Способ формирования опорного напряжения

,)31ЙКЙДЯО 1 цавОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Г, Анохошинвел ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Новосибирский электротехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРУ 921026, кл, Н 02 М 1/00, 1980,Авторское свидетельство СССРМ 1117817, кл. Н 02 М 7/12, 1982(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к электртехнике и может быть использовано в устройствах для импульсно-фазового управления вентильными преобразователями, Целью изобретения является повышение точности формирования тока нагрузки в прерывистом режиме. В данном способе определяются режим прерывистого тока путем сравнения величины противо-ЗДС нагрузки и фазного напряжения и коррекция в этом режиме опорного напряжения таким образом, чтобы обеспечить линейную зависимость между напряжением задания на ток и среднем значением тока нагрузки независимо от изменения амплитуды и частоты питающей сети, 2 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано вустройствах для импульсно-Фазовогоуправления вентильными преобразователями с естественной коммутацией.Целью изобретения является повышение точности формирования тока нагрузки в режиме прерывистого тока,На Фиг. 1 приведена функциональнаясхема устройства, реализующего пред.лагаемый способ; на Фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие способ иработу устройства,Устройство содержит блок 1 формирования синусной составляющей опорного напряжения, блок 2 формированиякосинусной составляющей опорного напряжения, блок 3 выделения противоЭДС нагрузки, первый сумматор 4,модулятор 5 Фазы, датчик б амплитудысетевого напряжения, блок 7 коррекциивключающий сумматор 8, выпрямитель9, ключ 10 и ячейку 11 аппроксимации.Блок 1 представляет собой вычитающий усилитель с равными коэффициентами передачи по инверсному и неинверсному входам, При этом на неинверсный вход подается линейное напряжение 13, (Фиг, 2 а), прикладываемое кнагрузке при включении, очередноговентиля, для которого формируетсяопорное напряжение, а на инверсныйвход - линейное напряжение, соответствующее предыдущему вентилю 131;,1,В результате на выходе вычитателяформируется синусная составляющаяопорного напряжения 13, представляющая собой полуволну синусоиды в зонео0-180 (фиг, 2 а), соответствующейзоне работы вентиля, для которогоФормируется опорное напряжение,Блок 2 представляет собой суммирующий усилитель, на неинверсный входкоторого поступают через весовые сопротивления напряжения 13 и 131,1/-/в результате на его выходе формируется косинусная составляющая опорногонапряжения 13, (фиг, 2 а),Блок 3 Формирует напряжение Е,пропорциональное противо-ЭДС нагрузки. Сумматор 4 может быть выполненна операционном усилителе, охваченномрезистивной обратной связью и с весовыми сопротивлениями на входе. Модулятор представляет собой компараторс гистерезисным характером переключения,Датчик 6 представляет собой выпрямитель, например, по трехфазной нулевой схеме с емкостным фильтром на выходе, входы которого через резистивные делители подключены к фазам питающей сети.Ячейка 11 аппроксимации может бытьвыполнена на основе операционного10 усилителя с корректирующими цепями,например с тремя участками аппроксимации, выходное напряжение 13 которого равно 13 =: 0,25 13///, + 0,58 (13 пк -15 13 - напряжение на выходе выпрямителя 9, а 13 пропорционально напряжению 13// датчика б,Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим об 20 разом,В интервале 13, - 13 (фиг. 2 а),соответствующему зоне углов улравлеОния 0-180 , блоки 1 и 2 на основе линейных напряжений 33;, 131;,1 путем25 их суммирования и вычитания формируютсоответственно косинусную 13, и синусную 13 составляющие опорного напряжения, Для симметричной питающейсети амплитуды линейных напряжений30 одинаковы.Рассмотрим формирование составляющих опорного напряжения для шестипульсной схемы, их формирование аналогично для других значений пульсноЗ 5 стей,Формируется как полусумма линейных напряжений и с учетом сдвигамежду /3; и 13,;/1 имеет амплитуду косинусной составляющей401 /.3 / 13//2причем максимум 13 находится в точке о/, = 0 (фиг. 2 а, Ч), 13. Формируется как полуразность тех же линейных напряжений и имеет амплитуду/3///нст50 причем переход через нуль происходитв точке Ы, = О.В сумматоре 4 суммирование 13производится с единичным коэффициентом передачи а 3 - с коэффициентом 55 /// - с 1 ///шпередачи в общем случае )1 ц // /шчто соответствует для шестипульснойсхемы 0,308 и приводит к сдвигу всторону отставания опорного напряжения 11, относительно 13 для непрерыЫного режима приблизительно на десять,Поскольку в сумматоре 4 из суммы5и Ц производится вычитание противо-ЭДС нагрузки Ея, то П в непрерывном режиме (фиг, 2 а), поступающее на вход модулятора 5, есть напряжение Б в интервале Ч-Ч , отсчитываемое от Е, используемого в качестве нулевой оси, Управляющее напряжение поступает на второй вход модулятора 5.Приведенное формирование Б позволяет получить постоянный коэффициент передачи при изменении Е, т,е,при различных углах управления, Этопозволяет получить от системы одинаковую динамику и статику, оптимальную при всех углах управления,Рассмотрим формирование опорногонапряжения в прерывистом режиме.Необходимо сформировать По, такое,чтобы выполнялась пропорциональная 25. зависимость между заданием на ток итоком нагрузки во всем диапазоне прерывистого режима: при изменении токаот нуля до предельно непрерывного,Цзависит от вида нагрузки, преДлагаемый способ ориентирован на нагрузку вида посЛедовательное соединение противо-ЭДС и индуктивности,Такую нагрузку в первом приближениипредставляет собой фаза асинхронногодвигателя или якорная цепь двигателя постоянного тока, Для указаннойнагрузки в установившемся режиме предельно непрерывный ток имеет длитель 2 яность протекания= -т,е, равную 40шинтервалу дискретности преобразователя. При этом среднее значение выпрямленного напряжения равно противо-ЭДСнагрузки. Поскольку нагрузка отражает среднее значение выпрямленного напряжения, то предельно непрерывныйрежим при П (фиг, 2) соответствуетуглу включения в момент Ч , т.е, равенству 50с нПри угле включения в момент Ч 4 ток нагрузки равен нулю, так как мгновен ное значение Ч; не превышает Е , Следовательно, зона прерывистого режима соответствует углам управления, попадающим В и нтсрв ал Ч Ч 4 для дан ного вентиля и аналогичные интервалыдля других вентилей,В прерывистом режиме необходимосформировать опорное напряжение Б ,отсчитываемое от Е (фиг. 2 а), которое позволяет получить пропорциональную зависимость между заданиемна ток П и средним значением токанагрузки 1 , , Связь между ними осуществляется следующим образом: Б,сравнивается с 13 , в момент сравнения (фиг, 2 е, точка Р) вырабатывается импульс управления С (фиг, 2 б)с углом м (момент Ч ), в результатеформируется импульс тока х (фиг. 2 в),среднее значение которого за интервал дискретности Т есть 1 . Еслидля любого угла включения к в интервале Ч, -Ч установить уровень Чоп,пропорциональный 1, , то получимпропорциональную завйсимость междуЧ, и 1 . Примерный характер такойзависимости Ч, приведен на фиг, 2 а,где каждому текущему моменту Ч, отсчитываемому от точки предельно непрерывного режима Ч, получена требуемая зависимость Ч,(Ч),Таким образом, 1 (Ч) определяется следующим образом, Известны уравнения, связывающие среднее значение тока нагрузки 1, в прерывистом режиме с противо-ЭДС нагрузки Е, длительностью протекания тока . и углом включенияоткудаэ н.сР н,п(2) ) где 1- среднее значение тока впредельно непрерывном режиме.Длительность протекания тока Ъ связана с углом включения А, попадающим для прерывистого режима в интервал Ч-Ч 1 для принятого значения Е, Если за начало отсчета времени принять момент Ч , то можно связать текущее время с длительностью протекания тока Ъ . Для момента включения очередного вентиля Ч (фиг, 2 а) Ч == Ч -Ч, Кроме того, в первом приближеннии можно принять Ч -Ч. = /2Па Ч -Ч = - , Эти равенства тем точфнее, чем ближе Ек нулю, Отсюда текущее время Ч = ./ш - /2, а зависимость среднего значения тока от момента включения вентиля Ч 1 , =1 ЗЗ 514 значение этой разницы на выходе выпрямителя 9 есть 11 к, которое черезнормально замкнутый ключ 1 О поступает на первый вход ячейки 11, До техпор, пока импульс управления С навыходе модулятора 5 отсутствует(фиг. 2 б, отрицательное значение Сн)ключ 10 находится в замкнутом состоянии. Когда появляется импульс управ ления (положительное значение Сн смомента 7 ), ключ 1 О размыкается,На второй вход ячейки 11 поступаетнапряжение уровня аппроксимациикоторое формируется датчиком 6, По следний вырабатывает постоянное напряжение 11 ц, величина которого пропорциональйа амплитуде питающей сети,которая заводится на вход датчика,Внутри ячейки 11 напряжение разбива ется на подуровни 11 р, Оа . С изменением напряжения питающей сетиизменяются амплитуды Бк и 11 к, нопропорционально изменяется Бц и закон аппроксимации сохраняется, 25 Достаточно точную аппроксимациюможно получить используя три кусочнолинейных учатска. Увеличение числааппроксимируемых участков приводитк повышению точности формирования, 30 но усложняет реализацию.Смысл аппроксимации сводится ктому, что крутизна О возрастаетпри превышении О,к очередного уровняаппроксимации.Уровни аппроксимации устанавливают в исходном режиме, когда Е н = О.Для этого случая момент перехода 11 крчерез нуль соответствует й = 90 и,предельно непрерывному току нагрузки, 40 а окончание зоны прерывистого режима - к = 120 , Амплитуда напряженияпредварительной коррекции, соответствующей точке к = 120 , равна т-- 7 + н- (т 7) ,11 рк Е н . 1 крВыбор Ц для Формирования 0 вы зван тем, что функция Б,ц, коррелирует с функцией Бк, Обе Функции равны нулю в точке, соответствующей предельно непрерывному режиму (точка 7), и монотонно возрастают к моменту окон чания зоны прерывистого режима (момент 74 ), Кроме того, с увеличением Е уменьшаются амплитуды обеих функций (ордината СК для Бк и ординатаС для П ).55Рассмотрим формирование О, соглас-, но функциональной схеме (фиг, 1).Сумматор 8 производит операцию вычитания Е - 11 , Положительное 0 5 13 Следовательно, П в прерывистом Фрежиме Ц, от текущего времени Ч должно иметь вид последней зависимости. При этом в точке предельно непрерывного режима 7 (текущее время Ч = 0) амплитуда опорного напряжения для прерывистого режима должна быть равна ординате АВ = Ч , т.е. равна опорному напряжению слева от Ч, соответствующему опорному напряжению для непрерывного режима, Отсюда уравнение опорного напряжения в прерывистом режиме имеет вид 11 =Ц Р -=,+ З=,Ч) - рд он црр (фиг, 2 а) Формируется следующим образом.Известны законы изменения от времени 0и 11. Разность между ними - напряжение коррекции як = Б р Ор Изменение 11 к в интервале-Ч 4 представляет собой монотонно возрастающую Функцию от нуля в точке 7 до максимума в точке 7 Поскольку Функция Б заранее известна, то сформировав Бк и сложив ее в прерывистом режиме с Ц , получаем Б , Формирование як производится в блоке 7 путем кусочно-линейной аппроксимации из напряжеНия предварительной коррекции Бпк, которое представляет собой разность противо-ЭДС нагрузки Е и косинусной составляющей Пк опорного на- пряжения 1-1 п = Цк,зп ЗО,где .О- амплитуда ОК Бпривязаны уровни аппрокси- мации Выбор уровней аппроксимации и коэффициентов передачи на каждом участке осуществляется. графическим построением 11 н по Бк таким образом, чтобы полученное напряжение коррекции Бк как можно точнее приближалось к напряжению, полученному расчетнымцк = 025 цпк + 0 ф 58 (0 пк Причем очередная разность вступает в работу при превышении напряжения предварительной коррекции соответствующего уровня аппроксимации, 10 Напряжение коррекции Б, сформированное в прерывистом режиме, поступает на соответствующий вход сумматора 4, суммируется с Би формирует на выходе сумматора опорное напряжение 15 ПопВ момент 7 происходит сравнениенапряжений Б и Б , а модулятор 5вырабатывает широкий импульс управления С , положительное значениекоторого размыкает ключ 10 и прекращает подачу Ук на вход ячейки 11,Примененная селекция по ЦИ 1 приводитк тому, что напряжение предварительной коррекции Цщ, вырабатываемое вкаждом канале опорного напряжения,не перекрывается по времени. Это позволяет сократить аппаратурные затраты и использовать ячейки 11 для всех 30каналов, При этом на входе ячейки 11,,напряжений коррекции всех каналов,ставят после соответствующих ключей10 (не показано), а общее напряжениекоррекции подают одновременно (параллельно) на все сумматоры 4 каналовопорных напряжений,40 Таким образом при формировании опорного напряжения в прерывистом режиме определяется начало прерывистого режима, уровень опорного напряжения в начале прерывистого режима равен уровню опорного напряжения в конце непрерывного режима, т,е, происходит запоминание уровня опорного напряжения 11 он для непрерывного режима на границе прерывистого режима, а формирование У производится из напряжения Бщ путем кусочно-линейной аппроксимации таким образом, чтобы результирующее напряжение Б и .соответствовало заданному закону. 50 7 134351 путем, В результате У = Г(Бщ ) соответствует следующему выражению; Таким образом, предлагаемый способ позволяет формировать опорноенапряжение в прерывистом режиме,обеспечивающее линейную зависимостьмежду напряжением задания на ток исредним значением тока нагрузки независимо от изменения амплитуды ичастоты питающей сети и практическиво всем диапазоне изменений противоЭДС нагрузки, Это приводит к повышению точности формирования тока нагрузки в прерывистом режиме,Формула изобретенияСпособ формирования опорного на пряжения для управления вентильным преобразователем с естественной коммутацией, заключающийся в том, что измеряют на каждом интервале дискретности ЭДС источников питания, подключенных к нагрузке, и противо-ЭДС нагрузки, в режиме непрерывного тока опорное напряжение У формируют как сумму трех составляющих, первая из которых равна полусумме ЭДС источников питания, подключенных к нагрузке на данном и предыдущем интервале дискретности, вторая - полуразности указанных ЭДС, умноженной на величину (ш 4 - с 1 д й/ш ) /1 д 7 /ш, где ш - пульс- ность преобразователя, третья составляющая равна противо-ЭДС нагрузки, взятой с обратным знаком, .о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности формирования тока нагрузки в режиме прерывистого тока, сравнивают противо-ЭДС нагрузки с указанной первой составляющей опорного напряжения, в момент равенства противо-ЭДС нагрузки и первой составляющей опорного напряжения фиксируютзначение опорного напряжения Б и при превышении значениями противо- ЭДС нагрузки значений первой составляющей опорного напряжения опорное напряжение формируют равнымгде 7 - текущее время, взятое в радианах.1343514 Составитель В.Техред.М.Коданич онов Корректор А, Иль исное д. 4/5 полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Производст Редактор И, ШуЗаказ 4834/54 Тираж 659НИИПИ Государспо делам изоб035, Москва, Ж енного комитета тений и открыти 5, Раушская наб