Способ управления стабилизированным выпрямителем

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 2 М 7/12 БРЕТЕ Е П отехническии р со в ном знаке. ил ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГННТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕТ(71) Новосибирский электр институт(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления тиристорным стабилизированным выпрямителем, предназначенным для стабилизации уровня выходного напряжения при изменяющихся параметрах нагрузки. Целью изобретения является улучшение качества стабилизации выходного напряжения выпрямителя в переходных процессах. С помощью источника эталонных напряжений 1 формируют сигнал задания, из которого на сумматоре 2 вычитают выходное напряжение выпрямителя 8, сглаженноесиловым Фильтром 9. Сигнал ошибкиусиливают и интегрируют с помощьюпропорционально-интегрального звена 3и регулируют фазу импульсов управления, Для повьппеуия качества стабилизации выходного напряжения в переходных режимах определяют максимальноеи минимальное значения выходного напряжения на нагрузке 1 О выпрямителя8 в статических режимах, Формируютс помощью источников 13, 14 два эталонных сигнала, один из которых больше максимального, а другой меньшеминимального измеренных значений выходного напряжения в статических режимах. Выходное напряжение вычитают из первого и второго эталонных сигналов в сумматорах 11, 12 и при боль ших отклонениях выходного напряжения от номинального значения в динамике выполняют суммирование основного сиг нала ошибки сумматора 2 с первым дополнительным сигналом ошибки суммато а 11 при его отрицательном знаке, и суммируют основной сигнал ошибкиторым дополнительным сигналом ошибки сумматора 12 при его положиИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления тиристорным стабилизированным выпрямителем предназнаУ5 ченным для стабилизации уровня выходного напряжения при изменяющихся параметрах нагрузкиЦель изобретения - улучшение качества стабилизации выходного напря О жения выпрямителя в переходных режимах.На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на Фиг. 2 - принципиальная электрическая схема части элементов устройства, с помощью кото" рой формируется управляющий сигнал Ц,; на Фиг. 3 - диаграммы, поясняющие способ20Устройство (Фиг. 1) содержит источник 1 сигнала задания, выход которого через первый вход сумматора 2 подсоединен к входу пропорциональнойнтегрального (ПИ) звена 3, 25Выход звена 3 подключен к первому Входу блока 4 компараторов. Второй Вход которого 4 соединен с блоком 5 Генераторов опорного напряжения, вход 1 оторого, в свою очередь, подключен 0 К первичному источнику 6 питания. ВыХод блока компараторов через блок 7 Выходных каскадов соединен с управляющим входом выпрямителя 8. Силовой Вход управляемого выпрямителя 8 со 35 единен с выходом первичного источника 6 питания. Выход управляемого выпрямителя 8 через силовой фильтр 9 йодключен к нагрузке 10 и к второму входу сумматора 2, Выход силового фильтра 9, кроме того, соединен с первыми входами сумматоров 11 и 12, вторые входы которых соединены с выходами источников 13 и 14 первого и Второго эталонных сигналов соот 45 ветственно. Выходы сумматоров 11 и 12 соединены соответственно с третьим и четвертым входами сумматора 2 через вентили 15 и 16, которые пропускают соответственно первый дополНительный сигнал отрицательного знака и второй дополнительный сигнал положительного знака.Устройство содержит также клемму 17 для подключения к источнику 1 сигнала задания, клемму 18 для подключения к выходу силового фильтра 9 управляемого выпрямителя 8, клемму 19 - для подключения к выходу источника 14 второго эталонного сигнала,клемму 20 для подключения к выходуисточника 13 первого эталонного сигнала и клемму 21 - выходная клеммадля подключения к входу блока 4 компараторов, Второй сумматор 11 напринципиальной схеме представлен делителем напряжения на резисторах 22и 23, третий сумматор 12 - на резисторах 24 и 25, выходное напряжение(Жвьв) вычитается из сигнала задания031,) эа счет резистбров 26 и 27. Сумматор 2 основного и дополнительногосигналов ошибки и ПИ-звено 3 собранына операционном усилителе 28, охваченном отрицательной обратной связьюс помощью КС"цепочки 29 и 30, Длясхемотехнической реализации остальныхэлементов устройства согласно Фиг;1могут использоваться стандартные элементы преобразовательной техники.Так, в качестве компараторов блока 4могут использоваться операционныеусилители с большим коэффициентомусиления. Число компараторов равночислу вентилей выпрямителя. Блок 5генераторов опорного напряжения представляет собой набор генератора напряжения пилообразной формы, синхронизированных с напряжением первичного источника 6 питания, в качестве которого может быть использован автономный синхронный генератор, Управляемый выпрямитель может быть собранпо любой известной схеме, напримертрехфазной мостовой, Силовой фильтрпредставляет собой, например, одноэвенный Г-образный 1.С-фильтр,Способ управления стабилизированным выпрямителем осуществляется следующим образом.Выходное напряжение 01) источниска 1 сигнала задания через первыйвход сумматора 2 и ПИ-звено 3 поступает на первый вход блока 4 компараторов. На второй вход блока 4 поступают опорные сигналы из блока 5 генераторов опорных напряжений, которые синхронизированы с напряжениемФаз питающей сети первичного источника 6 питания. В блоке 4 компараторов формируются импульсы в моментыравенства опорных сигналов блока 5и управляющего сигнала с выхода блока 4, которые усиливают по мощностив блоке 7 выходных каскадов и подаютна тиристоры управляемого выпрямителя 8, который преобразует переменное314535напряжение источника питания 6 в постоянное напряжение, Вькодное напряжение выпрямителя 8 сглаживаетсяфильтром 9 и поступает на нагрузку 105Также это напряжение вычитается изсигнала задания с помощью сумматора2 и поступает на первые входы сумматоров 11 и 12. В результате вычитания выходного напряжения из сигналазадания и интегрирования основногосигнала ошибки с помощью ПИ-звена 3управляющий сигнал регулируется дотех пор, пока среднее значение вькодного напряжения выпрямителя, снимаемое с выхода Аильтра 9, не станет равно сигналу заданияТаким образом, в статических реркимах работы среднее значение выходного напряжения управляемого выпрямителя стабилизируется равным сигналу задания за счет астатического характера регулирования управляющего сигнала, придаваемого системе интег" ральной частью ПИ-звена 3. В стати ческих режимах возможны лишь неболь" шие отклонения выходного напряжения от сигнала задания за счет пульсацийвыходного напряжения и эа счет температурной нестабильности элементов ЗО системы управления. В динамических режимах работы системы, вызванных скачкообразными изменениями нагру- .зок 10 и напряжения первичного источника 6 питания возможны значительные отклонения выходного напряжения от сигнала задания. При появлении такихчотклонений интегральная часть ПИ-звена 3 не успевает быстро регулироватьуправляюпий сигнал, однако пропорцио Ональная часть ПИ-звена пропускает сигнал ошибки беэ задержки и позволя" ет быстро регулировать управляющий сигнал. Поэтому в переходных режимахуправляющий сигнал пропорционален сумме сигнала ошибки и интеграла от сигнала ошибки, причем такое суммирование осуществляется в самом ПИ"звене 3 за счет последовательного соединения сопротивления 29 и конденсатора 3.Для повьгпення быстродействия и точности стабилизации выходного напряжения коэААнцпент усиления ПИ-звена выбирают как можно болыш(м, а постоянную интегрирования по возможности меньшей. Условия такого выбора ограничены устойчивостью системы регулирования и имеют тсполне спределн 554ные пределы. За счет ограниченной устойчивости регулирования в системе могут возникнуть автоколебания, что заставляет ограничивать коэффициент усиления пропорциональной части ПИ-звена и не позволяет реализовать высокое быстродействие и точность стабилизации выходного напряжения в динамике только за счет одного основного канала регулирования управляющего сигнала, Для устранения этого недостатка осуществляется дополнительное регулирование управляющего сигнала в переходных режимах за счет двух дополнительных каналов обратной связи, реагирующих порознь на большие увеличения и уменьшения выходного напряжения управляемого выпрямителя.Дополнительные каналы регулирования (Лиг, 1) содержат два сумматора 11 и 12, два источника 13 и 14 эталонных сигналов, вентили 15 и 16. ,Первый эталонный сигнал источника 13 выбирают большим максимального значе- ния выходного напряжения (О ,) в статических режимах работы, а второй эталонный сигнал источника 14 выби" рают меньшим минимального значения выходного напряжения в статических режимах (Лиг. За). Изменение вькодного напряжения в статических режи" мах определяют заранее расчетным или экспериментальным путем. При небольших изменениях выходного напряжения 01) в статических режимах первый дополнительный сигнал ошибки на выхо. - , де сумматора 11 .имеет положительньпЪ знак, а второй дополнительный сигнал ошибки на выходе сумматора 12 имеет отрицательный знак, оба вентиля 15 и 16 закрыты и не пропускают выходные сигналы сумматоров 11 и 12 на вход сумматора 2. При этом на входе ПИ-звена действует сигнал оп(ибки, пропорциональньп только сигналу разности между сигналом задания и выходным напряжением и Аормирование управляющего сигнала осуществляется пропорционально сумме сигнала ашнбки и интеграла сигнала ошибки. При этом коэААициент усиления и постоянную времени ПИ-звена выбирают предельно возможным по условиям устойчивости системы в статических режимах.В переходном реп;пме за счет ограниченного коэффициента усиления ибыстродействия 1 Н-этьен;( возникают53555 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 5 14 значительные отклонения выходного напряжения (Пп, ) от сигнала задания (П), и в этих режимах осуществляется дополнительное регулирование уп-, равляющего сигнала дополнительными каналами, позволяющее уменьшить отклонения выходного напряжения по сравнению с регулированием сигнала ,только по основному каналу управления. Так, при сбросе нагрузки (фиг.3, момент времени й,) появляется выброс выходного напряжения, превышающий первый эталонньй сигнал (Б,).В результате знак первого дополнительного сигнала сумматора 11 изменяется на ,отрицательный, вентиль 15 открыва,ется и дополнительный отрицательный сигнал поступает через третий вход сумматора 2 на вход ПИ-звена. В реультате входной сигнал ЛИ-звена авен сумме основного сигнала ошиби и первого дополнительного сигна" а и имеет отрицательный знак, а ыходной сигнал ПИ-звена быстро меньшается и увеличивает углы упавления вентилями преобразователя, что приводит к уменьшению выходного напряжения выпрямителя. Начиная с Момента времени(фиг, 3), выходное напряжение Бпы становится меньше первого эталонного сигнала (Б, ), и вентиль 15 снова закрывается, отключая дополнительный канал регулиования управляющего сигнала. Аналогично работает второй дополнительный канал регулирования при уменьшении выходного напряжения (Б ц) ниже второго эталонного сигнала (Б з ) на интервале времени- (фиг. 3), но с той разницей, что сигнал с выхода сумматора 12 в переходном режиме имеет положительный знак, увеличивающий дополнительно входной сигнал ПИ-звена, что сопровождается быстрым увеличением управляющего сигнала на выходе ПИ-звена и быстрым увеличением выходного напряжения выпрямителя.За счет суммирования основного Сигнала ошибки и дополнительного сигнала на входе ЛИ-звена в переходных режимах уменьшается отклонение выходного напряжения по величине и по времени по сравнению с регулированием управляющего сигналя только с помощью одного основного канала. Поскольку в статических режимах осуществляется регулирование управляющего сигнала пропорционально сумме основного сигнала ошибки н интеграла отсигнала ошибки с коэффициентом пропорциональности и постоянной интегрирования, выбранным по условиям устойчивости системы регулирования, тов статических режимах система устой"чива, автоколебания не возникают ивыходное напряжение стабилизируетсяс высокой точностью. В переходныхрежимах осуществляется дополнительное суммирование первого либо второ"го дополнительного сигнала с основным сигналом ошибки, что приводитк повышению быстродействия регулирования.управляющего сигнала. Устойчивая работа системы при этом сохраняется, так как при уменьшении отклонения выходного напряжения дополнительное суммирование и регулированиеуправляющего сигнала прекращается,что не позволяет возникнуть автоколебаниям в системе. Повьппение быстродействия регулирования управляющего сигнала позволяет уменьшить отклонения выходного напряжения управляемого выпрямителя в переходныхрежимах и повысить качество его стабилизации,Таким образом, предлагаемый способ позволяет, повысить качество стабилизации выходного напряжения впереходных режимах,формула изобретения Способ управления стабилизированным выпрямителем, заключающийся в том, что формируют сигнал задания выходного напряжения выпрямителя, измеряют выходное напряжение выпрямителя, формируют основной сигнал ошибки, пропорциональный разности сигнала задания выходного напряжения выпрямителя и сигнала, пропорционального выходному напряжению выпрямителя, формируют управляющий сигнал, пропорциональный сумме основного снг" нала ошибки и интеграла от основного сигнала ошибки, при этом коэффициент пропорциональности и постоянную времени интегрирования выбирают по условиям устойчивости стабилизаций выходного напряжения выпрямителя, формируют опорные сигналы, синхро- низированные с напряжениями фаз питающей сети, в моменты равенства1йвЯСоставитель А. МеркуловТехред М.Ходанич рректор Г, Решетник едактор Н. Яцо каз 7298/ 53 Тираж 645ВНИИПИ Государственного копо делам изобретений и о113035, Москва, Ж, Раушска писно ета ССытийаб., д роиэводственно-полнграфическое предприятие, г. ужгород, ул, Проектная, 4 7 145355 которых управляющему сигналу, формируют импульсы управления тиристорами выпрямителя, о т л и ч, а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества стабилизации выходного на 5 пряжения выпрямителя в переходных режимах, определяют максимальное и минимальное зчачения выходного напряжения выпрямителя в статических 1 О режимах, формируют первый эталонный сигнал, значение которого превышает укаэанное максимальное значение выходного напряжения, и второй эталонный сигнал, значение которого не пре вышает указанное минимальное значение выходного напряжения, формируют первый дополнительный сигнал ошибки,58пропорциональный разности первого эталонного сигнала и сигнала, пропорционального выходному напряжению выпрямителя, и второй дополнительный сигнал ошибки, пропорциональный разности второго эталонного сигнала и сигнала, пропорционального выходному напряжению выпрямителя, и в случае, если первый дополнительный сигнал ошибки имеет отрицательное значение, осуществляют суммирование основного и первого дополнительного сигналов ошибки, а в случае, если второй дополнительный сигнал ошибки имеет положительное значение, осуществляют суммирование основного и второго дополнительного сигналов ошибки.