Устройство для управления трехфазным преобразователем частоты с непосредственной связью

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(54)(57) УСТРОИСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯТРЕХФАЗНИФ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕИ ЧАСТОТЫС НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ по авт.св.9 983971, отличающеесятем, что, с целью повышения надежности в работе преобразователя частотыпутем улучшения качества регулирования в статических и динамическихреяцеюах при изменяющемся входномнапряжении, оно снабжено в каждойфазе двумя прямо пропорциональнорегулирующими элементами, интегрирующим звенаа, компаратором, третьимде ектором, пятым, шестым и седьмыесумматорами и датчиком напряжения,вход которого предназначен для соединения соответствующим выходом источника питающего напряжения, причем третий выход источника постоянного напряжения соединен с третьими входами пятого и шестого и с вторым входом седьмого сумматоров, соответ. твующий выход задающего элемента еоединен через вход первого прямо ствующий выход задающего элемента соединен через первый вход первого прямо пропорционально регулирующего элемента с первым входом первого сумматора, вход третьего .детектора предназначен для соединения с соответствующим выходом Преобразователя частоты, а выход соединен с первым входом пятого сумматора, второй вход которого соединен с выходом компаС ратора, а выход через интегрирующее щ звено и первый вход шестого сумматора соединен с вторым входом первого прямо пропорционально регулирующего элемента, выход датчика тока нагрузки соединен с первым входом комнаратора и через первый вход второго прямо пропорционально регулирующего элемента - с пропорциональным звеном, а выход датчика напряжения подключен к второму эха второго регулирующего элемента, а также к ,первому входу седьмого и к второмувходу шестого сумматоров.Изобретение относится к электротехнике и может быть использованопри построении устройств для управления преобразователями частоты снепосредственной связью с естественной коммутацией, применяемьпив централизованных системах электроснабжения подвижных объектов, гдепредъявляются повышенные требованияк надежности работы системы и качеству выходного напряжения.Па основному авт, св, Р 983971известно устройство для управлениятрехфаэкым преобразователем частотс непосредственной связью, содержащее в каждой фазе блок импульснофазового управления, первый входкоторого предназначен для подключения к источнику питающего напряжения,выход соединен с выходам для пацключения к преобразователю, блок задания, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второйсумматор, фильтр и датчик тока нагрузки, общий для всех источник постоянного напряжения и з каждой фазе пропорционально"интегральное ипропорциональна-дифференциальноезвенья, третий и четвертый сумматор,два детектора и усилитель-ограничитель, причем вход пропорциакалънадифференциальнога,звена предназначендля подключения к выходному напряжению преобразователя, выход терезпервый вход второго сумматора и пропорционально-интегральное звено сае"динен с вторым входам первого сумматора и входам фильтра выход датчи.ка тока нагрузки соединен с вторымвходом второго сумматора ч черезпропорциональное звено с третьим входом первого сумматора, выход фильтрачерез соответствующий детектор соединен с первыми входами третьего ичетвертога сумматоров, вторые входыкоторых соединены с соответствующими выходами источника и-стоякногонапряжения, а выходы первого, третьего и четвертого сумматоров черезусилитель-ограничитель соединены свторым входам блока. импульсно-фазазо.га управления ГЦ,Недостатком известнога устройства является та,. та при изменении входного напряжения преобразователя частоты его выходное напряжение изменяется, так как коэффициент стабилизации выходного напряжения преобразователя с данным устройством уп-. равления, содержащим блок ющульснафазового управления с опорными напряжениями постоянной амплитуды, имеет малую величину Вследствие этого ухудаается качество регулирования в статических и динамических режимах при изменении входного напряжения и -нижается надежность работы преобразователя частоты з системе электроснабжения,Целью изобретения является повышение надежности з рабате преобра"зователя частоты путем улучшения ка 5 чества регулирования в статическихи динамических режимах при изменяющемся входном напряжении.Поставленная цель достигается тем,что устройство для управления трехО фазкым преобразователем частоты снепосредственной связью снабжено вкаждой фазе двумя прямо пропорциональна регулирующими элементами, интегрирующим звеном, кампаратором, третьим детектором, пятым, шестым и седьмым сумматорами и датчиком напряжения, вход которого предназначен длясоединения с с соответствующим выходом источника питающего напряжения,причем третий выход источника постоянного напряжения соединен стретьими входами пятого и шестого ис вторым входом седьмого сумматоров,соответствующий выход задающего элемента соединен через первый вход пер".зога прямо пропорционально реГулйрующего элемента с первым входом первого сумматора, вход третьего детектора предназначен для соединения ссоответствующим выходам преобразаваЗО теля частоты, а выход соединен спервым входом пятого сумматора,.второй вход которого соединен с выходом компаратора, а выход черезинтегрирующее звена и первый вход35 шестого.сумматора соединен с вторымвходом первого прямо прапорциональка регулирующего элемента, выходдатчика тока нагрузки соединен сперзьм входом компаратора и черезпервый вход второго прямо пропорциональна регулирующего элементас пропорциональным звеном, а выходдатчика напряжения подключен к второму входу второго регулирующегоэлемента, а также к первому входуседьмого и к второму входу шестогосумматоров,й На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.2БЛак-схема включает источник 1питающего напряжения синхронный генератор, выходы которого подключенык соответствующим входам блоков 2-4импульсно-фазового управления и кпервым входам преобразователей 5-7частоты вторые входы которых соединены с выходами блоков 2-4 импульсно-фаэавага управления, На выходахпреобразователей 5-7 частоты установлены силовые фильтры 8-10 и датчи 6 О ки 11-13 тока нагрузки. К выходнымклеммам 14-16 преобразователей подключены нагрузки 17-19. Соответст,вующие выходы задающего элемента20 соедкнекы с входами первых прямо65 пропорционально регулирующих элемен-, 1069122тов 21-23, выходы которых через первые входы первых суммирующих элементов 26-26 и первые входы усилителей- ограничителей 27-29 соединены с вторыми входами блоков 2-4-импульсноФаэового управления. Выходы пропор ционально-интегральных звеньев 30-32 соединены с вторыми входами первых суммирующих элементов 24-26 и через фильтры 33-35, детекторы 36-41 и первые входы вторых и третьих сум маторон 42-47 . - с вторыми и третьими входами усилителей-ограничителей 27-29, Выходы датчиков 11-13 токов соединены с первыми входами вторых прямо пропорционально регулирующих 15 элементов 48-50 и компараторов 51-53, а также вторыми входами четвертых сумматоров 54-56, Выходы регулирующих элементов 48-50 фчерез пропорциональные звенья 57-59 сое динены с третьими входами первых сумматоров 24 26. Выходные клеммы 14-16 преобразователей 5-7 соединены через пропорционально-дифференциальные звенья 60-62 с первыми вхо дами четвертых сумматоров 54-56 и через третьи детекторы 63-65, первые входы пятых сумматоров 66-68, интегральные звенья 69-71, первые входы шестых сумматоров 72-74 - с вторыми входами первых регулирукщих элементов 21-23.Выходы датчиков 75-77 напряжения подключены к первым входам седьмых сумматоров 78-80 и к вторым входам шестых сумматоров 72-74, а соответствующие выходы источника 81 постоянных напряжений соединены с вторнми входами вторых и третьих сумматоров 42-47, с третьими входами шестых сумматорон 72-74, с третьими 40 входами пятых сумматоров 66-68 и с вторыми входами седьмых сумматоров 78-80Устройство работает следующим образом. 45Выходные сигналы синусоидальной Формы задающего элемента 20 через регулирующие элементы 21-23 первые входы первых сумматоров 24-26 и усилители-ограничители 27-29 воздейст вуют на входы блоков 2-4 импульсно- фазового управления, которые Формируют последовательности импульсов управления. тиристорами преобразователей 5-7 частоты и осуществляют модуляцию по синусоидальному закону. Формируемые преобразователями 5-7 частоты переменные напряжения через силовые фильтры 8-10 и датчики 11-13 тока поступают на выходные клеммы14-16 и эапитынают нагрузки.17-19.Для улучшения формы и стабилизации выходного напряжения преобразователей в статических и динамических режимах устройство содержит цепи отрицательной обратной связи по 65 мгноненному значению выходного напряжения, включающие пропорционально- интегральные 30-32 и пропорционально-дифференциальные 60-62 звенья, а также цепи положительной обратной связи по току нагрузки, которые вводят сигналы датчиков 11-13 тока через регулирующие элементы 48-50 и пропорциональные звенья 57-59 в сигнал управления преобразователями 5-7Для поньааения надежности работы преобразователей 5-7 в системе электроснабжения за счет унеличения запаса устойчивости и качества регулиронания в нормальных режимах и режимах перегрузок устройство содержит цепи отрицательной обратной связи по сумме токов нагрузки и выходных напряжений преобразователей, имеющие большой коэфФициент усиления по постоянной и субгармоническим составляющим ныходного напряжения и тока нагрузки. Эти цепи включают сумматоры 54-56, пропрционально-интегральные звенья 30-32, фильтры 33-35, детекторы 36-41 и сумматоры 42-47.Обратная связь по низкочастотным составляющим напряжения преобразователей 5-7 и тока нагрузок 17-19 в нормальных режимах замыкается через первые сумматоры 24-26 и первые входы усилителей-ограничителей, а в режимах перегрузок и коротких замыканий, когда на входы блоков 2-4 импульсно-фазового управления поступают напряжения прямоугольной формы с выходов усилителей-ограничителей 2-29, через фильтры 33-35, детекторы 36-41, суьеюаторы 42-47 и соответствующие входы усилителей-ограничителей 27 29.Рассмотренные блоки устройства управления позволяют обеспечить высокое качество формы и стабилизации выходных напряжений преобразовате-, лей 5-7 при неизменном напряжении первичного источника 1 и неизменном характере нагрузок 17-19.В случае, если напряжение первичного источника 1 изменяется, например, вследствие оборотов синхронного генератора магнитоэлектрического типа, перечисленные блоки устройства управления не обеспечивают необходимую стабилизацию выходного напряжения, так как блоки 2-4 импульсно- Фазового управления с опорными напряжениями постоянной амплитуды нечувствительны к изменениям питающего напряжения, а коэффициент стабилизации обратных связей по выходному напряжению имеет, как. правило, малую величину,Кроме того, при изменении характера нагрузки преобразователей также происходит изменение выходных на,пряжений вследствие нарушения усло 1069122вий компенсации нозмущающего действия тока нагрузки по цепям положительной обратной связи с пропорциональными регуляторами 57-59. При этом снижается качество генерируемой преобразователями электроэнергии и 5 надежность работы преобразователей в системе электроснабжения, поскольку изменения выходного напряжения отрицательно сказываются на качестве работы потребителей, а также эле ментон системы, например увеличивается опасность выхода из строя конденсаторон силовых Фильтров 8-10.Для повышения качества стабилизации ныходного напряжения в устройство введены цепи отрицательной обратной связи по среднему значению выходного напряжения с детекторами 63-65, сумматорами 66,6768, 72,73, 74, интегрирующими звеньями 69-71 и регулирующими элементами 21-23. Сумматоры 66-68 выделяют разностьмежду эталонным напряжением с выхода источника 81 и выпрямленными с помощью детекторов 63-65,выходными напряжениями преобразователей. Разность этих сигналов интегрируется звеньями 69-71 и через сумматоры 72-74 воздействует на входы регулирующих элементов 21-23, которые изменяют амплитуду задающих сигналов синусоидальной Формы н направлении, обеспечивающем стабилизацию выходных напряжений преобразователей.Наличие интегрирующих звеньев 69- 71 позволяет обеспечить высокую точ- З 5 ность стабилизации. Суммирование вы.ходных сигналов интегрирующих звеньев 69-71 с постоянным напряжением источника 81 с помощью сумматоров 2-74 позволяет осуществить регули рование задающих сигналан элемента 20 н узком диапазоне, что уменьшает перерегулиронание в переходных режимах.Для исключения перенапряжений на выходе преобразователей при выходе из режимов перегрузок и после отключения коротких замыканий н наг" рузках 17-19 в устройство введены компараторы 51-53. В нормальных режимах работы, когда сигналы датчиков 11-13 тока меньше опорных напряжений, поступающих на входы компараторов 51-53 с выходов седьмых сум" мирующих элементов 78-80, выходные сигналы компараторов 51-53 равны нулю и не вмешиваются в работу цепей обратных связей по средним значениям выходного напряжения. При возрастании токов нагрузки, например в режиме короткого замыкания, компара- ф торы 51-53 генерируют серию импульсов, полярность которых противоположна йолярности эталонного напряжения,поступающего на вторые входы пятых сумматоров 66-68, Эти импульсы воз действуют через третьи входы сумматоров 66-68 на входы интегрирукщих зненьев 69-71 и приводят к уменьшению их выходных напряжений, что, и свою очередь, приводит к уменьшению задающих напряжений, поступающих с выходов регулирующих элементов 21-23 на входы сумматоров 24-26, Лри этом амплитуда задающих сигналов не превышает ее значение в режимах работы преобразователей с минимальной нагрузкой. После отключения короткого замыкания преобразователь управляется сигналом, соответствующим работе с минимальной нагрузкой, что обеспечивает плавное восстановление выходного напряжения без выбросов и пере- регулирования, Далее сигналы интеграторов, а значит и задающие сигналы на выходах регулирующих элементов 21-23 плавно возрастают до уровней, соответствующих стабилизациивыходных напряжений преобразователей,Для улучшения качества регулирования при изменяющемся питающем напряжении в устройство введены датчи- . ки 75-77 напряжения первичного источника 1, вторые регулирующие элементы 48-50, седьмые сумматоры 78-80,при этом выходы датчиков 75-77 напряжений подключены к входам регулирующих элементов 49-51, седьмых сумматоров 78-80 и к вторым входам шестых сумматоров 2-74,При изменении питающих напряжений источника 1 датчики 75-77 напряжения Формируют сигналы, пропорциональные этим изменениям. Эти сигналы через соответствующие входы шестых сумматоров 72-74 воздействуют на .регулирующие элементы 21-23 и изменяют амплитуду задающих сигналов таким об-разом, что происходит компенсация изменений ниходных напряжений пре" образонателей, вызванных изменениями их питающих напряжений. При таком регулировании повышается быстродействие и качество отраоотки возмущающих воздействий, вызванных изменениями питающих напряжений, так как регулирование осуществляется по возмущению (датчики 75-77 напряжения- сумматоры 72-74) и по отклонению выходных напряжений с помощью цепей обратных связей. Одновременно осуществляется дублирование цепей обратной свя; и, что увеличивает надежность работы устройства управления и преобразователей частоты в системе электроснабжения.Выходные сигналы датчиков 75-77 напряжения также воздействуют через сумматоры 78-80 на входы компараторов 51-53 и изменяют порогих срабативания при изменении питающих на" пряжений.Это необходимо по следукщим причинам, При изменении входных на 106912225 онально изменению его входного напря45 55 50 изменению коэффициентов передачи преобразователей, т.е. обратно пропорционально входным напряжениям преобразователейЭто осуществляется с " помощью регулирующих элементов 48-50 и позволяет обеспечить минимальные отклонения выходных напряжений преобразователей в динамических режимах во всем диапазоне изменения входных напряжений преобразователей 5-7, что 60 65 пряжений преобразователей 5-7 изменяется величина допустимой нагрузки преобразователей и величина тока короткого замыкания нагрузки, Поскольку порог срабатывания компараторов настраивается на минимальный ток короткого замыкания, соответствующий наименьшему входному напряжению, то при возрастании входного напряжения и увеличении нагрузки преобразователей возможно срабатываниекомпараторов 51-53 в режимах номинальной повышенной нагрузки, что приводит к нарушению стабилизации выходных напряжений и снизит надежность работы преобразователей частоты. Регулирование порога срабатывания компараторов поопорционально изменению входных напряжений преобразователей, осуществляемое датчиками 75-77 напряжения и сумматорами 78-80, позволяет обеспечить надежное срабатывание компараторов 51-53 лишь в режимах перегрузок и коротких замыканий при определенных уровнях токов, соответствующих входным напряжениям преобразователей. Это повышает надежность работы преобразователя частоты в системе электроснабжения.Для улучшения качества стабилизации выходных напряжений в динамических режимах изменения нагрузки устройство. управления содержит цепи положительной обратной связи по токам нагрузки, включающие регулирующие элементы 48-50 и пропорциональные звенья 57-59, Необходимость введения регулирующих элементов обусловлена тем, что коэффициент передачи по первой гармонике преобразователя частоты изменяется пропорцижения (при постоянной амплитудеопорных сигналов в блоках 2-4 импульсно-фазового управления), Поэтому для компенсации отклонений выходного напряжения преобразователей,вызванных скачкообразными изменениями параметров нагрузок 17-19 приразличных входах напряжениях преобразователей необходимо привести всоответствие коэффициенты передачицепей положительной обратной связипо току нагрузки и коэффициенты передачи преобразователей по первойгармонике, причем коэффициент передачи цепей обратной связи должны изменяться обратно пропорционально 0 15 30 35 повышает надежность работы преобразователя частоты в системе электроснабженияУстройство управления трехфазным преобразователем частоты с непосредственной связью позволяет обеспечитьвысокое качество регулирования и стабилизации выходного напряжения преобразователя частоты при изменяющемся входном напряжении. Наибольший эффект дает применение предлагаемогоустройства для управления преобразоФвателем частоты, питаемым от синхронного генератора магнитноэлектрического типа, обороты и напряжения которого изменяются в широких пределах.В этом случае одновременно с ростом оборотов генератора увеличивается частота и амплитуда напряжения питания преобразователя. При использовании в устройстве управления блоков 2-4 импульсно-фазового управления с опорными напряЖениями постоянной амплитуды одновременно с ростом входного напряжения преобразователя увеличивается его коэффициент усиления, что приводит к увеличению коэффициента усиления цепей отрицательной обратной связи по мгновенному значению выходного напряжения с пропорционально-дифФеренциальными 57-59 и пропорционально-интегральными 30-32 звеньями. При этом улучшается форма выходного напряжения на нагрузках 17-19 преобразователей. Поскольку одновременно с ростом величины входного напряжения и коэффициента усиления преобразователя возрастает частота входного напряжения, а значит увеличивается кратность частот входа и выхода и расширяется полоса пропускания преобразователя частоты по каналу управления,увеличение коэффициента усиленияупомянутых цепей обратной связи происходит без уменьшения запаса устойчивости системы регулирования и сопровождается улучшением качества регулирования и качества формы выходного напряжения преобразователя. Такое регулирование позволяет увеличтькачество генерируемой электроэнергии без уменьшения надежности работы преобразователей частоты в системе электроснабжения. Применение жев устройстве цепей регулирования,компенсирующих возмущение изменениявходных напряжений преобразователей,а также применение цепей обратнойсвязи по среднему значению выходного напряжения преобразователей позволяет обеспечить высокое качествостабилизации выходных напряжений встатических и динамических режимахработы системы электроснабжения, чтоповышает надежность работы преобразователя частоты в системе электроснабжения,1069122 НИИПИ Заказ 11488/54 Тираж 671 Подписное лиал ППП "Патент,. г. ужгород, ул. Проектная, 4 Таким образом, устройство поэволяет повысить надежность работы преобразователя частоты в системе электроснабжения путем улучшения качества регулирования в статических и динамических режимахпри изменяющемся входном напряжении.