Способ управления регулируемымдвухполупериодным вентильным преобразователем

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИяК АВТОРСКОМУ ФЗИ ЕТЕЛЬСТВУ 436430 Союз Советских Социалистических Республиксоединением заяв е осударственнвй комит Совета Министров ССС по делам изобретенийи открытий, Н, Голубев и В, Д, Лат ческий ииститу 71 Заяви енинградскии ордена Ленина электроте им. В, И. Ульянова (Лени(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМЫМПОЛУПЕРИОДНЫМ ВЕНТИЛЪНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ 2 ец ( (т ( о с( 2 л. Для уменго напряженгармончческиз сети тока0 ля отпирани шения пульсаций я и снижения вел х составляющих в мостовой схеме вентилей, включе выпрямленноичины высших потребляемого реобразоватенных в протиИзобретение может быть использовано в однофазных двухполупериодных и мостовых управляемых вентильных преобразователях переменного тока в постоянный, допускающих возможность работы с опережающим значением углов отпирания вентилей при искусст. венной коммутации.Известны способы управления регулируемыми двухполупериодными вевтильньви преобразователями, обеспечивающие повышение коэффициента мощности при глубоком регулировании выпрямленного напряжения. Такие способы могут быть реализованы только в схемах преобразователей, содержащих не менее двух групп вентилей, отпираемых с разными углами регулирования (в схемах с нулевыми и дополоеительными вентилями, с несимметричным управлением вентилями и с поочередным управлением последовательно включенными преобразователями) .Известные способы применяются как в преобразователях, работающих с отстающими значениязти углов отпирания вентилей (при естественной коммутации), так и в преобразователях, работающих с опереткаоцими значениями углов отпирания (при искусст(венной коммутации). Однако эффект снижения реактивной мощности преобразователя при глубоком регулировании выпрямленного напряжения весьма ограничен и недостаточен для получапия высоких энергетических показателей.Известен также способ управления регулируемым двухполупериодным вентильным преобразователем путем двукратного отпира ния каждого вентиля в течение периода папряжения питающей сетки.чПредлагаемый способ позволяет повыситьсовр преобразователя и обеспечить возможность регулирования реактивной мощности О при неизменном выпрямленном напряжении.Это достигается тем, что в преобразователе с искусственной коммутацией переключение вентилей производят один раз при искусственной коммутации в диапазоне углов отпира ния - ;т(я.,( (О и второй раз при естественной коммутациями в диапазоне углов отпирания 0(и, (л. Углы отпирания вентилей в каждой из двухполупериодных схем неодинаковы.Один вентиль отпирается при углах ки а(, 20 а другой - при углах а,и к, . Значенияуглов отпирания должны удовлетворять усло- вию(Ы Тирани 722омитета Совета Мшшстров ССетений и открытийРаушская наб., д. 4/5 у АЛкс -9 Ла =сопМ=2 я, =Ля, к --- Лк; 10 Л-- Ла9 д "е воположные плечи моста, производят с разными углами,Углы отпирания вентилей при регулировании выпрямленного напряжения изменяют одновременно в пределах 0(а= а, -- - - и 0 Я.= Я 11+ 2 2что позволяет улучшить регулировочную характеристику преобразователя и уменьшить требуемый диапазон регулирования фазы управляющих импульсов.Для упрощения схемы управления два угла отпирания вентилей при регулировании выпрямленного напряжения сохраняют неизменными и регулирование производят одновременным или поочередным изменением двух других углов отпирания.На фиг. 1 показана форма выпрямленного напряжения в однофазной двухполупериодной схеме вентильного преобразователя при использовании описываемого способа управления, посгроенная для трех значений соотношения углов отпирания вентилей, соответствующих неизменной величине выпрямленной э, д. с. Е= 0,5 Еаи разным уровням реактивной мощности: а - отрицательному значению (емкостного характера) Я = 0,5 Еа 1 при а=О, а 2, = 135, Я 1 и = - 90 и а, = - 45; б - нулевому значению Я=0 при к ,= 24,3, а, -- 114,3, а и = - 114,3 и а , = - 24,3; в - положительному значению (индуктивного характера) Я = + 0,5 Е,У при Я 1, -- 45, к = 90, а, = - 135 и а, = 0; на фиг. 2 - схемы подключения управляющих электродов вентилей к системам управления, регулирующим углы к , а я и а;: а - в однофазной двухполупериодной, б - в Однофазной мостовой схемах преобразователей; на фиг. 3, а - в - форма выпрямленного напряжения вентнлнного преобразователя, выполненного по однофазной мостовой схеме, построенная для тех же значений углов отпирания вентилей, выпрямленной э. д. с. и реактивной мощности, что и на фиг.1; на фиг. 4 - форма выпрямленного напряжения в однофазной двухполупериодной схеме преобразователя при одновременном изменении всех четырех углов отпира;ния вентнлей:а- к = 5, а, =- 95, к=- - 95 и я , = - = - 5; б-а=25 а., = 115, я , = - 115 на фиг. 5,а - д - форма выпрямленного на пряжения в однофазной мостовой схеме выпрямления для тех же значений углов регулирования, что и на фиг. 4; на фиг. 6 - регулировочные характеристики преобразователя для различных вариантов изменения углов отпирания вентилей: кривая 1 соответствует одновременному изменению всех углов отпи радения соглаоно уравнениям кривая 2 - одновременному изменению двухуглов отпирания при неизменных значенияхдвух других согласно уравнениям15д 1,. -- сопМ= - О, а==сопз 1= - , Я 1 ц = Л+,а, Я = --- ЛЯ235кривая 4 - изменению углов Л Л я, =сопМ=- - , а, =сопз 1= - 2 кривая 5 (инверторного режима) - . изменению двух углов отпирания при неизменных значениях двух других согласно уравнениям Ля,. =Сопз 1 = - , я =сопМ=л, я, -Л= - Ла2 20 на фиг. 8 - кривые зависимости относительной величины реактивной мощности от относительной Величины Выпрямленной э. д, с. для разных вариантов изменения углов отпирания вентилей в выпрямительном и инверторном 25 режимах по предлагаемому способу управления.Кривые 8 - 11 соответствуют выпрямитель- ному режиму при изменении углов регулирования согласно уравнениям 30 Яе и,л(3) 2 л+а , (о 1(л+а60 Второй вентиль, включаясь с искусственной коммутацией при угле и проводит ток в интервале времени лЯг -2-- л - Ьа,Яи ( .0( Л + а 1 и к =л - Ьк, а и =- - л+Ьи; кривая 7 - изменению углов и-- сопз 1=л, а, =сопв 1= - л,л л а= -- Ья, к,и = --+Ли; 2на фиг, 7 - форма выпрямленого напряжения в Однофазной двухполупериодной (а - в) и однофазной мостовой (г - е) схемах преобразователя для случая, когда углы отпирания вентилей определяются выражениями ля =сопв 1=0 а , - сопь 1= - , я , -Дя е = сопз 1=-0 яе = сопз 1= я 1 и ли ьи - сопМ= -- , Я 2 и .=СОПИ=О я= лЯ 1, =СОПЯТ=0, Я 1 и =Сопвт= - , иуе Кривые 12 - 15 соответствуют инверторно 50 му режиму при изменении углов регулирования согласно уравнениям я 1 е - сопв 1= - , и р = сопз 1=л я- -л= -- Ьа а =- - л+ Лк, 2 Кривые для случаев изменения углов регулирования согласно соотношениям лс 1 ЛК, я, я, я к лъ е =СОПИ=О а.и =сопз 1=0, к= - + л ла е=СОПЗ 1= - , Я 1 и =СОП 1= --Я 1 е2 2 л л а, =-сопз 1= -а, =сопв 1= ---е 2 2=сопз 1=л, апи =-СОПМ= - л, а= совпадают с осью абсцисс.1(ривая 16 определяет полный диапазон регулирования реактивной мощности преобразователя.При построении кривых напряжения и графиков процесс коммутации вентилей рассматривается как мгновенный, т. е. включение и выключение вентилей как при естественной, так и при искусственной коммутации происходит мгновенно.Каждый вентиль однофазного двухполупериодного преобразователя, управляемого по предлагаемому способу (ом. фиг. 1) включают дважды за период сети - один раз прп естественной и второй раз при искусственной коммутациями - и углы отпирания первого и второго вентилей неодинаковы. Первый вентиль включается с естественной коммутацией при угле а 1, и проводит ток в интервале вре- мени(отсчет времени и углов регулирования производят от момента времени, в котором происходило бы включение неуправляемого вентиля в схеме неуправляемого преобразователя), Второе включение этого вентиля происходит с иокусственной коммутацией (когда напряжение на его аноде меньше, чем на аноде второго включаемого вентиля) при угле а, , При этом вентиль проводит ток в интервале времени7а с естественной коммутацией при угле я,проводит ток в интервалеК е(С 11(Я+Я еПри изменениях значений углов Я 1 аи а в допустимых пределах изменяются продолжительности этих интервалов и их расположение ца протяжении периода сети. Вследствие этого изменяются среднее значение выпрямленного цапряжония и реактивная мощность, потребляемая из сети, Эти величины неоднозначно определяют друг друга, что позволяет путем соответствующего изменения углов Я 1 е, а аи а осуществлять регу- лирование выпрямлен 1 ного напряжения при неизменном требуемом уровне реактивной мощности или изменять в некоторых пределах реактивну 1 о мощность при неизменном выпрямленном напряжении (ом. фиг. 1, а - в).Соотношения углов а 1 а, аи а , при когорых продолжительность всех четырех интервалов времени протекания тока через вентили (выражения 2=5) больше или равна нулю, опрвделяют по выражению (1).Для реализации предлагаемого способа управления необходимы четыре канала систем управления вентилями, позволяющие независимо регулировать в допустимых црвделах значения углов отпирания ,вентилей. Выходные управляющие импульсы каналов управления должны попарно сусммироваться (аи К 1 п Я 2 е, И Я 2 е ) И ПодаВатЬСЯ ца уираВЛЯЮ. щие элект 1 роды соответствующих вентилей.Для управления однофазной мостовой схемой возможны два вариа 1 нта осуществления способа: когда вентили, включенные в противоположные плечи моста, отпираются одновременно п 1 ри,одних и тех же зна 1 чсниях углов а, и а, т. е. одна пара противоположных вентилей отпирается при угличах Я 1, и я, а другая пара - при углах а, и а , и когда вентили противоположных плеч моста отпираются с разными значениями углов, т, е. в каждой паре противоположных вентилей один вентиль отпирается при углах а 1, и а а другой - при углах к, и Я В первом случае форма выпрямленного напряжения одпофазной мостовой схемы такая же, как и у однофазной двухполупериод 1 ной схемы (см, фиг. 1): один полупериод сети форма выпрямленного напряжения определяется значениями углов а и а а другой полупериод - значениями углов К 1 и а Во втором случае в каждый полупериод сети форма выпрямленного напряжения одинакова и определяется ЗнаЧВНИЯМИ ВСЕХ ЧетЫРЕХ УГЛОВ Я 1 еК 1 е е я, и а , и представляет собой полусумму кривых выпрямленного напряисения за первый и второй полупериод сети в схеме двухполупериодного нулевого преобразователя.Благодаря этому уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения и высшие гармонические в кривой потребляемого из сети тока. Форма выпрямленного напряжения для этого случая, построенная при тех же значе 8ниях углов отпирания вентилей, что и на фиг. 1, а=в, приведена на фиг. 3, а=в. Поскольку управляющие импульсы вентилей, отпираемых с одинаковыми углами, должны 5 быть сдвинуты по фазе иа половину периодасети, каждая из систем управления, регули- РУ 10 ЩИХ УГЛЫ Я, Я, Я, И Яе, должНа быть двухфазной,При определении средней величины вы О прямлеИной э. д. с. путем интегрирования кривой се мгновенного значения за период получают зависи 1 мостьЕ,1- (Созае + С 05 Яи + Созаее 1 15Еа 2+ соза,), (6)где Е 1 - выпрямленная э.д.с, полностьюоткрытого преобразователя.Величина реактивной мощности, потреб 2 о ляемой преобразователем из сети, может бытьнайдена путем разложения к 1 ривой сетевого тока в гармонический ряд. При идеально сглаженном выпрямленном токе относительная величина реактив 11 ой мощности равна25+ 51 Пяе,) (7)где У - выпрямленный ток.Из анализа выражений (6) и (7) следует,что путем соответствующего выбора соотношений углов регулирования можно обеспечить высокое значение созс 11 при регулирова 1 нии выпрямле 1 нного напряжения в полном диапазоне и осуществлять регули 1 рование реактивной мощности при неизменном выпрямленном напряжении. Решая совместно уравнен 1 ия (6) и (7) с учетом ограничений пределов изменения углов, можно определить необходимые значеНИЯ К 1 е Я 2 е К п И а 2 п ДЛЯ ПОЛУЧОНИЯ ТДЕ буемых уровней выпрямленной э, д. с. и реактивной мощности.Если установить при полностью открытоми еобразователе (при Е = Е,1) значенияк=а, =О, а.= - ", я,= --углови одновременно изменить их в соответствующих пределах, то выпрямленная э. д. с, изменится от + Еас до - Е, при Я = О, т. е, при созср=1. Уравнение регулировочной характеристики для этого случая получается подстановкой в выражение (6) эна.чеиий55Дя =,Ак а .= с,ЗЯ1 е -1 еЛЯ 2 е + ЛК Я 2 ЛК260 и имеет видЛ- +Ьа; ац2 Я60 у., у, 2 +2 з 1 п ( + Ьа) . а,= уи Еи Л3 де сопМ а, =сопМ= - л;- +Ьа;2- 1-1 )/ 2 соз( +Ьи),а, =л-Ьд; а. 65 Еи,б 9преобразователей для ряда последовательныхзначений Ьа (5, 25, 45, 65, 85) показана нафиг, 4 и 5, соответственно, а регулировочнаяЕихарактеристика = у (Ьа) представленаЕи,кривой 1 на фиг. 6. Из анализа уравнения (8) и графика следует, что для регулирования выпрямленной э. д. с. в полном диапазоне выпрямительного н инверторного режимов требуется изменение фазы управля 1 ощих импульсов в диапазоне 90, т. е. вдвое меньшем, чем при известном способе управления. Форма характеристики близка к линейной, что также является преимуществом предлагаемого способа управления.Для упрощения схемы управления регулирование выпрямленного напряжения может осуществляться путем изменения только одного или двух углов отпирания вентилей приеизменных значениях осталы 1 ых. В частно. сти, регулирование выпрямленного .напряжения в полном диапазоне выпрямительного или инверторного режима может быть достигнуто одновременным изменением любых двух углов отпирания при неизмененных значениях двух других. При этом для выпрямительного режима возможны следующие варианты способа управления, обеспечиваю 1 цие соглаоно выражениям (6) и (7) различные регулировочные и энергетические ха р а ктерисгики. л 1, и. сопМ=-О; и .=-сопМ=- -5. и =сопМ = О; а , = сопМ = - О: л ла.,. = - - + Ли; и, = --- Ла; 2 Л6. а= сопэ 1= -а 1р1-1 а фиг. 7 показана форма ыпрямленногнапряжения в однофазной двухполупериоднойЗ 1, схеме преооразователя при управлении попервому из указанных вариантов для трехзначений Ьа: Ля=15 (см. фиг. 7, а, г);Ьи=45 (см. фиг. 7, б, д); Ьа=75 (ом. фнг.7, в, е). Регулировочная характеристика длявариантов 1 - 4 представлена на фиг. 6 кривой 2, а для вариантов 5 и 6 - кривыми 3 и 4,соответственно.Для инверторного режима возможны следующие варианты способа управления, обес 40 печивающие регулировочные и энергетическиехарактеристики,1. и =сопз 1=- - ; и, =-сопз(=л; ла н - л+Ьа и - . + Ьд Уи 1- = - - 1 - 1/ 2 соз( +Ьи) У:и 2 4 ЕА уи 2, =сопМ= - т д, =соп 1= --У.2 -- 1 - 1 2 сов( -+Ьи);11ЕЛ2 - - 1 -2 соз( - +Ла);Я 1Еу- 1 2 сов( - +Ла),а фе- сопИ=л; а.=сопз 1= --Л 2 43643012активной мощности. Полный диапазон регулирования реактивной мощности, определяемый систеыой соотношений (6) и (7), представлен на фиг. 8 областью, охваченной ли 6 нисй 16 окружности. Предмет изобретения=созЛа;ЯО.Е,1, ЕаУ,г6, я =сопИ=-л; а,и -- СОПИ= - л;Л :т- Ла, а---- +Ла2 2Еа, Я- : - =- - 1+ з 1 пЛа; =О, Еа Еа, УдРегулировочная характеристика для вариантов 1 =4, представленная кривой 5 на фиг. 6, расположена симметрично кривой 2 относительно оаи абсцисс, Аналогично, характеристика для варианта 5 расположена симметрично кривой 4, а для варианта 6 - симметрично кривой 3.Кривые зависимости относительной величины реактивной мощиости от относительной величины выпрямленной э. д. с. в выпрями- тельном и инверторном режимах показаны на фиг, 8. Для вариантов 1.=4 выпрямительногс режима эти зависимости представлены кривыми 8 - 11, соответственно, а для вариантов 1=4 инверторного режима - соответствующими кривыми 12 - 15, Кривые для вариантов 5 и 6 обоих режимов совпадают с осью абс цисс.Таким образом, предлагаемый способ управления позволяет получить благоприятную форму регулировочных характеристик на любом участке диапазона регулирования выпрямленного,напряжения (как при изменепни всех четырех углов отпирания вентилей, так и при изменении только двух из них) и одновременно ооеспечить требуемую величину ре 1. Способ управления регулируемым двух полупериодным вентильным преобразователемпутем двукратного отпирания каждого венпиля в течение периода напряже 1 ния питающей сети, отличающийся тм, что, с целью повышения созср преобразователя и обеспечения 15 возможности регулирования реактивной мощности при неизменном выпрямленном нацряжении, в преобразователе с искусственной коммутацией переключение вентилей производят один раз при искусственной коммутации 20 в диапазоне углов отпирания - л(а (О ивторой раз при естественной коммутации в диапазоне углов отпирания О(а, Сл, причем углы сси аотпирания первого вентиля и углы а и а, отпирания второго вентиля в 25 общем случае неодинаковы и между ними выдерживают соотношение0(аге а 2 и ". ла 2 е Сац , 2 л.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, 30 с целью уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения и снижения величины вььсших гармонических составля 1 ощих потребляемого из сети тока, в мостовой схеме преобразователя отпирание вентилей, включенных в проти воположные плечи моста, производят с разными углами.3. Способ по п.п. 1 и 2, отличающийся тем,что, с цель 1 о улучшения регулировочной характеристики цреобразователя и уменьшения 40 требуемого диапазона регулирования фазыуправляющих импульсов, углы отпирания венгилей при регулировании выпрямленного напряжения изменяют одновременно в пределахьО(а 1 е а 2 е 2 , и Оаац =ахи+ т+ - .- --2 24. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, 50 что, с целью упрощения схемы управления,два угла отпирания вентилей при регулировании выпрямленного напряжения сохраняют неизменными и регулирование производят од.новременным или поочередным изменением 55 Двух других углов отпирания, 436430