя40

1S

2S

3$ нелинейности 9 переписывается на накопительный элемент памяти 10. После небольшого интервала времени ключи 7 и 8 размыкаются. Так как Uy - const, то напряжения на накопительном элементе памяти 10 и на выходе блока нелинейности равны, разность этих сигналов, подаваемая на второй сумматор (входы три и четыре) равна нулю. В то же время на второй сумматор подаются напряжение U_t с источника постоянного напряжения 11 и напряжение Иг с выхода дополнительного интегратора 12. Постоянная интегрирования ΐί, интегратора 12, подбирается так, что ^υι=··ζ? ^и«* 49 t, где t_K - средний межкоммутационныи интервал.

Таким образом, при U = const на нульорган подаются напряжения

Г '

Cj l^USbtx^U<^U-»H^t+U2⁼0,(2) где U_BbIX — выходное напряжение преобразователя.

В установившемся режиме углы управления oli= const, межкоммутационный интервал / п?, тогда уравнение (2) преобразуется к виду:

Ч (9 'В момент t₂ вырабатывается управляющий импульс на тиристор, т.е. среднеинтервальное значение выходного напряжения равно управляющему напряжению, система работает как астатический регулятор.

В динамическом режиме Uy # const. Пусть в момент Тд вырабатывается управляющий импульс. При замыкании ключа 8 на накопительный элемент памяти записано значение напряжения на выходе блока нелинейности, зависящее от Uy в момент tj. Разность напряжений на третьем и четвертом входах второго сумматора зависит от теку щего значения управляющего ! сигнала. Эта разность R^= £(zlUy) поступает на вход нуль-органа 6. Разность напряжений на втором и пятом входах сумматора равна:

При наличии приращений управляющего cm нала длительность межкоммутацйонного ин964958 тервала в вентильном преобразователе мо· жет быть оценена

dot lJi

(5)

При выработке управляющего импульса в момент t₂, когда ' длительность межкоммута- Ю ционного интервала определяется (5), сумма сигналов на втором, третьем, четвертом и пятом входах второго сумматора равна нулю, и работа устройства управления описывается уравнением (3), т.е. имеет место 15 астатическое регулирование. Если длительность межкоммутационного, интервала отличается от названного значения, приращения напряжения на выходе дополнительного инте. гратора 12 воздействуют на вход нуль-органа и io стремятся стабилизировать межкоммутацион-. ный интервал на значении, определяемом (5). За счет стабилизации межкоммутационного интервала асинхронное устройство управления может функционировать устойчиво во всем 25 диапазоне изменения углов управления.

Таким образом, данное устройство является астатическим не только при постоянном управляющем напряжении, но и при его изменении, при этом оно устойчиво функционирует при любых значениях углов управления и имеет динамику, которая не уступает динамике синхронным системам управления с астатическими регуляторами. Схемная реализация устройства весьма ком- 35 пактна, блок нелинейности может быть выполнен при линейной аппроксимации зависимости. Благодаря указанным преимуществам, указанное устройство может найти применение в различных вентильных преобразовате- <0 лях, охваченных обратной связью по напряжению, при высокой динамике изменения углов управления.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к электротехнике и предназначено дл  управлени  вентильными преобразовател ми с естественной коммутацией вентилей: выпр мител ми, зависимыми инверторами, реверсивными преобразовател ми и преобразовател ми частот с непосредственно св зью. Известно устройство дл  управлени  вентил ными преобразовател ми, содержащее контур обратной св зи по току 1. Однако часто необходимо введение обратной св зи по напр жению. Это устройство сложно в аппаратурной реализации, так как в них требуетс  принудительно измен ть напр жение на интеграторе на заданную величину, что может быть реализовано с достаточной точностью лишь при больших аппаратурных затратах. Наиболее близким по технической сушносг ти к изобретению  вл етс  асинхронное устройство со слежением за напр жением, которое  вл етс  астатическим .устройством, обладает повышенной устойчивостью за счет внутренней обратной св зи по длительности межкоммутационного интервала, легко реализуетс  средствами микроэлектроники. Устройство содержит генератор управл ющего напр жени , датчик выходного напр жени , подключенные через первый сумматор и интегратор к первому входу. второго сумматора, выход которого св зан через нуль-орган с управл ющей цепью ключа, источник посто нного напр жени , подключенный к второму входу второго сумматора. Ключ шунтирует накопительный элемент интегратора 2. Недостатком известного устройства  вл етс  его низкое быстродействие, св занное с тем, что внутренн   обратна  цепь стабилизирует межкоммутационный интервал, в то врем  как приращени  управл ющего сигнала вызывают приращени  межкдммутационного интервала. В результате при высокой динамике изменени  управл ющего напр жени  работа схемы осуществл етс  с большими искажени ми выходного напр жени , скорость переходных процессов в общем случае невелика. Цель изобретени  - повышение быстродействи  и точности в динамических режимах. 39 Поставленна  цель достигаетс  тем, что ус ройство дл  }шравлени - вентильным преобразователем , содержащее генератор управл ющего напр жени  н датчик выходного напр жени , подключенные через первый сумматор и интегратор к первому входу второго сум матора, выход которого св зан через нульорган с управл ющей цепью ключа, и источник посто нного напр жени , подключенный к второму входу второго сумматора, снабжено блоком нелинейности, дополнительным ключом, накопительным элементом пам ти и дополнительным (штегратором с накопител ным элементом, прнчем генератор управл ющего напр жени  через блок нелнне«а1ости и дополнительный ключ присоединен к треть му входу второго сумматора, к которому подключен также накопительный элемент пам ти , выход блока нелинейности св зан с четвертым входом второго сумматора, ключ подключен параллельно накопительному элементу дополнительного интегратора, управл ю ща  цепь дополнительного ключа св зана с выходом нуль-органа, а блок нелинейности имее коэффициент передачи (J. .у-) где Uy и Uf,j.y, - текущее и максимальное значени  напр жени  генератора управл ющего напр жени , источник посто нного напр жени  св зан через дополнительный интегра . тор с п тым входом второго сумматора. На чертеже приведена структурна  схема устройства. Генератор управл ющего напр жени  1 и датчик выходного напр жени  2 через первый сумматор 3, интегратор 4, второй сумматор 5 и нуль- орган 6 подключены к управл ющим цеп м основного 7 и дополнительного 8 ключей. Выход генератора управл ющего напр женн  1 через блок нелинейности 9 н дополнительный ключ 8 св  зан со входом второго сумматора 5, зашунтированным накопительным элементом пам ти 10. Выход блока нелинеююсти 9 св зан со вторым сумматором 5 также непосредственно . Источник посто нного напр жени  св зан со вторым сумматором непосредственно и через дополнительный интегратор 12, накопительный элемент которого защунти рован ключом 7. Устройство работает следующим образом. Предположим, что управл ющий сигнал Uy посто нен. В момент времени tj срабатывает нуль-орган 6 и выдает импульс управ лени  на управл ющнй электрод силового тиристора. При этом замыкаютс  ключи 7 и 8. При замыкании ключа 7 обнул етс  дополнительный интегратор 12, а, при замыkaнии ключа 8 напр жение на выходе блока нелинебиости 9 переписываетс  на накопительный элемент пам ти 10. После небольщого интервала времени ключи 7 и 8 размыкаютс . Так как Uy const, то напр жени  на накопительном элементе пам ти 10 и на выходе блока нелинейности равны, разность этих сигналов, подаваема  на второй сумматор (входы три и четыре) равна нулю. В то же врем  на второй сумматор подаютс  напр жение Ui с источника посто нного напр жени  11 и напр жение Uj с выхода дополнительного интегратора 12. Посто нна  интегрировани  С , интегратора 12, подбнраетс  так, что Г- М где tK - средний межкоммутационный интервал . Таким образом, при U const на нуль-орган подаютс  напр жени  - Ч ..{2) . где Ugbix - выходаое напр жение преобразовател . В установивщемс  режиме углы управлени  о1т const, межкоммутациониый интервал 4 «. 21/т, тогда уравнение (2) преобразуетс  к виду: t. i ( -U)cli--0 (М В момент t2 вырабатываетс  управл ющий импульс на тиристор, т.е. среДнеинтервальное значение выходного напр жени  равно управл ющему напр жению, система работает как астатический регул тор. В динамическом режиме Uy :f const. Пусть в момент t вырабатываетс  управл ющий импульс. При замыкании ключа 8 на накопительный элемент пам ти записано значение напр жени  на выходе блока нелинейности , завис щее от Uy в момент tj. Раз|{ость напр жений на третьем и четвертом входах второго сумматора зависит от теку щего значени  управл ющего сигнала. Эта разность (4Uy} поступает на вход нуль-органа 6. Разность напр жений на втором и п том входах сумматора равна: «(-)w При наличии приращений управл ющего СИ1 нала длительность межкоммутационного интервала в вентильном преобразователе может быть оценена иТ . doi iji f°:(VM.yj ли,, (5) -пГ - При выработке управл ющего импульса в момент t2, когда длительность межкоммута ционного интервала определ етс  (5), сумм сигналов на втором, .третьем, четвертом и п том входах второго сумматора равна нулю , и работа устройства управлени  описываетс  уравнением (3), т.е. имеет место астатическое регулирование. Если длительность межкоммутационного, интервала отлич етс  от названного значени , приращени  н пр жени  на выходе дополнительного инте . гратора 12 воздействуют на вход нуль-органа и стрем тс  стабилизировать межкоммутащюнный интервал на значении, определ емом ( За счет стабилизации межкоммутационного интервала асинхронное устройство управлени может функционировать устойчиво во всем диапазоне изменени  углов управлени . Таким образом, данное устройство  вл етс  астатическим не только при посто нном управл ющем напр жении, но и при его изменении, при этом оно устойчиво функционирует при любых значени х углов управлени  и имеет динамику, котора  не уступает динамике синхронным системам управлени  с астатическими регул торами. Схемна  реализаци  устройства весьма компактна , блок нелинейности может быть выполнен при линейной аппроксимации зависимости . Благодар  указанным преимуществам указанное устройство может найти применение в различных вентильных преобразовател х , охваченных обратной св зью по напр ж нию, при высокой динамике изменени  углов управлени . Формула изобретени  Асинхронное устройство дл  управлени  вентильным преобразователем, содержащее генератор управл ющего напр жени  и датчик выходного напр жени , подключенные через первый сумматор и интегратор к первому входу второго сумматора, выход которого св зан через нуль-орган с управл ющей цепью ключа, и источник посто нного напр жени , подключенный к второму. входу второго сумматора, отлнчающеес   тем, что, с целью повышени  бь стродействи  и точности в динамических режимах , оно снабжено блоком нелинейности, дополнительным ключом, накопительным элементом пам ти и дополнительным инт.егратором с накопительным элементом, причем генератор управл ющего напр жени  через блок нелинейности и дополнительный ключ присоединен к третьему входу второго сумматора , к которому подключен также накопительный элемент пам ти, выход блока нелинейности св зан с четвертым входом второго сумматора, ключ подключен параллельно накопительному элементу дополнительного интегратора , включенного между источником посто нного напр жени  и п тым входом второго сумматора, управл юща  цепь дополнительного ключа св зана с выходом нуль-органа, а. блок нелннейн(эсти имеет коэффициент передачи 1 П ((J у / - У- ) и максигде и у и и гл.у.- текущее управл ющего напр мапьное значени  жени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Поздеев А. Д. О динамических свойствах асинхронных систем импульсно-фазового управлени  вентильными преобразовател ми.- Электричество, 1979, № 8, с. 37, рис. 3.
2. 2. Писарев А. Л., Деткин Л. П. Управление иристориыми преобразовател ми. М., Энерги , 1975, с. 96-97, 253.