Устройство для комбинированного управления автономным инвертором тока

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 02 и 14 51) 4 Н 02 М/5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Й4 ИДЕТЕЛЬСТВ У А ВТОРСНОМ фЖФ 4 тГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(21) 4064456/24-07 (22) 05.03.86 (46) 15.06.88. Бюл.22 (71) Харьковский политехнический институт им. В. И. Ленина (72) В. П, Шипилло, В. Н. Кондратюк, А. А. Масалов и С. И. крейслер (53) 621.316.727 (088.8) (56) Ковалев Ф. И., Мосткова Г. П., Иванов В. А. и др. Стабилизированные автономные инверторы с синусоидальным выходным напряжением. М.: Энергия, 1972.Авторское свидетельство СССР1050070, кл. Н 02 М 7/515, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЪМ ИНВЕРТОРОМ ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в авто ияг номных инверторах тока. Цель изобретения -- повышсццс гочцости регулирования. На выоде псрвого сумматора 2 получают сигнал, пропорццоцальцыи потребляемому фазцому рсактишцому току, который поступает на множительный блок 9. На выходе получают сигнал, пропорциональный фазцой потребляемой реактивной мощности, который поступает ца вход второго сумматора 28, на два остальных входа которого поступают аналогичные сигналы оставшихся фаз. Выходной сигнал, пропорциональный потребляемой реактивной мощности, через формировательвоздействует на б,нк управления компецсатором, изменяя угол регулирования, а значит,и величину потребляс. мой компенсатором реактивной могцпосзц т. кцм образом, чтобы баланс реактивной мои- ности в системе цс царушался. " цл.Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовой преобразовательной технике, и может быть использовано для автоматической стабилизации фазы и частоты выходного напряжения трехфазного автономного инвертора тока.Цель изобретения - повышение точности регулирования автономного инвертора тока в динамических режимах при стабилизации фазы и частоты выходного напряжения ннвертора.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства комбинированного регулирования; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство для комбинированного управления автономным инвертором тока 1, к выходам переменного тока которого подключены батарея конденсаторов 2 и компенсатор реактивной мощности 3, содержит блок управления инвертором тока 4., входы которого подключены к выходам переменного тока, и выходы -- к управляющим элект родам тиристоров инвертора тока 1, блокуправления 5 компенсатором реактивноймощности 3, выходы которого подключены к управляющим входам компенсатора 3, первый вход подключен к выходу первого сумматора 6, а второй вход - к выходу формирователя 7 напряжения управления в функции величины реактивной мощности, первый вход сумматора 6 подключен к выходу задающего генератора 8, а второй вход - к выходу датчика фазы 9, входы которого подключены к выходам переменного тока инвертора 1, выход формирователя 7 напряжения управления в функОции величины реактивнои мощности подключен к выходу датчика потребляемой реактивной мощности 10. Датчик 10 содержитв каждой фазе 11 - 13 трансформатор фазного тока 14, трансформатор фазного на пряжения 15, вход которого подключен к со ответствующей фазе инвертора тока 1, а выход - к нуль-органу 16, выход которого подключен к первому входу первого блока выборки и запоминания 17, второй вход которого подключен к выходу фиксатора экстремума 18, а выход - к первому входу первого множительного блока 19. Датчик потребляемой реактивной мощности дополнительно снабжен вторым 20, третьим 21, четвертым 22 и пятым 23 блоками выборки и запоминания, вторым нуль-органом 24, первым 25 и вторым 26 двухполупериодными выпрямителями, первым 27 и вторым 28 сумматорами, делителем 29, вторым 30 множительным блоком, блоком задержки 31 и трансформатором линейного напряжения 32, причем вход первого выпрямителя 25 соединен со входом пятого блока выборки и запоминания 23 и подключен к выходу трансформатора фазного напряжения 15, выход первого выпрямителя 25 подключен к первому входу фиксатора экстремума 18, вто 50 55 инвертора, поступающего с датчика 9 фазы соответствующего напряжения задающего генератора 8. Выходное напряжение задающего генератора 8 для трехфазного инвертора составляет строго симметричную трехфазную систему напряжений. Каждой фазой компенсатора мощности управляет свой сумматор, в котором вырабатывается напряжение, пропорциональное угловому отклонению напряжения инвертора от соответствующего рой вход которого подключен к выходу блока задержки 31, вход которого подключен к выходу первого нуль-органа 16, вход второго выпрямителя подключен к выходу трансформатора фазного тока 14, а выход-к первому входу третьего 21 и второго 20 блоков выборки и запоминания, первый вход второго блока 20 выборки и запоминания подключен к выходу первого нуль-органа 16, а выход подключен к первому входу 1 О первого сумматора 27, первый выход трансформатора линейного напряжения 32 подключен к входам второго нуль-органа 24 и четвертого 22 блока выборки и запоминаия, второй вход которого подключен к выходу блока управления инвертором 4, а вы.ход подключен к первому входу делителя 29, второй вход которого подключен к выходу пятого блока выборки и запоминания 23, выход дслителя 29 подключен ко второму входу второго множительного блока последующей фазы 12, второй вход множительного блока 30 подключен к выходу делителя предыдушей 3 фазы датчика, а выход ко второму входу первого сумматора 27, выход которого подключен ко второму входу первого множительного блока 19, выход которого подключен к первому входу второго сумматора 28, два других входа которого подключены соответственно к выходам первых множительных блоков двух других фаз 12 и 13 датчика О, а выход О второго сумматора 28 подключен к входуформирователя 7 напряжения управления в функции величины реактивной мощности, два других выхода трансформатора линейного напряжения 32 подключены соответственно ко входам вторых нуль-органов и четвертых блоков выборки и запоминания двух других фаз датчика 10.Устройство работает следующим образом.Постоянное напряжение Ь,. от источникапостоянного тока поступает на вход автономного инвертора тока 1. Блок 4 управле ния инвертором синхронизируется выходным напряжением инвертора и путем поддержания постоянного угла, опережения обеспечивает стабильное по величине выходное напряжение при изменениях параметровнагрузки. Управление компенсатором реактивной мощности 3 осуществляется блоком 5 управления компенсатором, на один из входов которого поступает напряжение с выхода сумматора 6 фазы, определяемое разностью между фазой линейного напряжениянапряжения задающего генератора, т.е. напряжение, пропорциональное фазовому сдвигу между соответствующим напряжением инвертора и задающего генератора. На другой вход блока 5 управления компецсатором 3 реактивной мощности поступает напряжение с датчика 10 потребляемой реактивной мощности через формирователь 7, который преобразует напряжение, пропорциональное реактивной мощности, в напряжение, определяюгцее угол управления компенсатора реактивной мощности 3. В установившемся режиме частота и фаза выходного напряжения автономного ицвертора тока соответствует частоте и фазе напряжения задающего генератора 8 за счет поддержания с помогцью компенсатора 3 реактивной мощности баланса реактивных мощностейОс = Яку+ Ри Яд+ ф= Цху+О и+ 1(31 Д 1.)",1,эи, +1", г, дЬ),)где Яс - реактивная мощность параллельных конденсаторов;Я - реактивная мощность нагрузки; Р. - активная мощность нагрузки;С)н - реактивная мощность, потребляемая нагрузкой и инвертором;Яку - реактивная мощность компенсирующего устройства;6, - угол замирания )-го вентиля инвертора 1=16);в; - угол сдвига между первой гармоникой тока и напряжения -ой фазы;- максимальное значение фазного напряжения )-ой фазы;1; - максимальное значение тока )-ойфазы.При этом угол отпирания компенсатором реактивной мощности 3 определяется суммарным напряжением с выхода сумматора 6 и формирователя 7. Таким образом, в зоне регулирования автономного инвертора 1 тока его выходное напряжение по величине поддерживается на заданном уровне по первому контуру: блок 4 управления инвертором, автономный инвертор тока 1, его частота и фаза по второму контуру: датчик 9 фазы выходного напряжения, сумматор 6, блок 5 управления компенсатором 3, компенсатор 3 реактивной мощности. Изменение параметров нагрузки, например, пуск асинхронных двигателей, вызывает скачкообразное изменение тока нагрузки, приводящее к толчку потребляемой реактивной мощности Я., а значит, и к нарушению баланса реактивных мощностей. Как следствие, происходит изменение параметров выходного напряжения автономного инвертора, приводящее в конечном итоге к установлению нового баланса реактивных мощностей в системе. Необходимость поддержания параметров выходного напряжения инвертора неизменным требует компенсироватьЭТО ИЗЧСЦСЦИС (,СООТНСГСТБЧК)Ц 1 М ИЗСЦС- нисч фу при и)х)о)ци кочцсцсир юцц и) устройства.Изменение чоццости, цотрсбляс мой кочпсцсирчкци) чстроиством 3 Осчц)сствгСтс)1изменением фазы управляюцих их)ихг)ьси тиристоров компенсирую)цсго устройства Огцосительно фазы переменного ц;)пряже ца выходе ицвсрторд олокд 5 уцр;)вг)сци) комцсцсатором 3 н соответствии с схчч;рным напряжением датчика О потрсоэгсх)1 реактивной мощ)н)сти и сух)х)зторд 6.Напряжение с датчика 10 потребу)ц мой реактивной мощности для трехфазного иц. вертора получается следу к) )цим образом. Б фазс Л напряжение с измеряемой цепи поступает через трднсформатор 5 фазного щпряжения, первый двухполупериодцый вь- прямитель 25, фиксатор экстремума 18 цд первый блок вьц)орки и запоминания 7, глс фиксируется максимальное значение фазюго напряжения 1, с последую)це) подачей цд первый вход первого множительного блока 9, где псремцождется с суммой слдгдемых, одно из которых является еактивцой составу)я)ОцСЙ фазцого тока 1,ьц)(1 д второе - произведение активной составл)ошей фазцого тока сов 1, ца напряжение, пропорциональное тацгенсу углы зацирания вентилей ицвсрторд д 6;. Напряжение, пропорциональное фззному току, с выходд второго двухцолупериодцо о выпрямитсл 26 поступает ца третий блок выборки и запоминания 22, где фиксируется в момент прохождения через ноль линейного напржсния оставшихся фаз, определяемого вгорым нуль-органом 24, снимаемого с трансформатора линейного напряжения 32, и поступает на первый вход второго множительного блока 30. Это значение пропорционально активной составляю)цей фазного тока 1 сов 1,. На второй вход второго множительного блока 30 поступает напряжение, пропорциональное тангенсу угла запирания вентилей инвертора данной фазы, получаемое с выхода делителя 29 как частное от деления делимого, равного реактивной составляющей линейного напряжения соответствующего тиристора инвертора, снимаемого с трансформатора линейного напряжения 32 через четвертый блок выборки и запоминания 22, где фиксируется в момент подачи управляющего импульса на тиристор ицвертора 1, и делителя активной составляющей фазного напряжения, фиксируемого в этот же момент пятым блоком выборки и запоминания 23, увеличенной в 3 раза.Елв в)пЬФсщсоу(2) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55Выходное напряжение второго множительного блока 30 поступает на второй вход первого сумматора 27, выход которого поступает на второй вход первого множи 1403302тельного блока 19. 1 олучеццое при этом напряжение, пропорциональное потребляемой реактивной мощности фазы,ГЯд=1/2 Г)л (лв(п(л+ 1 лсов(Ждал ) (3)поступает на первый вход второго сумматора 28, где суммируется с аналогичными напряжениями двух других фаз 2 и 3 и усредняется. На выходе датчика 10 образуется напряжение, пропорциональное величине потребляемой реактивной мощности )=)/3)/2 Ьв вв(ор.(-всовц в.) .1- ) ) виз( Ь=1/3(Ял+Яв+ф),20где 1)л, 1,в, 1.: максимальное значение фазного напряжения;1 лв(п(д,вз(п(а, (с,;(п(с-реактивная составл(ошая потребляемо(о фазцого тока;Г,дв в(п)л,всв(п)в, с)вслв(п 1(с -- реактивнаясоста вл я ю(цая линейного цапряжеция;1 и(св)л,1(лсов)в, ГСовс -- активная составляющая фдзногонапряжения.При этом значения величини 2 фиксируется в момент перехода фазного напряжецп 5 через ноль (моменты времени 1(, 1),1( на рис. 2, г), з)(ачения величины 3 в момент перехода линейного напряжения черезноль (менты времени 1.1, (д, 1 на рцс. 2, в),значение величины 4в моменты подачи 40импульсов управления на тирцсторы инверторд соответствующей фазы (момецть времени 1 т, 1, 1) ца рис. 2, б). Таким образом, втечение 1/2 периода напряжения коммутатора имеется три момента получения ип 1)рмапии о изменении фазцои (ютребляелц)й 45реактивной мощности (например, для фазы Лв моменты времени 1- 11, (д цд рис. 2, б, в, г,т.е. шесть раз зя период (рис. 2, ж). Г 1 олучение сигнала 0 изменении потребляемойреактивной мощности в системе возможновосемнадцать раз за период напряжения 50ицвертора (рис. 2, к), когда происходит изменение значений переменных, входящих ввыражецие (4).Данный сигцал поступает на линейныйпреобразователь 14, в котором преобразуется в синфазное напряжение . =Г (С( ) 55таким образом, чтобы всякому изменению величины потреоляемой мощности (.,)и соответствовало с противоположным знаком измепение мо(цности потребляе)(ой компенсирующим устройством. С целью устранения погрешности определения максимального значения фазного напряжения при колебаниях цапряжеция по ах(пг(иту;и перед каждым последующим измерением п)еле фиксации максимального значения произ(50/(ится обнуление зцачецц максима)ь(ццо напряжения в момент рдцс ствя цулк) фдзцого на. пряжения с задержкой н б.(оке задержки 3 ца время заряда запомицдк)1п элементов в блоках выборки и здпмццдция.При изменении выходных парах(етров ицвертора происк)дит измецецие значения ВЫХО ТИОГО Нацр 5(ЖЕИИ 5 (ЯТЧИКЯ Г)(ОТО.воЛ 5(вМ ой Г);)КТ( ц)(0 й вв О( (11СТИ ,(д С Е 1 И 3 М . цени величин, Их 1,(5 пцх ц выражение (4). Так кЯк потРООлех(с(5( Рес(ктинпс(5 моп(.ность СКЯЧКОМ ИЗМоЦИТЬСЯ ЦЕ МЖи, ( ИЗ,(ЕПЕЦИЕ ЗЦДЧЕЦИЙ СОМ НОЖИ Е.(сй ОТРсжс( Т ПРО- цесс изменения потребляемой реактивной мощности, что увеличивает точносгь определения угла х регулирования компецсатора, т.е. точнОсть поддерживаемой частоты и фазы выходного напряжения инвертора. Оставшуюся неточность определения угла ч устраняет астатический регулятор 6 фазы. Изменение выходного напряжения датчика 1 О потребляемой реактивнои мощности происходит следующим образом. Пусть в момецт времени (рис. 2, г) произошло резкое изменение параметров нагрузки фазы А цпвертора. В резуль(дте произойдет изменение параметров напряжения ицверторакак по амплитуде, так и по фазе, а значение тока останется неизменным (рис. 2, в,д). При этом произойдт сдвг лицей. ного напряжения инвертора, например 1(вл по отношению к напряжению задаю.Рщего генератора 8 Бвл (рис. 2, а) ца угол у (рис. 2, в). Изменение выходного напряжения датчика 10 проис. ходит за с (ет измецеция величин, входящих в выражение (4), в следующие моменты времени: в момент 1 (рис. 2, б), соответствую(ций момену подачи импульса управления ца тиристор Ч 8 5 инвертора, значение 1.(лсоМ, увеличится (рис. 2, г), что приведет к изменению значения Яс (уменьц(ится) рис. 2, и; в момент 1 (рис. 2, б), соответс гвующий моменту подачи импульса управления на тиристор Ъ 8 6 инвертора, значение Говда(пав увеличится (рис. 2, В ), что приведет к увеличению значения Ов (рис. 2, з); в момент 1(в (рис. 2, г), соответствующий моменту перехода фазного напряжения (.,л через ноль, значения 1 лв(п(о+у) увеличится (рис. 2, д) и значения (.:л увеличится рис. 2, е, что приведет к увеличению Ял (рис. 2, ж); в момент 1(з (рис. 2, в), соответствующий моменту перехода линейного напдяжения (.)вл через ноль, значение 1 ссовс увеличится (рис. 2, д), что приведет к увеличению Яс (рис. 2, и); в момент 1(.( (рис 2, б. соответствуюьций моменту подачи импульсауправления на тиристор Ч 5 инвертора, значение, Асв)пбл увеличится (рис. 2, в), что приведет к увеличению Яд (рис. 2, ж); в момент 11;, (рис. 2, в), соответствуюший моменту перехода линейного напряжения 1)лс через ноль, значение 1 всовов увеличитсярис. 2, д), что приведет к увеличеникэ Яв (рис. 2, д) и т.д.При изменении параметров нагрузки в одной из фаз инвертора происходит изменение семи значений величин, входящих в выражение (4) за 1/2 периода напряжения инвертора. В результате выходное напряжение датчика 6 изменит свое значение семь раз за 1/2 периода, что при воздействии на блок управления компенсатором реактивной мощности приведет к изменению угла регулирования тиристоров и восстановлению баланса реактивных мощностей.Таким образом, изобретение позволяет уменьшить время переходных процессов в системе регулирования и повысить точность регулирования выходного напряжения автономного инвертора тока с компенсатором реактивном мощности.Формула изобретенияУстройство для комбинированного управления автономным инвертором тока, к выходам переменного тока которого подключены батарея конденсаторов и компецсатор реактивной мошности, содержащее блок упавления инвертором тока, входы которого предназначены для подключения к выходам переменного тока, а выходы - к управляюшим электродам тиристоров инвертора тока, блок управления компенсатором реактивной мошности, выходы которого предназначены для подключения к управляюшим входам компенсатора, первый вход подключен к выходу сумматора, а второй вход к выходу формирователя напряжения управления в функции величины реактивной мошности, первый вход сумматора подключен к выходу задающего генератора, а второй вход к.выходу датчика фазы, входы которого подключены к выходам переменного тока инвертора, выход формирователя напряжения управления в функции величины реактивной могцности подключен к выходу датчика .потребляемой реактивной мощности, содержащего в каждой фазе трансформатор фазного тока, трансформатор фазного напря жения, вход которого подключен к соответствующей фазе инвертора, а выход к нуль- органу, выход которого подключен к пер 5 )О 15 20 25 30 35 40 45 вом входу олока выборки ц запоминания, второй вход которого подключен к выходу фиксатора экстремума, а выход к первому входу множительного блока, огличакицееея тем, что, с целью повышения точности регулирования, датчик потребляемой реактивной мощности снабжен вторым, третьим, четвертым и пятым блоками выборки и запоминания, вторым нуль-органом, первым и вторым выпрямителями, вторым ц третьим сумматорами, делителем, вторым множительным блоком, блоком задержки и трансформатором лицейного напряжения, причем вход первого выпрямителя соединен с входом пятого блока выборки и запоминания и подключен к выходу трансформатора фазного напряжения, выход первого выпрямителя подключен к первому входу фиксатора экстремума, второй вход которого подключен к выходу блока задержки, вход которого подключен к выходу первого нуль-органа, вход второго выпрямителя подключен к выходу трансформатора тока, а выход к первому входу третьего и второго блоков выборки и запоминания, первый вход второго блока выборки и запоминания подключен к выходу первого нуль-органа, а выход подключен к первому входу второго сумматора, первый выход трансформатора линейного напряжения подключен к входам второго нуль- органа и четвертого блока выборки и запоминания, второй вход которого подключен к выходу блока управления инвертором тока, а выход подключен к первому входу делителя, второй вход которого подключен к выходу пятого блока выборки и запоминания, выход делителя подключен к второму входу второго множительного блока последуюшей фазы датчика, второй вход второго множительного блока подключен к выходу делителя предыдушей фазы датчика, а выход к второму входу второго сумматора, выход которого подключен к второму входу первого множительного блока, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора, два других входа которого подклк)- чецы соответственно к входам первых множительных блоков двух других фаз датчика, а выход третьего сумматора подключен к входу формирователя напряжения управления в функции величины реактивной мощности, два других выхода трансформатора линейного напряжения подключены соответственно к входам вторых нуль- органов и четвертых блоков выборки и запо. минания двух других фаз датчика.