Способ управления -фазным преобразователем на полностью управляемых вентилях

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскизСоцивлистическииРеспублик и 1005268(22) Заявлено 23.12. 81;:(21) 3367198/24-07 ДЕИЗМ Кл.з с присоединением заявки М -Н 02 Р 13/16 ГосударсТвенный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 15,03.83, Бюллетень йо 10 Дата опубликования описания 150383(72) Авторы изобретения С.Н,Сидоров и В.Ф.Ваничкин ульяновский политехнический институт (71 ) Заявитель(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ в-ФАЗНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НА ПОЛНОСТЬЮ УПРАВЛЯЕМЫХ ВЕНТИЛЯХИзобретение относится к электротехнике и может быть использованопри управлении зависимыми сетевымипреобразователями, выполненнымина полностью управляеьих вентилях(двухоперационных и комбинированновыключаемых тиристорах или транзисторах), а также аналогичными преобразователями на однооперационныхтиристорах с искусственной коммутацией.Известен способ управления пре- .образователями указанного типа с многократным включением каждого вентиля Фна периоде сетевого напряжения, заключающегося в том, что половину всехвключений вентиля на периоде производят в моменты равенства управляющего и опорных напряжений в диапазонеотстающих относительно точек естественной коммутации углов управления, адругую половину включений - в диапазоне опережающих. углов уттравленияйЗ.В результате достигается улучшениеэнергетических показателей преобразователя 2.).Недостатком этого способа является недоиспользование .динамическихвоэможностей полностью управляемоговентнльного преобразователя, в результате чего частотная полоса про- пускания данного устройства как и преобразователей с естественной коьтмутацией ограничена частотой напряжения сети и скоростью изменения опорных напряжений, Расширение полосы пропускания в рамках данного способа удается достичь лишь при уве- . личении числа переключений вентиля на периоде, что ведет .к увеличейию коммутационных потерь и, соответственно, к снижению КПД преобразователя.Цель изобретения - расширение частотной полосы пропускания при сохра-нении высоких энергетических показателей преобразователя. Указанная цель достигается тем,что согласно способу в качестве опорных напряжений используют две последовательности противоФазныхопорных.напряжений, выделяют интервалы воз-растания и убывания управляющего напряжения, на интервалах возрастанияуправляющего напряжения первую поло. вину общего числа включений каждоговентиля на периоде сетевого напряжения производят в моменты равенства ЗО этого напряжения с последовательнос 1005268тью убывающих опорных напряжений вдиапазоне отстающих углов управления2% 2 Й(ф-)-1 К ВИ 1,где1п при этом вторую половину включений вентиля производят всинхронизируемые напряжением сетитактовые моменты в диапазоне опережающих угловгде 1 и+12 п а на интервалахуменьшения управляющего напряженияпервую половину включений каждоговентиля производят в синхронизируемые напряжением сети тактовые моменты в диапазоне отстающих углов. 2 МГьк= ,, (к)где1п, при этом вторую половину включений вентиля произ, водят в 20моменты равенства управляющего напряжения с последовательностью возраста-ющих опорных напряжений в диапазонеопережающих углов управления 10 25 Ю"к к ич ( и -1), где = п+1, 2 п.На фиг.1 приведены временные диаграммы выходного напряжения (а) опорного и произвольно изменяющегося управляющего напряжений (б), иллюстри-. рующие работу трехфазного преобразователя в соответствии с известным способом управления а также диаграммы аналогичных напряжений (в,.г), 35 вместе с графиком функции знака первой производной управляющего напряжения ЯЙСЯи ИОд 1(д) поясняющие сущность изобретения. Реализация способа управления может быть осуществле на с помощью преобразователя и цепей управления, изображенных на фиг.2. На фиг.З представлены диаграммы вы-; ходного (а), управляющего и опорного (а,в) напряжений, а также управляю щих импульсов (д, е, ж), поясняющие работу устройства.Определение моментов включения (выключения) вентилей осуществляется на укаэанных графиках путем отыскания пересечений кривых управляющего Оч и опорных (3 о ,напряжений, Из фиг.1аб) следует,что при известном способе управления существует некоторая критическая скорость изменения управляющего сигнала, после превышения которой преобразователь теряет управляемость.Поэтому известный способ управления существенно недоиспользует дина-. мические возможности полностью управ ляежих преобразователей.Предлагаемяй способ управления обеспечивает возможность формирования управляющих импульсов при любой скорости изменения управляющего сиг нала. Для этого, как следует из диаграмм фиг.1 (в, г, д), используютсядве последовательности опорных напряжений, изменяющихся по отношению другк другу в противофазе. При этом сравнение управляющего напряжения производят с последовательностью убывающихопорных напряжений, если управляющеенапряжение возрастает Ь 1 ци ИОфИ)либос последовательностью возрастающихопорных напряжений, если управляющеенапряжение уменьшается (бщиЩфр-.1).Вслучае, еслиуцидОЩ 1 первую половину общего числа включений каждоговентиля на периоде сетевого напряжения осуществляют в моменты равенствауправляющего и опорных напряжений.Так как при этом используется после-,цовательность убывающих опорных напряжений, включение вентиля происходит в, диапазоне отстающих относительно точек естественной коммутацииуглев управленияЮь 2 ЯЬ) 4 киигде .в - число фаз преобразователясо стороны питающей сети,2 И вобщее число включенийвентиля на периоде сетевого напряжения в сЛучаеизменения управляющегосигнала в одну сторону,К=1 И - порядковый нотрвключения вентиля на периоде напряжения сети,В этом случае выключения вентиляпроизводят в тактовые моменты, синхронизированные с напряжением сети.Эти выключения совпадают во временис включениями вентиля в другой фазепреобразователя в области опережающих угловЯХо = -- (Ьи -я.к,где У= +1, , 2 И.Таким образом, если первая половина общего числа включения каждоговентиля на периоде сети производится с отстающими углами управления,зависящими от управляющего сигнала,то вторая половина включений производится в тактовые моменты в областиопережающих углов с(. О,В противоположном случае приВ 1(рЩИ -1 первую половину общего числа включений вентиля на, периоде сетевого напряжения осуществляютв тактовые моменты времени в областиотстающих углов где К =1, ИВ этсм случае выключения вентиля производят в моменты равенства управляющегби опорных напряжений. Эти выключения также совпадают во времени с включениями вентиля в другой фазепреобразователя. Так как теперь длясравнения с управляющим напряжениемиспользуется последовательность возрастающих опорных напряжений, включения последнего происходят в диа. -пазоне опережающих углов управления. 5фк+( - -)Зг кигде К= И+12 И,Таким образом, теперь первая поло вина обцего числа включений каждоговентиля на периоде сети производится,в тактовые моменты в области отстающих углов сЪ О, а вторая половинавключений - в диапазоне опережающихуглов управления 04 иО, эависяцих отуправляющего сигнала.В результате, как это видно иэдиаграмм фиг.1 в, г) управление преобразователем становится возможнымна частотах, превидающих частоту . 20сетевого напряжения, В отличие отизвестного способа управления фиг.1,а, б предлагаемый способ обеспечивает воэможность отработки пре. образователем управляющих сигналов, изменяющихся со скоростью,превышающей скорость изменения вовремени опорных напряжений.;.Реализация данного способа управ- З 0 ления может быть осуществлена, например, с помощью преобразователя, восполненного по трехфазной (ю =3) нереверсивной схеме выпрямления с нулевым выводом на базедвухопераци онных тиристоров и устройства управления Фиг.2, Число переключений тиристоров на полупериоде сетевого напряжения принимается=2. Устройство управления тиристорами содержит 40 задатчик 1 управляющего напряжения, выход которого связан со входами фазосдвигающих блоков 2 и 3. Второй вход Фазосдвигающего блока 2 связанс выходом генератора 4 опорного напряжения, а второй вход фазосдвигающего блока 3 связан с выходом генератора 5 опорного напряжения. Своими синхронизирующими входами генераторы 4 и 5 подключены к питающей сети. Выходы б, 7 и 8 фазосдвигающего блока 2 и выходы 9, 10 и 11 фазосдвигающего устройства 3 связаны со входами импульсного селектора 12. Вход 13 селектора связан с выходом формирователя 14 тактовых импульсов. Своим синх- ронизирующим входом формирователь 14 также связан спитающей сетью. Вход 15 селектора связанс выходом дифференциатора 16, вход которого связан с выходом задатчика, управляющего 60 напряжения. Выходы 17, 18 и 19 селектора связаны с управляющими входами силовых тиристоров преобразователя.Управление преобразователем производится следующим образом. 65 Подаваемое на вход фаэосдвигающего блока 2 напряжение управления сравнивается с последовательностью убывакщих опорных напряжений Фиг.З (б). В моменты равенства указанных напряжений на выходах б, 7 и 8 формируются кратковременные управляющие импульсы (Фиг.З ж), В фаэосдвигающем блоке 3 управляющее напряжение сравнивается с последовательностью возрастающих опорных напряжений (фиг.Зв). В.моменты равенства этих напряжений управляющие импульсы формируются на выходах 9, 10 и 11 фиг.Зз). Перед тем, как попасть на управляющие электроды, указанные импульсы поступают на входы импульсного селектора 12. Кроме импульсов, фаэовое положение которых зависит от управляющего напряжения,. на вход 13 селектора с выхода формирователя 14 поступают тактовые импульсы, Фаза которых синхронизирована сетью (фиг,З д).На.управляющий вход 15 селектора поступает сигнап функции знака произ.водной управляющего напряженияВф(Фиг.З г) . С помощью этого сигнала осуществЬяется запрет или разрешение на прохождение импульсов через селектор. При положительном знаке производной управляющего напряжения 5 ЩЪ =1,на выходы 17, 18 и 19аоселектора поступают импульсы с выходов Б, 7 и 8 фазосдвигающего блока 2. Эти импульсы используются для за-. пирания работавшего до этого момента тиристора и одновременно для отпирания тиристора в другой фазе пре-. образователя в диапазоне отстающих угловЖ 1- к-)М - - к- кгде В.=1, 2.Крове указанных импульсов на . выходы селектора поступают тактовые импульсы, которые также кроме эапирания работавшего .тиристора используются для отпирания тиристора в другой фазе в моменты времени при (к, = -ЦЪ(6-К), где К=3, 4 фиг.З е).При отрицательном знаке проиводной управляющего напряженияури ф=- на выходах 17, 18 и 19 селектора начинают выделяться управляющие импульсы, поступающие с выходов 9, 10 и 11 фазосдвигающего блока 3. Теперь эти импульсы кроме запирания работавших тиристоров используются для отпирания других тиристоров в диапазоне опережающих углов-К А ( -а + - (ь- - )4 К2. у где К=3, 4,Поступавшие на выходы селектора тактовые импульсы также кроме эапирания используются теперь для отпирания40 Формула изобретения других тиристоров н тактовые моментыи области угловГ"-экк-"),где К= 1, 2 (,см.фиг.З е).В результате форма выходного напряжения преобразователя имеет видфиг.З а. Из укаэанной диаграммы выходного напряжения видно, что работа преобразователя происходит при чередовании ныпрямительного и инверторногорежимон, при этом среднее выходноенапряжение гладкая составляющаяизменяется по закону управляющеговоздействия.Таким образом, в отличие от .из- .вестного данный способ. управленияобеспечивает более полное использование динамических свойств полностьюуправляемых вентилей, не требуя. дляэтого специального увеличения часто .ты коммутаций, Достоинством этогоспособа являются предельное быстродействие и симметричность реакциипреобразователя на возрастание и убывание упранляющего воздействия, Данный способ управления .может обеспечить значительное расширение частотной полосы, пропускания зависимыхсетевых нентильных преобразователейи тем самым приблизить их динамические свойства к свойствам широтно-импульсных преобразователей со зненомпостоянного тока.Применение данного способа наиболее целесообразно в областях, где к р(преобразователям наряду с требованием двустороннего обмена энергией .сети и нагрузки предъявляются высокиетребования н части динамических иэнергетических показателей,Способ управления Ф -фазным преобразователем на полностью управляемых 45 вентилях, заключающийся в том, что сравнивают управляющее и опорные напряжения и н момент их равенства включают вентили в течение периода напряжения питающей сети, о т л и - 50 ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения частотной полосы пропускания управляющего воздействия при сохранении высоких энергетических показателей преобразователя, в ка честве опорных напряжений используют две последовательности противофазных опорных напряжений, выделяют интерналы возрастания и убывания управляюще-, го напряжения, на интервалах возрастания управляющего напряжения первую половину общего числа включений каждого нентиля на периоде сетевого напряжения производят в моменты равен-. ства этого напряжения с последовательностью убывающих опорных напряже-. ний в диапазоне отстающих углов управленияЖ 6 ЮБЬи (К-")- к юи К где К =1,и, при этом вторую половину включений вентиля производят нсинхронизируете напряжением сетитактовые моменты в диапазоне опережающих углов,где. К И+1 2 и, а на интервалахуменьшения управляющего напряженияпервую половину включений каждоговентиля производят в синхронизируе-,мые напряжением сети тактовые моменты в диапазоне отстающих углов 2 Гьк щ (к- ),при К=1. и, при этом вторую половину включений вентиля производятв моменты равенства управляющегонапряжения с последов.ательностью возрастающих опорных напряжений в диапа,зоне опережающих углов управлениягс .2 т (к"-вакф т+- -)Ф 1 ппри К = 8+1, , 2 у,где Фи - число фаз преобразователясо стороны питающей сети,2 И - общее число включений вентиля на периоде сетевогонапряжения в случае изменения управляющего сигналав одну сторону,К= 1 р- порядковый номервключения вентиля на периоде напряжения сети.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Рутманис Л.А., Дрейманис Я.Л.,Аржанин О.И. Способы управления преобразователями частоты. с непосредственной связью и искусственной коммутацией, Рига, "Эинатие", 1976,с.105,142,2. Авторское свидетельство СССРР 404171, кл. Н 02 Р 13/16, 1971.1005268 г( г) Ц Мс Составитель Л, ПридатковРедактор А.Долинич Техред К.Мыцьо Корректор С.Шекм Заказ 1922/75 Тираж б 85 ВЙИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, дписноССР.4 ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектна и Ук. Уб Иу УЧ Цу комитета открыти ушскан н