Групповой преобразователь

Союз Советских Социалистических Республик(51) М. Кл.з Н 02 М 7/515//Н 02 М 5/27 Государственный комитет СССР но дмам изобретений и открытий(54) ГРУППОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 25 30 Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных ком плексах для электроснабжения цехов и заводов на повышенных частотах в системах бесперебойного питания и в других преобразовательных устройствах, как наземных, так и находящихся в других средах, а также для обеспечения параллельной работы преобразователей с заданным распределением нагрузки, если преобразователи выпол- нены по схеме с явным звеном постоянного тока, регулируемым по напряжению. Инверторные части преобраэова телей могут быть выполнены как по схеме инвертора тока так и инвертора напряжения.Известен самовозбуждающий тйристорный инвертор, соединяемый при работе 20 с однотипными инверторамн 11.Однако это устройство не обеспечивает заданное потребление входных токов,Автоматическое регулирование, осуществляемое с помощью угла сдвига фаз между выходными токами и выходным напряжением инверторов при их параллельной работе, не всегда оказывается эффективным для равномерной загрузки входных фаз 21.Известны способ контроля нескольких параллельно работающих агрегатов и устройство для осуществления контроля нескольких параллельно работающих агрегатов 3 1 и 4 1.Однако эти способ и устройство не обеспечивают достаточной эффетивнос" ти работы.Известны устройства для обеспечения параллельной работы инверторов, в которых по крайней мере два инвертора, обеспечивающие подвод электроэнергии к общей нагрузке, возбуждаются частотными сигналами, имеющими фазовое управление, позволяющее исключить перекрестный токмежду инверторами 5 и Гб 3Однако указанные устройства не обеспечивают заданное потребление токов инверторов при изменении нагрузки параллельно работающих преобразователей.Известен также групповой преобразователь, состоящий из источника постоянного напряжения и нескольких объединенных по выходу инверторов, причем. калщый инвертор снабжен трансформатором тока, первичные обмоткикоторых включены с одинаковой полярностью между соответ:твующими инверторами и фазовой сети, а вторичныеобмотки соединены последовательнотакже с одинаковой полярностью 7 .Это устройство, отличаясь значительной массой и габаритами за счетуравнительных трансформаторов тока,не обеспечивает достаточной эффективности деления тока между остальными инверторами в широком диапазоне нагрузок, так как настраиваетсяна фиксированную величину разбаланса входных токов инверторов.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсягрупповой преобразонатель частоты,содержащий два объединенных по выходу иннертора, регуляторы постоянногонапряжения н цепи питания каждого инвертора с установленными на их выходах СС-фильтрами, блок управления регуляторами, датчики тока н цепи питания иннерторов и узел сравнения сигналон 8 ),Недостаток указанного устройствасостоит в том, что оно решает задачу распределения нагрузки только нслучае двух инверторов одинаковоймощности, что ограничивает областиего применения.Цель изобретения - расширение области применения,Указанная цель достигается тем,что группоной преобразователь частоты снабжен сумматором, делителем иблоком умножителей сигналов датчиков тока, соединенными последовательно, выход каждого из датчиков токаподключен к одному из входом сумматора, а выходы блока умножителей подключены к одним из входов узла сравнения, другие входы которого соединены с выходами соответствующих датчиков тока, причем выходы узла сравнения подключены к соответствующимвходам блока управления регуляторамиеКроме того, регуляторы постоянного напряжения выполнены в видеи выпрямительных полууправляемых мостов с совмещенной неуправляемойгруппой вентилей.На фиг,1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - тоже, инверторная часть системы преобразования; на фиг.З - то же, схема,замещения одного инвертора наинтервале симметрии его работы; нафиг.4 - временные диаграммы, иллюстрирующие связь между напряжениеми током на входе каждого инвертора.Групповой преобразователь частоты содержит регуляторы 1 постоянного напряжения с блоком 2 управления, С-фильтры 3, объединенные повыходу инверторы 4, датчики 5 тока,сумматор б, делитель 7, блок 8 умножителей и узел 9 сравнения. Устроиство работает следующимобразомВ системе преобразования частотыв качестве управляющих воздействийпри регулировании токов, потребляемых иннерторами, используются напряжения питания инверторон, подаваемыес выходов фильтров.Рассмотрим тот случай, когда иннерторные части преобразователейныполнены по схеме инвертора тока.На фиг.2 Вс - эквивалентное ре-зисторное сопротивление цепи постоянного тока К -ого инвертора,индуктивность катодногореактора К -ого инвертора.15 Ос, - напРЯжение питаниЯ К -огоинвертора, снимаемое с емкости фильтра Сф,мгновенное значение входноаКго тока К -ого инвертора,20 О,Ь О- линейные напряжения на комиутйрующих конденсаторах С.На фиг.З показана схема замещенияК-ого инвертора на интервале симметрии, когда во всех иннерторах токд 5 проводят вентили В и В. Уравнениедля мгновенного значения токаКимеет виддК+Йс б 1 бК СК с 3 К 2 Л,Так как рассматриваемый интервалсимметрии для тока является периодом,то после усреднения последнего уравнения получаемсК с 3 К дкгде О - среднее за интервал значение напряжения на входе тиристорного комплекса (на рассматриваемом интервале - среднее за интервал значение отрезка напряжения).ДсК - СРЕДНЕЕ ЗНаЧЕНИЕ тОКа, ПОт 40 ребляемого К -ым инвертором.На фиг.4 показаны графики напряжений и токов, иллюстрирующие последние уравнения.Из последнего уравнения получают45 Вак-Ус 3 К В,7,В стабилизированном по напряжениюпреобразователе частоты О=сопьси поэтому50 ЭЗ, 1Э ОсЪс Р,дЭто означает, что увеличение Оск приводит к увеличению тока, потребляемого-ым иннертором и, следовательно, регулированием этих напряженийможно добиться заданного распределениЯ токов ДД , чем меньше Ясак , темменьшим изменением Од достигаюттребуемого приращения тока ДдК .Так как величина Йд весьма маЮ ла, то напряжение питания инверторовОс незначительно отличается другот друга и, следовательно, мощности,потребляемые инверторами, равныЪ. =ОДК ДКпрактически пропорциональны потребляемым токам,При распределении нагрузки автоматической системы информация о величине токов Д поступает от датчиков5, установленных в цепях постоянного тока инверторов 4. Так как токи;8 - знакопостоянные величины, то .датчики могут быть выполнены в видешунтов. Сигналы )д , пропорциональные величины токов д,к, с выходов,цатчиков 4 поступают на входы сумматора 7, на выходе которого полуИчается сигнал д =5, , пропорк:л о"циональный сумме токов, потребляемыхинверторами. Величина д(, поступаетна вхоц делителя 7. осуществляющегоделение на и, Выходной сигнал блокаделения 7: - 3, поступает навыходы блока умножителей 8, числокоторых равно и. Умнокитель 8, соответствующий ( -ому преобразователю, осуществляет умножение величиныД на коэффициент Ц, пропорциональнйй мощности ( -ого преобразователя. При этом коэффициент 1( подбира 25ют так, чтобы выполнялось условиенормирования+ +1:1Выходной сигнал 3 -ого умножителяоЭ,1 пропорционален той величине токаяК-ого преобразователя, который должен потребляться при требуемом распределении нагрузки.Эта величина 5 представляет собойавтоматически вычйсляемую уставку 35системы распределения.Величины 5 в узле 9 сравнениясигналов сравниваются с поступающимис датчиков 5 величинами Э,)к, пропорциональными текущими значениями потребляемых токов. Сумматор б, делитель7 и блок 8 умножителей могут бытьвыполнены на базе операционных усилителей с соответствующими коэффициентами передачи, Сигналы рассогласования ЬЗак= 3 - Эд пропорциональные отклонениям текущих значенийпотребляемых токов от требуемыхпри данной мощности нагрузки значе ний этих токов; поступают на входыблока 2 управления регулируемыми источниками 1 постоянного напряжения,которые в частном случае могут бытьвыполнены как управляемые выпрямителиБлок 2 управления вырабатывает 55сигналы управления тиристорами регулируемых выпрямителей. В преобразователях, включаемых на параллельную работу, исходное значение блока2 управления может состоять в регу- (0лировании величины выходных напряжений выпрямителей с целью стабилизации выходного напряжения каждогопреооразователя. В этом случае сигналы РассогласованиЯ а 1 С)к, подавае мые с выходов узла 9 сравнения,складываются в блоке 2 управленияс сигналом рассогласования основногоконтура регулирования т.е. с сигналом обратной связи системы стабилизации выходного напряжения).Таким образом, угол регулирования зажиганием вентилей к -ого выпрямителя 1 равенсК( = о кгде ( - составляющая величина угларегулирования, определяемая системой стабилизации выходного напряжения, причем эта составляющая - общая для всех преобразователей,величина дополнительного угла регулирования, определяемая рассогласованием ЬЗскБлок управления работает такимобразом, что для тех преобразователей, для которых текущее значениепотребляемого тока 3 превышает тре.буемую величину этого тока 3 дк(т.е.ол 3 к с О) величинаХкт О и, следовательно, напряжение подаваемое навход соответствующего инвертора Одуменьшается, что приводит к уменьшению тока Эдк и уменьшению абсолютной величины рассогласования 5(Наоборот, при д, (3) т О ) величина дополнительного угла ок О,что ведет к увеличению тока Д и.Куменьшению абсолютной величины рассогласования.В установившемся режиме для всехпреобразователей с точностью, определяемой коэффициентом усиления блока2 управления, выполняются равенства1о КДак =а = и Эа Таким образом, выполняется требуемое условие распределения нагрузкимежду преобразователями.Особенностью системы распределения является то, что заданная пропорция между токами, потребляемыми инверторами преобразователей, выполняется при любой результирующей загрузке системы от режима холостого хода до номинальной нагрузки. Это достигается тем, что текущие сигналы уставки 3 фактически вычисляются при люоой нагрузке. В результате этого при скачкообразном изменении величины нагрузки не возникают значительные переходные процессы в системе распределения. Система распределения отрабатывает не абсолютные значения токов инверторов, а реагирует на нарушение заданной пропорции между ними.Устройство обеспечивает заданную загрузку инверторов, в результате чего может быть достигнута предельная мощность преобразовательного агрегата при использовании вентилей данной установленной мощности.Деление тока в предлагаемой системе может быть достигнуто с заданной точностью выбором коэффициентаусиления управляющего блока, в товремя как в известном устройстветочность определяется выбором и исполнением силовых элементов схемы(трансформаторов тока).Групповой преобразователь частоты не использует дополнительной силовой аппаратуры, не имеющейся в пре-о образователях, включаемых на параллельную работу.Положительный эффект предлагаемого устройства по отношению к известному состоит в следующем.Устройство решает задачу распре деления нагрузки только для случая двух инверторовДействительно, принцип получения управляющего воздействия в системе балансировки состоит в сравнении двух токов. В результа те их разность стремится к нулю, причем каждый из токов стремится кдругому и тем самым автоматически к полусумтавкой регулирования, хотя фактически и не вычисляются. 25В случае трех и более инверторов необходимо определить установленную величину ( уставку), к которой должна стремиться величина тока каждого инвертора. В том случае, когда требуется равномерная загрузка инверторов, эта уставка есть среднее арифметическое всех токов. Известное устройство не обеспечивает расчета среднего ариф. метического токов, так как содержит только схему сравнения и может дать лишь полярные разности токов.Таким образом, добавление сумматора и делителя на И дает возможность системе управления выработать текущее значение уставки - среднее арифмети ческое потребляемых токов. Это добавление является необходимым при И 72. Таким образом, здесь количество переходит в качество: приИ 72 устройство ,8 )не может решить задачу Распреде ления нагрузки без новых элементов; суммирующего элемента и делителя на ИИзвестное устройство решает задачу только в случае равномерного .распределения токов. Даже при и =2 при заданном направленном распределении токов (например, в отношении 1:2) устройство не может решить задачу. Действительно, в этом случае вновь нвобходимо найти Уставки (в данном с 4 учае несколько - по числу инверторов), к которым должны стремиться то ки инверторов.В предлагаемом устройстве эти уставки находятся умножением среднего 6 О арифметического тока на заданные ве" личины пропорции2 ИТаким образом, добавление новых элементов сумматора, делителя и блока умножителей придает устройству новое свойство - возможность получить любое наперед заданное распределение токов.Таким образом, предлагаемое устройство обладает расширенным набором решаемых технических задач по сравнению с прототипом.Формула изобретения1. Групповой преобразователь, содержащий по крайней мере два объединенных по выходу инвертора, регуляторы постоянного напряжения в цепи питания каждого инвертора с установленными на их выходах С-фильтрами, блокуправления регуляторами, датчики тока в цепи питания инверторов и узелсравнения сигналов, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения области применения, он снабженсумматором, делителем и блоком умножителей сигналов датчиков тока, соединенными последовательно, выход каждого из датчиков тока подключен кодному из входов сумматора, а выходыблока умножителей подключены к однимиз входов узла сравнения, другиевходы которого соединены с выходамисоответствующих датчиков тока, причемвыходы узла сравнения подключены ксоответствующим входам блока управления регуляторами.2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что регуляторы постоянного напряжения выполненыв виде выпрямительных полууправляемых мостов с совмещенной анодной неуправляемой группой вентилей.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Изобретения за рубежом, 1976,вып.50, Р 14, с,55.2. Изобретения за рубежом, 1976,вып.50, Р 16, с.27.3. Изобретения за рубежом, 1976,вып.50, Р 17, с,44.4, Изобретения за рубежом, 1976,вып.50, Р 17, с.44.5. Изобретения за рубежом, 1976,вып.50, Р 13, с.78.6. Изобретения в ССС 1 и за рубежом,1979, вып.113, Р 11, с.62.7. Изобретения за рубежом, 1977,вып.50, Р 12,8. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2840859,07 от 16.11.79,кл. Н 02 М 7/515.896724 фиг.1У иг,4 иг.З Составитель Г.Мыцыктор И,Ковальчук Техред Т. Маточка Корректор В.Синицкая,Тиражтвенногоретений иЖ, Ра лиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектн 7)1/42 ВНИИПИ Государ по делам изо 113035, Москвомите откры шская ПодпСССРй