Способ управления преобразователем многофазного переменного напряжения в регулируемое постоянное

(5)М, Кл,Н 02 Р 13/16 Н 02 М 7/14 с присоедине аратванай камит СССРае амем изобретений н открытийано 30.03.82, Б тень М 12 3) УЙК 621. ;314.632 (088,8) ликования описания 30 та оп ворущен о;.7:;,(72) Авторы . изобретения Я,В, Лин т Харьковский автомобильно-дорожный инст им. Комсомола Украины 7) Заявитель СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ МНОГОФАЗНОРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В РЕГУЛИРУЕМОЕ ПОСТОЯННОЕ Изобретение относится к силовой преобразовательной, технике и может быть использовано в электроприводах постоянного тока в случаях, когда необходимо рекуперировать энергию постоянного тока в трехфазную сеть переменного тока при небольших массо- габаритных показателях силового трехфазного трансформатора. Существующими в настоящее время способамиэта проблема не решена и остаетсятв актуальной для подвижных объектов, а также для быстродействующих станочных электронриводов.В настоящее время в электропри-.15 водах постоянного .тока широко приме". няются трехфазные мостовые ведомые сетью инверторы, в которых регулирование тока осуществляется посредством управления углом отпирания ин" вертора.Вследствие низкой частоты процессов в инверторе в цепях как постоянного, так и переменного токов про-,ходят токи с большой амплитудой пульсаций. Для их уменьшения в цепи постоянного тока необходимо включать реакторы с большой индуктивностью, а для уменьшения влияния инвертора на сеть необходимо также включать мощные сетевые фильтры на стороне переменного тока. Это обуславливает увеличение веса, габаритов и стоийости электрооборудования инвертора. .Известны условия, накладывающие ограничения на применение тиристорных преобразователей в сетях соизмеримой мощности по качеству электроэнергии. К недостаткам такого типа инвертора можно отнести также большое потребление реактивной мощности и низкий созф, что приводит к необходимости в случае применения мощных инверторов использовать специальные компенсирующие устройства.Известен способ импульсного регулирования тока в трехфазном инвеоторе, применяемый в электроприво917298 оставитель Г, Мыцыкехред 3. фанта Корректор М. Шарош едакт ыл Заказ 1900/74 4/5е авфилиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,Тираж 719 ВНИИПИ Госуд по делам из113035, Москва ственног ретений. Ж"35, Ра Подписное комитета ССС открытий ская наб., д17298 4 3 . 9дах переменного тока с двигателем сфазным ротором. Здесь применяетсяпрерыватель постоянного тока на тиристорах с принудительной коммутацией, цто позволяет осуществить работуинвертора с минимальным углом опе режения, т.е. значительно уменьшитьреактивную мощность, а использование повышенных частот коммутации -уменьшить габариты дросселя П 1.Однако такой способ не позволяетосуществить передачу обратного потока активной мощности от сети к электродвигателю,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяспособ, реализованный в преобразователе многофазного переменного напряжения в регулируемое постоянное, который выполнен в виде многофазноготрансформатора, средние точки первичной обмотки которого образуют входнь 1 евыводы преобразователя, а концы обмотки подключены к входам двух диодных мостов, нагруженных на основныеуправляемые клюци. Вторичная многофазная обмотка трансформатора подеклюцена к входу дополнительного вентильного моста, выводы Фэстоянноготока которого образуют выходные вы. воды преобразователя, зашунтированные дополнительным управляемым ключомЕго анод соединен с анодами двух основных управляемых ключей через парукоммутирующих конденсаторов, а катод,через коммутирующий дроссель и вторую пару коммутирующих конденсаторовс катодами основных управляемых ключей 21,В системе управления преобразователем в результате сравнения симметричного пилообразного повышенной по отношению к сетевой частоты и синхронизированного сетью опорного напряжения и постоянного напряжения управления формируют последовательность регулируемых по ширине управляющих .импульсов повышенной частоты, затем выделяют из нее две последовательности управляющих импульсов, сдвинутых между собой на угол T. Одну из них подают на управляющий вход одного из двух основных управляемых ключей, а вторую - на управляющий вход второго ключа, Формируют также четвертую последовательность управляющих импульсов, инверсных по отношению к первой,которые подают на управляющий вход дополнительного управляемого ключа.Преобразователь отличается хорошими массогабаритными показателями трансформатора и Фильтра, повышенными энергетическими показателями и незначительным влиянием на многофазную сеть соизмеримой мощности. Однако в нем не может быть осущест 1 о влен процесс передачи обратного потока активной мощности от истоцникапостоянного тока в многофазную сетьпеременного тока. Это сужает возможность его применения. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей преобразователя за счет осуществления передачи обратного потока активной мощности в сеть переменного тока.Поставленная цель достигается тем,цто, согласно предлагаемому способу управляют преобразователем, выполненным в виде многофазного трансформатора, средние точки первичной обмотки которого образуют входные выводы преобразователя, а концы обмотки подключены к входам двух диодных мостов, нагруженных на,основные управляемые ключи. Вторичная многофазная обмотка трансформатора подклюцена к входу дополнительного вентильного моста, выводы постоянного тока которого образуют выходные выводы преобразователя, зашунтированные дополнительным управляемым ключом.35Его анод соединен с анодами двух. основных управляемых ключей через пару коммутирующих конденсаторов. Катод через коммутирующий дроссель и вто О Рую паРу коммутирующих конденсаторов - с катодами основных управляемых ключей. В системе управления преобразователем, в результате сравнениясимметричного пилообразного повышенной частоты и синхронизированногосетью опорного напряжения и постоянного напряжения управления, формируют первую последовательность регулируемых по ширине управляющих импуль Осов, Из нее выделяют две последова,тельности импульсов, сдвинутых междусобой на угол Х, Одну из. них подаютна управляющий вход одного основногоуправляемого ключа, вторую - на входвторого.55Формируют четвертую последовательность управляющих импульсов, инверсных по отношению к первой, которуюпо четвертую последовательности управляющих импульсов; е-л - шесть дополнительных последовательностей управляющих импульсов; м-с - последовательности управляющих импульсов, получаемых после соответствующих логических умножений.На фиг. 3 приведена принципиальная электрическая схема силовой части устройства; на фиг. 4 - графики токов и напряжений, где д " пилообразное опорное и постоянное управляющее напряжение; Г - управляющие импульсы, подаваемые на управляющие электроды управляемых вентилей; 1 - постоянный ток силовой цепи; М, О, Е - ток в фазах трансформатора.Основу силовой части преобразователя, на примере работы которого показан предлагаемый способ управления, составляет многофазный трансформатор (фиг. 3), Каждая из Фаз его первичной обмотки 27 состоит из двух секций, включенных последовательно и согласно, Начало и конец первичной обмотки через диодные мосты 28 и 29 закорачиваются с помощью основных управляемых ключей 30 и 31. Положительные выводы этих мостов и аноды основных управляемых ключей соединены двумя последовательно включенными коммутирующими конденсаторами 32 и 33, отрицательные выводы и катоды - конденсаторами 34 и 35.Иногофазная сеть через фильтр подключена к средним точкам первичной обмотки 27. Вторичная обмотка 36 трансформатора через дополнительный вентильный мост 37-42 подключена к якорю 43 электрической машины постоянного тока, причем анодная группа вентилей - к положительному выводу якоря, а катодная - к отрицательному. Якорная цепь шунтирована дополнительным управляемым ключом 44. Положительный вывод якорной цепи подключен к точке соединения конденсаторов 32 и 33, а отрицательный через коммутирующий дроссель,45 - к точке соединения конденсаторов 34 и 35 Управляющие импульсы, включающие тиристоры,формируются системой 46 управления.Функциональная схема системы управления преобразователем (фиг. 1) содержит формирователь 1 импульсов прямоугольной Формы, частота следования которых равна 6 иГ сети,5 917298 6 подают на вход дополнительного управляемого ключа. Формируют шесть дополнительныхпоследовательностей импульсов длительностью 2/3.Х с частотой сети й.сдвинутых последовательно между собойна угол У/3. Кажую из них логическиперемножают со второй и третьей последовательностями импульсов, Управляющие импульсы, образованные после10логического перемножения второй последовательности с шестой, восьмойи десятой дополнительными последовательностями, и третьей с пятой, седьмой и девятой, подают на управляющие входы управляемых вентилей анодной группы дополнительного моста. Управляющие импульсы, образованныепосле логического перемножения второй последовательности с пятой, седь. 20мой и девятой, и третьей с шестой,восьмой и десятой, подают на управляющие входы вентилей катодной группы дополнительного моста.Раздачу управляющих импульсов между вентилями анодной и катодной группдополнительного моста осуществляюттаким образом, что вентили в моментподачй импульса управления находятсяпод обратным напряжением вторичной 30обмотки трансформатора.На Фиг. 1 приведена Функциональ"ная схема системы управления устройством, иллюстрирующая предлагаемыйспособ управления, где 1 - формирова- ззтель первой последовательности импульсов повышенной по отношению ксетевой частоты; 2, 3 - формирователи последовательностей импульсов, выделенных из первой и сдвинутых под 40углом у; 4 - формирователь четвертойпоследовательности импульсов, инверсных по отношению к первой, 5-10 формирователи дополнительных шестипоследовательностей импульсов с час" мтотой сети; 11 - синхронизирующийтрансформатор; 12 - блок выделениягармоники повышенной частоты из напряжения сети; 13 - генератор пилообразного опорного напряжения; 14 - . мвкомпаратор; 15-26 - ячейки логического умножения "и".В скобках указаны номера ключейиз Фиг., 3.На фиг. 2 приведены графики после- удовательностей импульсов, где в - пилообразное опорное и постоянное уп"равляющее напряжения; б-д - с первой(Фиг. 2), передние фронты которых синхронизируют управляющие импульсы Г, Кэо Кь 4. (Фиг. 4), поступающие на управляющие входы основных управляемых ключей 30 и 31формирователь 4 образует последовательность импульсов д (фиг 2), передний фронт которых синхронизирует управляющие импульсы т, Кд (фиг.4),поступающие на управляющий вход дополнительного управляемого ключа 44,Управляющие импульсы Г, Кз 1-Кя. (фиг. 4), подаваемые на управляемые входы управляемых вентилей дополнительного моста,.синхронизируются передними Фронтами импульсов М - С (фйг, 2), образуемых путем логического перемножения в ячейках И 15-26 последовательностей импульсов Ь,а е, а (фиг, 2).Например, управляющие импульсы Г,К (фиг. 4), подаваемые на вход вентиля 37 синхронизированы импульсами И (фиг. 2) на выходе ячеек И 15 и 16, В ячейке 15 логически перемножаются импульсы последовательностей В, ц. (Фиг, 2). В ячейке 16 - 2, е (Фиг. 2).При включении дополнительного управляемого ключа 44 в якорной цепи электрической машины, работающей в генераторном режиме, начинает нарастать ток и она стремится перейти в режим короткого замыкания. Одновременно от диоднцх мостов 28 и 29 через ключ 44 и дроссель 45 заряжаются конденсаторы 32-35 с полярностью, указанной на Фиг. 3 без скобок. Затем включаются (Фиг. 4) ключи 30 38 и 42. Конденсаторы 32 и 34 перезаряжаются по цепи 32, 30, 34, 45, 44, 32 с полярностью, указанной на фиг.3 в скобках,и выключают ключ 44. Ток якорной цепи переводится через ключи 38 и 42 в фазы Я и,С вторичных обмоток трансформатора, причем направление. тока в них противоположно напряжению,.приложенному к этим обмоткам после включения .ключа 30, собирающегочерез мост 28 начала первичных обмоток 27 трансформатора в звезду. Начинается этап инвертирования тока всеть (фиг. 4, ),и, г). Процесс инвертирования оканчивается и начинаетсяочередной процесс накаливания энергии в якорной цепи в момент включенияключа 44. При этом конденсаторы 32и 34 вновь перезаряжаются с поляр 9172 где п 1, 2, 3Выход формирователя 1 соединен с входами формирователей 2 и 3 импульсов, сдвинутых под углом Ж, частота следования ко торых вдвое меньше частоты первой з последовательности импульсов и входом формирователя 4. Передние фронты импульсов формирователей 2 и 3 синхронизируют управляющие импульсы, подаваемые на управляющие входы ос новных управляемых ключей 30 и 31. Передний фронт импульсов формирователя 4 синхронизирует управляющие импульсы, подаваемые на управляющий вход дополнительного управляемого 15 ключа 44.Выход формирователя 2 соединен с одним из входов ячеек логицеского умножения И 15, 17, 19, 21, 23, 25. Выход формирователя 3 соединен с.од-. 20 ним из входов ячеек И 16, 18, 20, 22, 24, 26.Выходы формирователей 5-10 дополнительных последовательностей импуль" сов длительностью 2/3 Я с частотой 25 сети,и сдвинутых последовательно между собой на угол 3/3 соединены остальными входами ячеек И следующим образом: выход 5 с входами 16 и 21; выход 6 с входами.19 и 26; выход 7 зо с входами 18 и 23; выход 8 с входами 15 и 22; выход 9 с входами 20 и 25 выход 10 с входами 17 и 24.Входы формирователей 5-10 и блока 12 выделения гармоники повышенной частоть сети (б и Г сети) соединены с вторычными обмотками синхронизирующего трансформатора 11. Блок 12 выделения гармоники синхронизи- рует генератор 13 пилообразного опор р ного напряжения. Это опорное напряжение и напряжение управления (01)поступают на вход компаратора 14, которьй переключается в момент,их сравнения и управляет Формировате- и лем 1.управляющих импульсов.Работу преобразователя, реализующего предлагаемый способ управления рассмотрим для случая, когда кратность повышенной частоты и = 2, т.е.1 ком- рО мутации = 600 Гц.В момент сравнения опорного пилообразного напряжения и напряжения управления в системе управления в формирователе 1 формируется последова- у тельность импульсов 3 (фиг. 2). Формирователи 2 и 3 выделяют из нее последовательности импульсов 6 и Я9 9172 ностью, указанной на фиг. 3 без ско" бок, и готовы произвести очередную коммутацию.Следующий этап инвертирования начинается включением ключей 31, 37 и 41 (фиг. 4, 1). Конденсаторы 33 и 35 перезаряжаются по цепи 33, 31, 35, 45, 44, 33 и выключают ключ 44, Одновременно с этим ключ 31 собирает через мост 29 в звезду концы переич" 1 О ных обмоток 27 трансформатора. Полярность напряжения, приложенного к. вторичным обмоткам 3 б трансформато- ра, противоположна по сравнению с предыдущим этапом инвертирования. . 15 Поэтому ток во вторичных обмотках фаз В и А вновь оказывается противопо" ложным напряжению. Перемагничивание с частотой 300 Гц сердечника транс" форматора исключает его подмагничи" 20 вание с, частотой 50 Гц. Поэтому он рассчитывается на повышенную частоту, благодаря чему резко снижаются его габариты и масса.В дальнейшем циклы повторяется. 25 Величина тока инвертирования и, следовательно, тормозного момента на валу машины 43 регулируется в зависимости от скорости вращения якоря изменением величины 0. Так как за Зо счет самоиндукции напряжение якоря в процессе этапа инвертирования всегда превышает напряжение на зажимах дополнительного вентильного моста на величину падения напряжения в якорной цепи, вентилях моста, обмотках трансформатора 27 и 36, мосте 28 или 29, ключа 30 или 31, фильтре, процесс инвертирования не зависит от напряжения холостого хода маши ны 43 Характер и величина созф оп.- ределяются только синхронизацией пачек тока инвертирования с фазными. напряжениями и могут быть изменены в ту или иную сторону, Это определяет высокие энергетические показа" тели устройства. Высокая частота пульсаций тока в якорной цепи и в фазах сети позволяет применить иалоч габаритные облегченные сетевые фильтры, а в якорной цепи, в большинст-ве случаев, индуктивность ее оказывается достаточной, чтобы вообще обойтись без дросселя. Формула изобретения Способ управления преобразователем многофазного переменного напряжения в регулируемое постоянное, выполненным в виде многофазного трансформатора, средние точки первичной обмотки которого образуют входные выводы преобразователя, а концы обмотки подключены к входам двух диодных мостов, нагруженных на основные управляемые ключи,вторицная многофазная обмотка подключена к входу дополнительного вентильного моста, выводы постоянного тока которого образуют выходные выводы преобразователя, зашунтированные дополнительным управляемым ключом, анод которого соединен с анодами двух основных управляемых клюцей церез пару коммутирующих конденсаторов, а катод через коммутирующий дроссель и вторую пару коммутирующих конденсаторов - с катодами основных управляемых ключей, путем Формирования в системе управления преобразователем в результате сравнения симметрицного пилообразного повышенной по отношение к сетевой цастоты и синхронизированного сетью опорного напряжения и постоянного напряжения управления первой последовательности регулируемых по ширине управляющих импульсов повышенной частоты выделения из нее двух последовательностей управляющих импульсов, сдвину-. тых между собой на угол 3; одну из которых подают на управляющий вход одного из двух основных управляемых клю" Следовательно, устройство, иллюст-рирующее предлагаемый способ инвертирования, обладает малыми массо-габаритными показателями силового трех 98 10фазного трансформатора, малыми массогабаритными показателями дросселя и сетевых фильтров; высокими регулировоцными показателями; высокими. энергетическими показателями,Благодаря эффективному сглаживанию пульсаций, вызываемых коммутационными процессами, осуществляемыми на повышенной частоте, способностью работать на сеть соизмеримой мощности с удовлетворительным качеством напряжения.Реализация предлагаемого способа в устройствах, например в судовых электроприводах, позволяет исключить влияние помех при работе тиристорного преобразователя на-навигационные.приборы и средства связи при небольших массо-габаритных показателях преобразователя и фильтра.11 9172 чей, а вторую - на управляющий входвторого ключа, и формирования четвертой последовательности управляющих импульсов, инверсных по отношению к первой, которую подают на уп- з равляющий вход, дополнительного уп" равляемого ключа, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расши" рения функциональных возможностей преобразователя путем передачи обрат" 1 О ного потока активной мощности в сеть переменного тока, формируют шесть дополнительных последовательностей импульсов длительностью 2/3 Яс час" тотой сети и сдвинутых последова" 15 тельно между собой на угол ЗУ 3, каж" дую из которых логически перемножают со второй и третьей последовательностями импульсов, и управляющие импульсы,образованные после логичес кого перемножения второй последова,тельности с шестой, восьмой и десятОй дополнительными последовательностями, и третьей с пятой, седьмой и 98 12девятой, подают на управляющие вхо.ды управляемых вентилей анодной группы дополнительного моста, а управ" ляющие импульсы, образованные после логического перемножения второй последовательности с пятой, седьмой и девятой, и третьей с шестой, вось" мой и десятой, подают на управляющие входы вентилей катодной группы дополнительного мостапричем раздачу управляющих импульсов осуществляют так, что в момент их подачи управляемые вентили дополнительного моста находятся под обратным напряжением вторичной обмотки трансформатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Крайцберг И.И. и др. Импульсный регулируемый электропривод с фазными электродвигателями, М., "Энергия", 1972.2, Авторское свидетельство СССР й 729782, кл. Н 02 И 7/145, .1977.