Способ управления тиристорным преобразователем и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 3(51) Н 02 Р 13 16 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промышленности, сельскомхозяйстве и на транспорте(53) 621.316,727(088.8)56 1. Авторское свидетельство СССРМ 540338, кл, Н 02 Р 3/16, 1976,2. Деткин Л.П. Системы управлениятиристорными и ионными электроприводами. М., Информэлектро, 1971, с.323. Авторское свидетельство СССР9 655062, кл, Н 02 Р 13/16, 1979,(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ,(57) 1, Способ управления тирнсторнымпреобразователем, работающим на активно-индуктивную нагрузку и противоЭДС,заключающийся в том, что .контролируют линейные напряжения сети, фиксируют моменты естественной коммутации,в которые вырабатывают синхронизирующие сигналы, формируют сигналы управления тиристорами преобразователя иподают их на тиристоры, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышенияточности и надежности, измеряют токи противоЭДС нагрузки, задают ток нагрузки, фиксируют момент изменениязнака заданного тока нагрузки, выде-,ЯО 1083324 А ляют шесть последовательных интервалов между моментами естественной коммутации, определяют линейные напряжения, имеющие начальные углы 180,120 и 60 эл.град. на данном интервале, с начала очередного укаэанного интерва. ла или с момента изменения знака заданного тока нагрузки, непрерывно .определяют текущий угол очередного подаваемого на нагрузку линейного напряжения, в качестве которого исполь.зуют сначала линейное напряжение с начальным углом 180 эл.град., пбсле начала подачи на нагрузку этого напряжения - линейное напряжение с начальным углом,в 120 эл,град., а после его подачи - линейное напряжение ф с начальным углом 60 эл,град., в соответствии с выражениема+ ТЭ= Бп(соФ + 7) - 2, ( где 1 - относительный ток нагрузки; Т - электромагнитная постоянная рвремени цепи нагрузки; м - круговая частота питающей ивасети(:Ртекущее время; Чо - угол открывания тиристора; 00 измеренный от начала синусоиды напряжения. Х - относительная противоЭДС, М определяют требуемый момент подачи на Я нагрузку соответствующего очередного у линейного напряжения,принаступлении ффкоторого формируют указанный сигналуправленйя, подаваемый на тиристорыпреобразователя.1083324 2, Устройство для управления тиристорным преобразователем, работающим на активно-индуктивную нагрузку г противоЭДС, содержащее.синхронизатор с напряжением сети, формирователь сигналов управления, распределитель сигналов управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повычения точности и надежности,оно снабжено генератором внутриинтервального угла, счетчиком внутриинтервального угла, сумматором, задатчиком тока, счетчиком сигналов управления, дешифратором начального угла, селектором номеров рабочих тиристоров, причем потенциальный выход синхронизатора соединен с первым входом селектора номеров рабочих тиристоров, импульсный выход - с входом установки в нулевое состояние первого счетчика и первым входом установки в нулевое состояние второго счетчика, счетный вход счетчика внутриинтервального угла и первый вход формирователя сигналов управления соединены с выходом генератора внутриинтервального угла, выход счетчика внутри- интервального угла соединен с входом сумматора, соединенного вторым входом с числовым выходом дешифратора начального угла, выходом - с вторым входом формирователя сигналов Изобретение относится к электротехнике н может быть использовано для управления током нагрузки трехфазного мостового тиристорного преобразователя систем автоматизированного 5 электропривода.Известен способ управления тирис торным преобразователем; работающим на активно-индуктивную нагрузку,и противбЭДС, по которому задают эна- О чение тока нагрузки и формируют синхронизированный с напряжением сети сигнал развертки, измеряют мгновенное значение тока нагрузки и открывают очередной,тиристор преобразова" теля, когда сигнал развертки меньше или равен сигналу, сформированному из разности двух сигналов - задания и мгновенного значения тока нагрузки, причем сигнал развертки формирует как периодическую Функцию времени, форма которой на каждом периоде неизменна. Устройство реализующее этот способ управлейия, содержит регулятор, синхронизатор с напряжением сети, генератор развертки, компараторы, датчик обратной связи и распредеуправления, третий вход которого соединен с потенциальным выходом задатчика тока, четвертый вход предназначен для подачи информации о токе ипротивоЭДС нагрузки, выход соединенс первым входом распределителя сигналов управления тиристорами и счетнымвходом счетчика сигчалов управления,соединенного вторым входом установкив нулевое состояние с импульснымвыходом эадатчика тока, выходом - свходом дечифратора начального угла,логический выход которого соединенс вторым входом селектора номеров рабочих тиристоров, связанного выходомс вторым входом распределителя сигналов управления тиристорами, а формирователь сигналов управления выполненрешающим дифференциальное уравнение.+ Т - щ яп(шС + Чо) - Ф,с 31М где 1 - относительный ток нагрузки,Т - электромагнитная постояннаяавремени цепи нагрузки,м - круговая частота питающейсети;С - текущее время;Ч - угол открывания тиристора,измеренный от начала синусоиды напряжения;- относительная противоЭДС. литель сигналов управления тиристорами 11.Однако этот способ и реализующее его устройство не обеспечивают динамическую точность и простоту управления работой преобразователя при различных изменениях задания, тока на-" грузки и частоты вращения двигателя.Известен также способ управления тиристорным преобразователем, работающим на активно-иднуктивную нагрузку и противоЭдС, по которому эа. дают управляющий сигнал,. сравнивают его с сигналом обратной связи, разностью их, усиленной регулятором, управляют частотой генератора, фазовый угол которого относительно напряжения сети определяет угол управления тиристорным преобразователем, Устройство, реализующее данный способ управления, содержит регулятор, управляемый генератор, датчик обратной связи и распределитель импульсов управления тиристорами Г 2 1.Однако с помощью данного спосбба и реализующего его устройства также нельзя достичь динамической точности10 20 ющимся сигналом и результат суммирова. ния сравнивают с заданием аналогично 35 предыдущему. 40 50 ональные аналоги, не позволяет решитьзадачу достижения необходимой динамической точности регулирования то 65 и пРостоты управления работой преобраэователя.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является одноканальное устройство для управленияпреобразователем, Способ управленияпреобразователем, соответствующимуказанному устройству, заключаетсяв том, что контролируют линейныенапряжения сети, фиксируют моментыестественной коммутации в которыевырабатывают синхрониэирующие сигналы, по ним задают исходное нулевоезначение и в интервале между моментами естественной коммутации формируютлинейно изменяющийся во временисигнал, по д-му синхрониэирующемуимпульсу запоминают номер очередного д-го тиристора и подготавливают кпропуску сигнала управления каналуправления этого тиристора, сравнивают линейно изменяющийся сигнал сзаданием и при превышении им задания Формируют сиГнал управления, с помощью которого включают д-й тирис-,тор.и стирают ранее запомненный номер, а если сигнал управления в течение д-го интервала не формируют, то по следующему синхронизирующему импульсу запоминают дополнительный номер (д+1)-го тиристора, затем аналогично - (д+2)-го, по числу запомненных номеров тиристоров формируют соответствующий добавочный сигнал, который суммируют с линейно изменяОдноканальное устройство для управления преобразователем содержит синхронизатор с напряжением сети, генератор пилообразного напряжения, логический блок, нуль-орган, формирователь сигналов управления и преобразователь числа импульсов внапряжение, причем первый вход нуль- органа связан через генератор с выходом синхронизатора с напряжением сети и входом логического блоКа,второй - с устройством задания, третий через преобразователь числа импульсов в напряжение - с выходом логического блока, второй вход которого связан с выходом нуль-органа, а вто,рой выход - с Формирователем сигналов управления 33.1Однако известный способ и устройство для его осуществления так же, как и другие одноканальные функцика нагрузки тиристорного преобразователя, работающего на активно-.индуктивную нагрузку и противоЭДС, и обладают низкой Функциональной надежностью иэ-за сложности управления. 515 45 55 Для получения предельной динамической точности указанной системы регулирования тока необходимо решить дифФеренциальное уравнениегде д - относительный ток нагрузкиТ - электромагнитная постояннаявремени цепи нагрузки;иг - круговая частота питающейсети;С - текущее время;чц - угол открывания тиристораизмеренный от начала синусоиды напряжения;- относительная противоЭДС,причем решение должно быть выполненос учетом всех перечисленных факторов,определяющих поведение тока на интервале провбднмости, в том численачальных условий и текущего угла напряжения на очередном открываемомтнристоре.Кроме того, по известным способамодноканального упрЪвления тиристорамисначала по эад 1 анному выходному напряжению преобразователя определяют уголвключения тиристора, а затем уже текущий угол соответствующего тиристору напряжения, что не дает воэможности решить уравнение (1), особенно внестационарном режиме работыЦель изобретения - повышение точности управления током нагрузки приодновременном повышении надежностиуправления и повышении производительности питаемого от преобразователяпромышленного агрегата,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу управления тиристорным преобразователем контролируют линейные напряжения сети, фик-сируют моменты естественной коммутации, в которые вырабатывают синхрониэирующие сигналы, измеряют ток инротивоЭДС нагрузки, задают ток нагрузки, Фиксируют момент изменениязнака заданного тока нагрузки, выделяют шесть последовательных интервалов между моментами естественнойкоммутации, определяют линейные напряжения, имеющие начальные. угли180,120.и 60 эл.град, на данном интервале, с начала очередного интервала или с момента изменения знаказадания тока, непрерывно определяюттекущий угол очередного подаваемогона нагрузку линейного напряжения, вкачестве которого используют сначалалинейное напряжение с начальнымуглом 180 эл.град., после начала подачи на нагрузку этого напряжения -линейное напряжение с начальным углом120 эл,град., а после его подачилинейное напряжение с начальным углом 60 эл.град., в соответствии свыражением (1) определяют требуемыймомент подачи на нагрузку соответствующего очередного линейного напряжекля, при наступлении кадого такогомомента формируют сигнал управлениятиристорами преобразователя и подаютна нагрузку соответствующее линейноенапряжение,Указанная цлеь в устройстве, реализующем способ, достигается тем,что оно содержит синхронизатор с напряжением сети, генератор внутриинтервального угла, счетчик внутриинтервального угла, сумматор, дешифратор текущего угла, преобразователькод-напряжение, формирователь сигналов управления, эадатчик тока, счетчик сигналов управления, дешифраторначального угла, селектор номероврабочих тиристоров, распределительсигналов управления тиристорами иобъект управления в виде тиристорного преобразователя с нагрузкой, свыходом которого связаны входы формирователя сигналов управления и синхронизатора с напряжением сети, соединенногопотенциальным выходом свходом селектора номеров рабочих тиристоров, а импульсным выходом - свходами установки в нулевое состояние обоих счетчиков, счетный входсчетчика внутриинтервального углавместе с первым входом формирователясигналов управления соединен с выходом генератора внутриинтервальногоугла, а выход - с входом сумматора,связанного по второму входу с числовым выходом дешифратора начальногоугла, а по выходу - с вторым входомформирователя сигналов управления,третий вход которого соединен с.потенциальным выходом задатчика тока, чет вертый вход предназначен для подачиинформации о токе и противоЭДС нагрузки, а выход - с первым входом распределителя сигналов управления тиристорами и счетным входом счетчика сигналов управления, связанного по второму входу установки в нулевое состояние.с импульсным выходом эадатчи- ка тока, а по выходу -.с входом дешиф"ратора начального угла, логический выход которого соединен с вторым вхо, дом селектора номеров рабочих тиристоров, связанного выходом с вторымвходом распределителя сигналов управления тиристорами, выход последнегосоединен с объектом Управления, причем Формирователь сигналов управлениявыполнен решающим дифференциальноеуравнение (1),На фиг.1 приведена структурнаясхема устройства, реализующего пред.- 0лагаемый способ на Фиг.2 - вариантвыполнения Форйиррвателя,сигналовуправления.В устройстве по фиг,1 импульсныйвыход синхронизатора 1 с напряжением 65 сети и выход генератора 2 внутриинтервального угла . соединены соответственно с входом установки в нулевоесостояние и счетным входом счетчика3 внутриинтервального угла. Сумматор4,связан по входу с выходом счетчика3, а по выходу - с входом Формирователя 5 сигналов управления, второйвход которого соединен с выходом генератора 2, а третий вход - с потенциальным выходом эадатчика б тока. Первый и второй входы установки в ну.левое состояние счетчика 7 сигналовуправления связаны с импульсными выходами соответственно синхронизатора1 и задатчика б тока, а его выход -с входом дешифратора 8 начальногоугла, числовой выход которого соединен с вторым входом сумматора 4, алогический выход - с входом селектора 9 номеров рабочих тиристоров,связанного вторым входом с потенциальным выходом синхронизатора 1, авыходом - с входом распределителя 10сигналов управления тиристорами. Второй вход распределителя 10 вместе сосчетнь 1 м входом счетчика 7 сигналовуправления соединен с выходом формирователя 5 сигналов управления, авыход распределителя - с входом объекта 11 управления, связанного повыходу с четвертым входом формирователя 5 и входом синхронизатора 1,Формирователь 5 содержит дешифратор 12 текущего угла, преобразователькод-напряжение.13, генератор 14 синусоидального напряжения, сумматор 15,интегратор 16 и компаратор 17.Способ осуществляют следующимобразом.Сначала выделяют, например, поусловию попарной положительности значений каждых двух линейных напряженийсети, сдвинутых одно относительнодругого на угол 120 эл.град;, шестьпоследовательных во времени интервалов дискретности между моментами естественной коммутации.При этом в каждом выделенном текущем интервале дискретности, например, интервале АВ, равном интервалумежду моментами естественной коммутации Т, в общем случае в проиЗвольныймомент времени могут быть подключенык нагрузке любые.иэ шести линейныхнапряжений АВ,АС, ВС, ВА, СА или СВ,Однако практически при выборе рабочего линейногонапряжения исключают .из рассмотрения те напряжения, подключение,которых к нагрузке заведомонецелесообразно, т,е, напряжения,имеющие начальные углы О, 240 иЗбО эл.град.,или в рассматриваемом интервале АВ-,АС и ВС-ВА,ГДалее определяют линейные напряжения, имеющие начальные углы 180,120 и 60 эл.град,на данном интервале.Из оставшихся трех линейных напряжений в качестве рабочего сначала целесообразно выбрать то, у которого начальный угол больше, так как при этом достигаемый ток меньше, а в случае необходимости от этого тока можно перейти к Г". льшему при подключении следующего по уменьшению начального угла линейного напряжения практически без потери быстродействия, обратный же переход физически невоз можен.С начала очередного интервала или с момента изменения знака задания тока непрерывно определяют текущий угол очередного подаваемого на на грузку линейного напряжения, в качестве которого используют сначала линейное напряжение с начальным углом 180 эл.град., после начала подачи на нагрузку этого напряжения - линейное 20 напряжение с начальным углом120 эл.град., а после его, подачи линейное напряжение с начальным углом 60 эл.град.Текущие углы линейных напряЖений могут быть определены, например,суммированием значений соответствующего начального угла с внутриинтервальным углом, отсчитываемым от начала текущего интервала.Затем, используя каждое получвннде значение текущегоугла, в зависимости от задания тока определяют требуемый момент подачи на нагрузку соответствующего очередного линейного напряжения, например, принимая 35 его текущий угол в качестве начального условия для решения дифферейциального уравнения, определяющего поведение тока в нагрузке на интервале проводимости выбранного линейного,напряжения, и сравнивая результаты решения с заданием тока нагрузки.При наступлении каждого мбмента равенства сравниваемых сигналов формируют сигнал управления, подаваемый 45 на тиристоры преобраэбвателя. Устройство по фиг.2 работает в соответствии с уравнением (1) следующим образом.С выхода сумматора 4 иа вход дешифратора 12 подается числовое значение текущего угла очередного.подключаемого линейного напряжения, с выхода дешифратора 12 снимается соответствующий этому углу синусоидальный сигнал в числовой форме, который после преобразования в пропорциональное напряжение преобразователем 13 вводится в качестве начального значения на первый вход генератора 14 синусоидального напряжения, на второй вход которого подается сигнал с выхода генератора 2 внутриинтервального угла. Сигналы генератора 14 синусоидального напряжения и сумма сигналов действительных значений тока и противо эДс нагрузки с выхода объекта 11 управления алгебраически суммируютсясумматором 15 и интегрируются интегратором 16 по внутриинтервальномууглу, подаваемому на второй вход интегратора 16 с выхода генератора 2,Полученный на выходе интегратора 16сигнал прогноэируемого тока на входекомпаратора 17 сравнивается с заданием тока с выхода задатчика 6 тока ив момент их равенства на выходе компаратора вырабатывается импульс управления.Устройство по Фиг.1 работает следующим образом,Синхронизатор 1 с напряжением сетипо одному выходу выдает синхронизирующие импульсы в моменты естественнойкоммутации, а по другому - потенциальный сигнал, идентифицирующий текущий интервал напряжения сети. Вначале очередного интервала по импульсному сигналу синхронизатора 1устанавливаются в нулевое состояниесчетчик 3 внутриинтервального углаи счетчик 7 сигналов управления. Последний устанавливается в нулевоесостояние по второму входу импульсным сигналом задатчика б тока в моменты изменения знака задания тока.С помощью дешифратора 8 начального угла в зависимости от состояниясчетчика 7 выбирается очередноеподаваемое на нагрузку линейное напряжение с начальным углом 180,120или 60 эл.град, При нулевом состоянии, счетчика 7 выбирается линейноенапряжение с начальным углом180 эл.град., причем логический выход дешифратора 8 идентифицируетвыбранное линейное напряжение, а по;тенциальный выход задает значениесоответствующего начального угла,На выходе сумматора 4 непрерывноопределяется текущий угол выбранного линейного напряжения путем суммирования внутриинтервального угла, отсчитываемого от начала очередного интервала в счетчике 3, с начальнымуглом,формирователь 5 сигналов управления, на входы которого подаются сигналы тиристорного преобразователя 13, эадатчика б тока, генератора 2 вну-. триинтервального угла и сумматора 4, определяет момент. подключения к нагрузке выбранного линейного Напряжения и Формирует импульс управления, который поступает на вход распределителя 10 сигналов управления тиристорами и счетный вход счетчика 7 сигналов управления.После запоминания в счетчике 7 первого .сигнала управления в качестве очередного подаваемого на нагрузку выбирается линейное .напряжение с начальным углом 120 эл.град а после запоминания второгс/ - ли1083324 Составитель О.ПарФеноварах Техред И,Надь КорректорВ.Бутяг Редакт 67венногоетений35, Рауш Подписно комитета СССР открытий ская наб. Заказ 1771/49 ТиВНИИПИ Госупо делам113035, Москв ж б д,4/5"Ч илиал ППП "Патентф, г.ужгород, ул.Проектная,4 нейное напряжение с начальным углом 60 эл,град.После запоминания третьего сигнала управления счетчик 7 не должен менять своего состояния до появления одного нз сигналов установки в нулевое состояние.Логический выход дешиФратора 8 связан с входом селекторов рабочих тиристоров, второй вход которого соединен с потенциальным выходом снн хрониэатора 1. В селекторе 9 определяются линейные напряжения с начальными углами 180, 120 и 60 эл.град, на данном интервале дискретности и выбираются рабочие тиристоры,соот ветствующие выбранному линейному напряжению.Выходной сигнал селектора 9 поступает на второй вход распределителя 10 сигналов управления, с выхода которого сигналы управления подаются на выбранные тиристоры преобразователя 13Применение предлагаемого способа управления тиристорным преобразователем и устройства на его основе позволяет повысить точность управления током нагрузки при одновременном повншении надежности управления и производительности питаемого от преобразователя промышленного агрегата.