Способ управления преобразователем частоты

етскихтичеснихН СОЮЗ СОЦИА РЕСПУ 74 9) 04 Н 02 М 5 27 НИЯ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВ оСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Новосибирский электротехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР В 944067, кл, Н 02 М 5/27, 1980.Авторское свидетельство СССР У 987783, кл. Н 02 М 5/27, 1981, ,(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ,(57) Изобретение относится к электротехникеи может быть использовано для управления тиристорными преобра,зователями (Ц) в источниках электропитания переменного тока стабильной частоты. Цель изобретения - повышение качества преобразования при включении и переключениях нагрузки, Способ заключается в том, что преобразователем частоты управляют путем изменения фазы импульсов управления, причем регулирование производится по двумконтурам: по мгновенному значениюфазу сформированных импульсов изменяют в зависимости от разности выходного напряжения 11 и синусоидальногонапряжения (СЭН) и по среднему значению, для чего регулируют амплитудууказанного СЭН пропорционально интегралу от разности между средним значением выходного напряжения Ц и постоянного эталонного напряжения. Вспособе дополнительно измеряют амплитуду выходного напряжения П , формируют управляющий сигнал, пропорцинальный этой амплитуде, и.воздействуют этим сигналом на амплитуду указанного СЭН. Изобретение позволяетобеспечить плавный выход на режим Ппри пуске, а также снижение выбросоввыходного напряжения П при переходеиз режима перегрузки или К.З. в нормальный режим работы, 1 ил.249674 Целью изобретения является повышение качества преобразования при включении и переключениях нагрузки,На чертеже приведена схема устройства, реализующего способ.Устройство включает в себя источник 1 эталонного напряжения, выход которого через первый вход сумматора 2, интегратор 3, усилитель-ограничитель 4 соединен с первым входом . сумматора 5, а также с вторым входом сумматора 5 непосредственно. Выход сумматора 5 соединен с управляющим входом регулятора 6 амплитуды, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 7 напряжения прямоугольной формы. Выход регулятора 6 через Фильтр 8, первый вход сумматора 9 и усилитель-ограничитель 10 соединен с управляющим входом блока 1 импульсно-фазового управления (выход которого соединен с упуправляющим входом непосредственного преобразователя 2 частоты). Синхро-. низирующий вход блока 11 и силовой вход преобразователя 12 соединены с выходом первичного источника пита-ния синхронным. генератором 13, Выход преобразователя 12 соединен с нагрузкой 14, а также через Фильтр 15, обратной связи - с вторым входом сумматора 9, а через вентиль - 16 с вторым входом сумматора 2. Кроме того, выход преобразователя 12 через амплитудный детектор 17 соединен с первым входом сумматора 18, второй вход которого соединен с выходом источника 19 эталонного напряжения, а выход сумматора 18 через усилитель 20 и вентиль 21 соединен с третьим входом сумматора 2.Напряжение прямоугольной формы с выхода генератора 7 через. регулятор 6, представляющий собой двухсторонний ограничитель,поступает на вход Фильтра 8, Фильтр 8 выделяет из него основную 1 гармонику и Формирует1Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управ; ения тиристорными преобразователями в источниках электропитания переменного тока стабильной час" тоты, к которым предъявляются требования отсутствия выбросов в выходном напряжении при переходе из режима перегрузки в нормальный режим работы а также при включении преобразователей в работу,5 УО 15 20 25 30 35 40 45 50 55 тем самым эталонное напряжение синусоидальной формы, которое через входсумматора 9 и усилитель-ограничитель 10 поступает на управляющий входблока 11. Усилитель-ограничитель 10служит для ограничения входного сигнала блока 1 на уровне, обеспечивающем включение тиристоров преобразователя 12 в моменты, естественноговключения, Блок 11 преобразует напряжение с выхода усилителя-ограничителя 10 в серию импульсов, синхронизированных с напряжением генератора 13 и модулированных по .фазе всоответствии с выходным сигналомусилителя-ограничителя 1 О. В результате воздействия импульсов блока 11на тиристоры преобразователя 12, наего выходе формируется переменноенапряжение, частота оСновной гармоники которого равна частоте основнойгармоники напряжения генератора 7.Выходное напряжение преобразователя12 Фильтруется фильтром 15 и вычитается из эталонного напряжения синусоидальной формы, в результате чегозамыкается отрицательная обратнаясвязь по выходному напряжению преобразователя частоты, улучшающая егоформу и стабилизирующая его основнуюгармонику. Для повьппения качествастабилизации напряжения преобразователя 2 при изменении нагрузки 14 инапряжения генератора 13 выходноенапряжение преобразователя 12 выпрямляется вентилем 16 и вычитаетсяиз эталонного напряжения источника 1с помощью сумматора 2. Разность этихсигналов интегрируется интегратором3 и через усилитель-ограничитель 4и сумматор 5 воздействует на управляющий вход регулятора 6, изменяяуровни ограничения напряжения прямоугольной Формы, поступающего с выходагенератора 7. При этом изменение напряжения интегратора 3 приводит кизменению амплитуды выходного напряжения регулятора 6 и амплитуды основной гармоники на выходе фильтра8, т,е, к изменению амплитуды эталонного напряжения синусоидальнойформы. Указанное регулирование выполняется до совпадения среднего помодулю значения напряжения преобразователя 12 и эталонного сигнала свыхода источника 1. Сумматор 5 служит для задания начального уровнясигнала на управляющем входе регулятора 6, и соответственно начального12496 20 значения амплитуды эталонного напря-; жения синусоидальной формы на выходе фильтра 8, относительно которого производится регулирование в большую и меньшую сторону при изменении на пряжения интегратора при его положительной и отрицательной полярности соответственно. Усилитель-ограничитель 4 служит для задания диапазона регулирования эталонного напряжения синусоидальной формы путем ограничения напряжения интегратора на определенных уровнях при его положительной и отрицательной полярности. Причем, когда напряжение на15 выходе усилителя-ограничителя 4 имеет .отрицательную полярность и равно отрицательному уровню ограничения, то 1;выходное напряжение сумматора 5 имеет положительную полярность, а его величина имеет наименьшее возможное значение соответственно и амплитуда эталонного напряжения синусоидальной формы также имеет наименьшее значение. При изменении напряжения интегратора 3 в направлении положительной полярности, выходной сигнал сумматора 5 возрастает и увеличивается амплитуда эталонного напряжения синусоидальной формы на выходе фильт 30 ра 8Применение двухконтурного регулирования сигнала управления на входе блока 11 за счет обратной связи по мгновенному значению выходного напряжения преобразователя 12, замк нутой через фильтр 15 и за счет обратной связи по среднему значению модуля выходного напряжения, замкнутой через вентиль 1 б,позволяет стабилизировать выходное напряжение преобразователя 12 с высокой точностью при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной, При этом под номинальной нагрузкой следует . пониматьнаибольшую. величину нагруз ки 14, при которой действующее значение основной гармоники выходного напряжения преобразователя равно номинальному, а коэффициент гармоники выходного напряжения преобразо вателя не превышает заданную величину, Для автономных систем электропитания его величина не должна превышать 8 Е, Для выполнения этого условия управление преобразователем 55 : 12 в:режиме работы на номинальную нагрузку должно осуществляться по закону, обесйечивающему получение 74 4напряжения, близкого к синусоидальному,т.е. без ограничения амплитуды сигналауправления на входе блока 11 напредельных уровняхсоответствующихвключению тиристоров в моменты естественного включения. В свою очередь, в этом режиме глубина модуляции импульсов управления должна бытьблизка к единице (амплитуда сигналана входе усилителя-ограничителя 10равна уровням его ограничения иравна амплитуде опорных сигналовблока 11) для получения лучших энергетических показателей на входе преобразователя. При этом напряжениесинхронного генератора 13 выбирается таким, чтобы в режиме работы наноминальную нагрузку устройство дляуправления преобразователем обеспечивало стабилизациюноминальноговыходного напряжения преобразователя12 при глубине модуляции импульсовуправления равной единице, Такимобразом, за номинальную принимаетсявеличина нагрузки, при которой навыходе преобразователя поддерживается напряжение с заданными величинами основной гармоники и коэффициента гармоник при управлении сигналом, близким по форме и сичусоидальному, с амплитудой, обеспечивающеймодуляцию импульсов управления, равную единице,Снижение величины нагрузки 14 от номинальной до холостого хода сопровождается повышением напряжения генератора 13, а на выходе напряжение преобразователя 12 поддерживается постоянным за счет уменьшения устройст. в ом амплитуды синусоидального эталон ного напряжения на выходе фильтра 8 и за счет уменьшения амплитуды основной гармоники сигнала на входе блока 11 что приводит к уменьшению глубины модуляции импульсов управления. В режиме холостого хода амплитуда эталонного напряжения на выходе фильтра 8 меньше ее величины в режиме работы на номинальную нагрузку, а соотношение эталонного напряжения и напряжения ограничителя выбирается таким, чтобы отсутствовала возможность дальнейшего уменьшения амплитуды выходного напряжения фильтра 8. Это достигается тем, что выходной сигнал усилителя-ограничителя 4 в данном режиме имеет отрицательную полярность и равен нижнему уровню ограничения.1249Коммутация номинальной нагрузкисброс на холостой ход и наброс) сопровождаются отклонениями выходногонапряжения от номинального значения,связанными с инерционностью системырегулирования сигнала управленияпреобразователя из-за наличия интегратора 3, Переходный процесс изменения напряжения носит апериодическийхарактер, а восстановление напряже-10ния до номинального уровня происходит за несколько периодов выходногонапряжения. При набросах и сбросахнагрузки амплитуда сигнала управле-.ния на входе усилителя-ограничителя 1510 изменяется, но не превышает уровня его ограничения. Амплитуда выходного напряжения измеряется амплитудным детектором 17, который формируетнапряжение, в данном случае положительной полярности, пропорциональноеамплитуде выходного напряжения преобразователя 12. При набросе нагрузки 14 с холостого хода до номинальнойвеличины измеряется отклонение выходного напряжения амплитудного детек-,тора 17 и формируется эталонное на-,пряжение в данном случае, отрицательной полярности, модуль которогоне превышает минимальное значение Зонапряжения детектора 17, измеренноепри набросе номинальной нагрузки.Поэтому при набросе номинальнойнагрузки выходное напряжение сумматора 18 уменьшается, но остаетсяположительной полярйости, соответственно выходное напряжение усилителя20 также положительно, вентиль 21закрыт, не пропускает сигнал на входсумматора 2 и система регулированияработает по рассмотренному выше ал-горитму,Если величина нагрузки 14 становится больше номинальной, то при ее подключении из-за уменьшения напряжения генератора 13, а также из-за падения напряжения в цепях преобразователя 12 его выходное напряжение уменьшается.устройство стремится .стабилизировать напряжение преобразователя 12 и увеличивает амплитуду эталонного напряжения синусоидальной формы на выходе фильтра 8 и на выходе сумматора 9, что приводит к ограничению амплитуды сигналов на выходе усилителя-ограничителя 10 и изменению его формы на трапецеидальную (прямоугольную,1, обеспечивающую 674 бвключение тиристоров преобразователя пд трапецеидальному (прямоугольному ) закону в моменты естественного включения, что сопровождается соответствующим изменением формы выход- ного напряжения также нл трапецеидальную (прямоугольную) 1 При переходе на прямоугольный закон управлеНия с включением вентилей в моменты естественного включения возможности преобразователя по стабиЛизации Выходного напряжения исчерпаны и на выходе преобразователя устанавливается напряжение меньше номинального, При этом постоянно действующая раз-. ница напряжений между постоянным опорным напряжением источника 1 и1средним;по Модулю значением выход- Гного напряжения преобразователя, измеряемым вентилем 16, интегрируется интегратором 3 и стремится увеличить его выходное напряжение до максимально-возможного, а значит и амплитуду эталонного напряжения синусоидальной формы на выходе фильтра 8, Если это произойдет, то последующий сброс нагрузки будет сопровождаться значительным по вели" чине выбросом напряжения, так как нагрузка преобразователя будет минимальной, а амплитуда эталонного напряжения,синусоидальной формы на входе сумматора 9 будет иметь максимально возможную амплитуду. При уменьшении амплитуды выходного напряжения преобразователя 12 и соответственно напряжения детектора 17 ниже эталонного напряжения источника 19 изменяется полярность напряжения на выходе сумматора 18 и усилителя 20. Вентиль 21 открыва- ется и сигнал отрицательной полярности поступает на вход сумматора 2. Величина сигнала усилителя 20 выбира" ется такой, чтобы обеспечить получение на выходе сумматора 2 сигнала отрицательной полярности даже при нулевом напряжении на выходе вентиля 16 в режиме короткого замыкания), что обеспечивает поддержание на выходе усилителя-ограничителя 4 напряжения отрицательной полярности равного отрицательному уровню ограничения, а На выходе фильтра 8 - напряжения си" нусоидальной формы с наименьшей амп-: литудой. При этом амплитуда эталонного напряжения на выходе фильтра 8 поддерживается равной ее значению в режиме холостого хода, однако за1249 Ь7счет действия обратной связи, замкнутой через фильтр, сигнал управления на входе блока 11 имеет амплитуду, обеспечивающую синусоидальный либо прямоугольный закон управления, с5 большой глубиной модуляции. Последующий сброс нагрузки приведет к повышению напряжения на выходе преобразователя, однако его величина в начале переходного процесса окажется 10 меньше или равной номинальному значению, так как амплитуда эталонного напряжения поддерживалась равной ее значению, необходимому для поцдержания номинального напряжения в режи ме минимальной нагрузки. Таким образом, переход из режима перегрузки в нормальный режим работы происходит без выбросов выходного напряжения.При включении преобразователя ча стоты в работу с предварительной подачей питания на все блоки устройства для управления преобразователя эа исключением усилителей мощности импульсов управления, устройство 25 также обеспечивает поддержание мини. мальной амплитуды сигнала на выходе фильтра 8, поскольку выходное напряжение преобразователя равно нулю, После подачи импульсов управления З 0 на тиристоры преобразователя на его выходе появляется напряжение, равное номинальному, если преобразователь 12 включается в режиме холостого хода, либо меньше номинального, если преобразователь работает на нагрузку меньшую номинальной. Поскольку эталонный сигнал источника 19 выбирается меньше сигнала детектора 11, соответствующего работе преобразователя 12 на нагрузку не более номинальной, то после включения преобра- зователя и появления на его выходе напряжения, полярность сигналана выходе усилителя 20 станет положи тельной, вентиль 21 закроется и сис тема регулирования повысит сигнал .на выходе фильтра 8 до уровня, необходимого для стабилизации напряжения преобразователя 12, То есть и включение преобразователя в работу происходит без выбросов выходного напряжения.Включение преобразователя частоты в работу без выбросов выходного напряжения, а также снижение выбросов выходного напряжения при переходе из режима перегрузки в нормальный режим работы позволяет избежать опасного для элементов источника и погребите лей возрастания выходного напряжения. При этом достигается улучшение качества генерируемой электроэнергии.Формула изобретенияСпособ управления преобразователем частоты, заключающийся в том, что формируют синусоидальное эталон ное напряжение с регулируемой амплитудой, Формируют импульсы управления и подают их на тиристоры преобразователя,вычисляют разность выходного напряжения преобразователя и синусоидального эталонного напряжения и в зависимости от этой разности изменяют Фазу сформированных импульсов управления, определяют минимальную величину нагрузки преобразователя частоты и соответствующую ей амплитуду синусоидального эталонного на-пряжения, при которой выходное напряжение равно номинальному, формируют постоянное опорное напряжение,измеряют среднее по модулю значение выходного напряжения, вычитают его из опорного, а сигнал разности интегрируют, регулируют амплитуду синусоидального эталонного напряжения пропорционально вычисленному интегралу в нормальных режимах работы, в режиме короткого замыкания нагрузки преобразователя упомянутую амплитуду уменьшают до величины, определенной при работе преобразователя на минимальную нагрузку, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества преобразования электроэнергии при включении и переключениях нагрузки, измеряют амплитуду выходного напряжения преобразователя частоты и Формируют управляющии сигаю, пропорциональныи амплитуде выходного напряжения преобразователя, определяют минимальное значение управляющего сигнала при увеличении величины нагрузки преобразователя частоты от ее минимального значения до значенйя, принятого за номинальное, и формируют постоянное эталонное напряжение, не превышающее упомянутое минимальное значение управляющего сигнала, сравнивают постоянное эталонное напряжение с управляющим сигналом и в случае превышения управляющим сигналом эталон1249674 1 О ным напряжением управляющего сигнала выполняют упомянутое уменьшение амплитуды синусоидального эталонного напряжения. 9 ставитель В.Мирхред Л.Олейник Редактор В.Иван орректор С.Шекмар Заказ 4337/5 Тираж 631 НИИПИ Государст по делам изо 5, Москва, Ж,Производственно-полиграфическое предприятие, г.У ул.Проектная нЬго напряжения осуществляютупомянутое регулирование амплитуды синусоидального эталонного напряжения, и вслучае превышения постоянным эталондписноеета СССРкрытийб., д,4/