Способ управления мостовым вентильным преобразователем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (1 7 72 1504 Н Ф(;д," НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПИ изобретения является повышение коэффициента мощности преобразователя. Применение данного способа управления позволяет осуществлять как управление выпрямителями, так и ведомыми сетью инверторами при широком изменении величины ЭДС источника постоянного тока, поддерживать ток в заданных пределах за счет того, что при превышении величиной постоянного тока максимальной величины уставки . тока в выпрямительном режиме и при ее снижении ниже минимальной величины в инверторном режиме отпирают два вентиля одной фазы преобразователя, после чего запрещают отпирание всех ае вентилей. В случае снижения величины постоянного тока ниже минимальной веМОСТОВЫМТЕЛЕМится к преобрможет быть исния выпрямитеорамиЦелью УПРАВЛЕНИЯЕОБРАЭОВАтение отнотехнике и для управл мыми инвер(57) Изобрезовательнойпользованолями и ведо тель личины уст ном режиме симальной вки тока в вып и при превышении еличины уставки о м а рет н -лы,жиме снимают за торно ентилеи. 2 з.п ан ил. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпО делАм изОБРетений и ОтнРытий ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(7 1) Научно-исследовательский институт постоянного тока и Всесоюзный государственный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт "Энергосетьпроект" (72) А.К.Михайлов и А.В.Поссе (53) 621.314.27(088.8)(56) Нейман Л.Р и др, Электропередача постоянного тока как элемент энергетических систем, М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962, с. 222-228.Маевский О,А, Энергетические показатели вентильных преобразователей. М.: Энергия, 1978, с. 98-99. 17623 А 11317623 Составитель В.Хирокодактор А.Огар Техред В.Кадар Корректор Л.Пилипенкоодписно Зака ектная оиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. 2432/53 ТиражВНИИПИ Государспо делам иэоб113035, Москва,660енного комитений и от-35, Раушс ета СССР ытий я наб.,г1 131Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к способам управления мостовым преобразователем, который оснащен управляемыми вентилями и может работать в качестве выпрямителя и ведомого сетью инвертора.Цель изобретения - повьппение ко- эффициента мощности преобразователя.На фиг. 1 показана схема одномостового преобразователя; на фиг. 2 и 3 - эпюры напряжений и токов при ,работе одномостового преобразователя соответственно в режиме выпрямления и инвертирования; на фиг, 4 - структурная схема системы управления, реализующей предлагаемый способ для одномостового преобразователя; на фиг, 5 - расчетная схема четырехмостового преобразователя; на фиг. 6 - эпюры напряжений при работе четырехмостового преобразователя; на фиг. 7 структурная схема системы управления, реализующей предлагаемый способ для четырехмостового преобразователя, на фиг.8 - структурная схема системы управления, реализующей предлагаемый способ в. соответствии с п. 3 Формулы изобретения.Трехфазный мостовой преобразователь (Фиг. 1 а) образован вентилями 1-6, которые присоединены непосредственно или через трансформатор к сети переменного тока. На стороне переменного тока преобразователя действуют Фазные ЭДС 7 (е е Ь, е, ) и индуктивности 8 (1, ), На стороне пос - тоянного тока преобразователя между его полюсами включены последовательно источник 9 постоянной ЭДС (е) и реактор 10 индуктивностью 1., Источд ником 9 ЭЛС может быть машина постоянного тока, выполняющая Функцию двигателя при работе преобразователя в режиме выпрямления или генератора при работе преобразователя в режиме инвертирования, Кроме того, в качестве источника 9 ЭДС могут быть использованы преобразователь передачи или вставки постоянного тока, аккумуляторная или конденсаторная батарея. На фиг. 1 б показаны схема включения конденсаторной батареи 11 вместо источника 9 ЭДС. При работе преобразователя в качестве выпрямителя включены, например, разъединители 12 и 13 и происходит заряд конденсаторов емкостного накопителя энергии. Для выдачи накопленной энер 7623 2 5 10 15 20 25 ЗО 35 45 50 55 гни в сеть переменного тока разъединители 12 и 13 размыкаются, включаются разъединители 14 и 15, а преобра-, зователь изменением фаз импульсов управления (изменением углов регулирования) переводится в инверторный режим.На Фиг. 2 и 3 показаны изменяющиеся во времени кривые ЭДС, напряжения, токов и импульсов управления, а именно относительно оси О - трехфазная система ЭДС, е, е Ь У е относительно оси О - импульсы управления, отпирающие четные вентили (индексы при импульсах соответствуют позициям вентилей на фиг. 1 а), относительно оси Оз - импульсы управления, отпирающие нечетные вентили, относительно оси 0 - токи вентилей (токи четных вентилей показаны над осью, а нечетных - под осью: пунктирными линиями показаны уровни уставок максимального и минимального токов), относительно оси Оп - выпрямленное напряжение 0,1 и ЭДС е источника 9 ЭДСНа Фиг. 4 показана структурная схема системы управления, содержащей блок 16 сравнения, снабженный переключателем 17 рода работы. Два выхода блока 16 сравнения подключены к управляющим входам блоков 18 и 19 управления тиристорами 1, 3, 5 и 2, 4, б соответственно, и к запирающим входам этих блоков, причем к одлом из них,. например 19, через блок 20 задержки по времени. Величина постоянного тока определяется датчиком 21, выполненным, например, в виде трансФорматора постоянного тока. Блок 16 сравнения содержит элементы 22 и 23 сравнения с уставками 1 и 1Умид.с у эннсоответственно. Выходы элементов уставок подключены к переключателю 17 непосредственно или через инверторы 24 и 25. Один из выходов переключателя 17 подключен к одному входу П- триггера 26 непосредственно, а дру. гой - через логический элемент НЕ 27. Выходы 0-триггера 26 являются выходами блока 16 сравнения.В режиме выпрямления при токе, меньшем обоих уставок, сигнал от логического элемента НЕ 27 переводит Р-триггер 26 в состояние, при котором подается сигнал управления на блоки 18 и 19 управления и преобразователь работает в нормальном режиме. По мере роста тока при превьппении его величины 1 входной сигнал на= О, при котором коэффициент мощности преобразователя имеет наибольшее возможное значение. Процесс показан начиная с некоторого момента времени, когда при нормальном режиме работы выпрямителя происходит нарастание постоянного тока д, причем значение этого тока находится между значениями токов уставок Т. и 1 , Нарастание тока происходитМ мскспотому, что П, е постояннаявремени нарастания определяется отношением Тк ЬРазность П, е воспринимается реактором 10.В момент Т ток х достигает значения тока 1 и в результате этомсксго подается команда на переход к однофазному режиму, которая выполняется следующим образом (см. импульсы на осях 0 и О ): блокируется очередной послеимпульс (на фиг. 2 импульс 5) и все импульсы его группы (на фиг, 2 импульсы нечетной группы вентилей), в другой группе импульсов блокировка производится с задержкой на один очередной импульс (на фиг. 2 четные импульсы блокиру,ются не сразу, а после возникновения очередного в этой группе импульса б) . В результате этого ток продолжает проходить через вентиль 3, в момент С возникает коммутация тока с вентиля 4 на вентиль 6 и после ее оконча- ния начинается однофазный режим: токпроходит через вентили 3 и б, присоединенные к одной фазе на стороне переменного тока, в данном примере к фазе С. В однофазном режиме ток д спадает с постоянной вермени Т./К, где К - активное сопротивление реактора 10, двух вентилей и других элементов цепи, В случае использования конденсаторной батареи 11 электромагнитная энергия реактора 10 переходит в энергию конденсаторов 11 и значение е продолжает нарастать. В момент ток снижается до величины 1, и в результате этого подается команда на возобновление формирования и подачи на вентили 1-6 импульсов управления по-прежнему с минимальным углом регулирования. Восстанавливается нормальный режим работы преобразователя, выпрямленное напряжение П,1 становится больше ЭДС е вследствие, чего ток х снова нарастает. Продолжается за 3131762 Э-триггере пропадает, он остается в прежнем положении, работа схемы не изменяется, При увеличении тока 1 выше 1, появляется сигнал на пругом входе Э-триггера 26, пропадает сигнал на его управляющем выходе и появляется сигнал на запирающем выходе, который блокирует импульсы блоков 18 и 19 управления, причем за счет введения блока 20 задержки за О пирание импульсов одной из групп тиристоров, а именно 2, 4, 6, происходит со сдвигом на один интервал повторяемости, что и приводит к работе преобразователя в режиме горения 15 вентилей одной фазы. После этого ток 1 начинает снижаться и при уменьшеннии его ниже величины Т опять появляется сигнал на выходе элемента, после чего цикл повторяется. 20В режиме инвертирования процесс повторяется в обратном порядке. Для того, чтобы согласовать полярность напряжения элементов 22 и 23 сравнения в обоих режимах переключателем 17 25 в цепь их выходных цепей введены инверторы 24 и 25.Если преобразователь работает толь-, ко в режиме инвертирования, перевод его в режим однофазного опрокидывания ЗО может осуществляться простым открыванием вентилей тех фаз, в которых уже имеются проводящие вентили. Схема управления для этого случая представлена на фиг. 8. Дополнительно к указанным элементам в нее введен . блок 28 одноразовых импульсов, формирующий одиночные импульсы длительностью 60 для мостовой схемы, Эти импульсы подаются на все тиристоры 40 1-6 преобразователя одновременно с подачей запирающего напряжения на блоки 18 и 19 управления. При подаче управляющего напряжения на блоки 18 и 19 управления одновременно подает ся сигнал на приведение блока 28 в рабочее положение.Блок 28 одноразовых импульсов может быть выполнен, например, в виде емкостного накопителя, снабженного зарядным устройством и устройством срабатывания.Эпюры на .фиг2 иллюстрируют работу преобразователя в режиме выпрямления и постепенный рост встречной ЭДС е источника 9 ЭДС (например, процесс заряда конденсаторной батареи 11). Вентили 1-6 отпираются импульсами с углом регулирования5 131762ряд конденсаторной батареи 11 (увеличение е ).После того, как токстанет равным 1 описанный процесс повторяется. Нри заряде емкостного накопителя 11 процесс заканчивается, ког 5да ЭДС е становится равной максимальным значениям выпрямленного напряже ния, а ток с, спадает до нуля.Эпюры на фиг. 3 иллюстрируют ра Оботу мостового преобразователя в инверторном режиме, Пусть на сторонепостоянного тока в качестве источника ЭДС е включен заряженный конденсатор 11 и процесс заключается в передаче его энергии через инвертор всеть переменного тока. Конденсатор11 постепенно разряжается и соответственно с этим уменьшается , Вентили 1-6 инвертора могут отпиратьсяс постоянным углом опережения Я,значение которого выбирают возможноменьшим, но таким, чтобы коммутациянаибольщих токов, близких к 1проходила успешно. Улучшение коэффициента мощности достигается, еслиинвертор снабжен регулятором углапогасания, который изменяет угол опережения так, чтобы при всех значенияхтока угол погасания был возможно ми Онимальным.Процесс на фиг, 3 показан начинаяс некоторого момента времени, когдапри нормальном режиме работы инвертоРа пРоисходит спадание тока дскб,причем его значение находится междузначениями токов уставок 1 и1 . Уменьшение тока происходит потоминму, что встречное напряжение инвертора 0больше ЭДС конденсатора 11 (е) . Разность 1 Б,/ - екомпенсируется ЭДС, возникающейна реакторе 10 при уменьшении.тока. В момент Т, ток становится равным току уставки 1и в результате этого подается команда напереход к однофазному режиму, Такойпереход можнО осуществить так же,как при работе преобразователя в режиме выпрямления. В результате начиная с момента Т встречное напряже 3ние инвертора Бс = О, ток пропускают вентили 5 и 2, присоединенные настороне переменного тока к фазе а,В режиме инвертирования к однофазному режиму можно перейти преждевременным отпиранием такого вентиля,который принадлежит той же фазе, чтои проводящий в данном промежутке 3 бвремени один из двух вентилей, и последующей блокировкой всех импульсов.Так, сразу после момента(фиг. 5)можно преждевременно подать импульсна вентиль 5 и затем заблокироватьвсе импульсы, Ток переходит с вентиля 3 на вентиль 5, и однофазный режим с проводящими вентилями 5 и 2начинается еще до моментаВ однофазном режиме ток под действием ЭДС е начинает нарастать.часть энергии конденсатора 11 переходит в электромагнитную энергию реактора 10, В моментток достигает значения тока установки 1имьксв результате этого подается командана возобновление Формирования и подачи на вентили 1-6 импульсов управления по-прежнему с минимально допустимым углом опережения Я. Восстанавливается нормальный режим работыпреобразователя, опять Шсток уменьшается, продолжается передача энергии от конденсатора 11 всеть переменного тока,После того, как ток с, станетравным 1. описанный процесс повторяется. Процесс заканчивается приполном разряде конденсатора 11.Таким образом, применение предлагаемого способа управления мостовымпреобразователем позволяет осуществлять его работу как в режиме выпрямления, так и в инверторном режиме,при широком изменении величины ЭДСисточника стороны постоянного тока,поддерживать ток в заданных пределах и обеспечивать высокое значениекоэффициента мощности.Однако при использовании предлагаемого способа управления возникаетнеравномерность потребления мощностив режиме выпрямления и выдачи мощности в режиме инвертирования. Отрицательное влияние этого недостатка насеть переменного тока можно уменьшитьподключением к сети параллельно двухили больше преобразователей, работающих со сдвигом во времени промежутков нормальной работы. Кроме того,можно использовать многомостовой каскадный преобразователь, например,по схеме Фиг, 5.Работа такого преобразователя врежиме выпрямления поясняется графиком на фиг. 6, ось Ок, а в режимеинвертирования - графиком на фиг. 6,ось О . ЭДС е источника 9 ЭДС при работе в режиме выпрямления возраста1317623 При работе в режиме выпрямления 40 (фиг. 6, ось О) в моменты г., с, с 4 в соответствии с ростом ЭДС г происходит ввод по одному мосту, который до этого находился в однофазном режиме. Предлагаемое управление с 45 чередованием нормального и однофазного режимов в течение всего процесса нарастания осуществляется на одном из работающих мостов 1 ММ. Так, в .промежутке Т С в управляемом режиме может быть мост 1 М или 2 М и соответственно в нормальном режиме - мост 2 М или 1 М, мосты ЗМ и 4 М в этом промежутке времени находятся в однофазном режиме. Один из возмвжных способов управления состоит в том, что для управления выбирается один мост, например 1 М, а остальные мосты в зависимости от необходимого уровня выет, а при работе в инверторном режиме снижается (например, в результатезаряда и разряда конденсаторов емкостного накопителя энергии). Изменение выпрямленного напряжения Н показано в первом приближеннии как изменение его постоянной составляющей.Структурная схема управления длячетырех мостов представлена на фиг.7.Схема управления мостом 1 М не отличается от схемы фиг. 4. Остальныемосты 2 ММ имеют блоки 29-31 сравнения блоки 32-37 управления и блоки38-40 задержки по времени, Схема ихсоединения не отличается от схемыфиг. 4. Однако так как эти мосты переводятся из однофазного режима внормальный не по сигналу тока, а посигналу напряжения, то входной сигналнапряжения на конденсаторе 11 сравнивается в блоках 29-31 сравнения суставками напряжения 1/4 У 1/20и 3/40,1 соответственно для мостовн2 М, ЗМ и 4 М. Величина напряжения наемкостном накопителе 11 определяетсядатчиком 41 напряжения, выполненным,например, в виде делителя. Для перевода мостов 2 ММ в однофазный режимв начале процесса заряда емкостногонакопителя 11 сигналы на блоки 3237 управления подаются от одного блока 42 сравнения при напряжении, поступающем с датчика 41 напряжения,меньшем 1/4 Ц. Блоки 29-31 сравнения подсоединяются к управляющим входам блоков 32-37 управления непосредственно, а к запирающим - через логические элементы НЕ,5 10 15 20 25 30 35 прямленного напряжения находятся внормальном или однофазном режиме,При пуске выпрямителя в моментна мостах 2 М, ЗМ, 4 М импульсами управления отпираются только по двавентиля одной фазы. Для перевода впоследующем моста из однофазного режима в нормальный подаются импульсыуправления на все его вентили.При работе в режиме инвертирования (фиг. 6, ось 0,) в моменты Св соответствии со снижениемЭДС е происходит вывод по одномумосту (перевод из нормального режимав однофазный). Предлагаемое управление с чередованием нормального .и однофазного режимов в течение всего процесса снижения е осуществляется на 1одном из работающих мостов,Как видно из графиков, при использовании многомостового каскадногопреобразователя значительно уменьшаются колебания выпрямленного напряжения (в соответствии с числом мостов).Кроме того, можно уменьшить диапазонизменения тока, сократить разностьуставок 1,-1, так как уменьшается разность ц- е , возникающая приуправлении одним мостов из нескольких, включенных последовательно. Врезультате при переходе от одномостового преобразователя к многомостовому значительно снижается отрицательное влияние способа управленияна сеть переменного тока, связанноес неравномерностью потребления иливыдачи мощности. Формула изобретения 1. Способ управления мостовым вентильным преобразователем, заключающийся в том, что задают максимальную величину уставки тока, измеряют величину постоянного тока, сравнивают ее с заданной уставкой тока, формируют импульсы управления вентилями преобразователя и отпирают их с нормальным чередованием фаз, о т л и - ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения коэффициента мощности, задают минимальную величину уставки тока, сравнивают ее с измеренной величиной постоянного тока, при пре; вышении величиной постоянного тока максимальной величины уставки тока в выпрямительном режиме и при ееснижении ниже минимальной величины уставки в инверторном режиме отпи1 З 1 Ь 2 З 75 рают два вентиля одной фазы преобразователя, после чего запрещают отпирание всех вентилей, при снижении величины постоянного тока ниже минимальной величины уставки тока в выпрямительном режиме и при превьппении его максимальной величины уставки тока в инверторном режиме снимают запрет на отпирание вентилей.2, Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что для отпирания двух вентилей одной фазы преобразователя фиксируют открытый вентиль изапрещают отпирание следующего вентиля преобразователя.3. Способ по и, 1, отличающ и й с я тем, что для отпираниядвух вентилей одной фазы преобразователя в инверторном режиме фиксируютфазы, первые вентили которых открыты, 10 и отпирают второй вентиль в одной изуказанных фаз.