Способ регулирования тока нагрузки вентильного преобразователя

(56) УправляемыйПод ред А.Д, Поэдатомиздат, 1984,Абрамов А.Н. Пция в вентильныхс ОС по току.- Элпромьппленность, с1978, вып. 4, с. 7 й юл. 9 36 й электр ниче 088.8)выпрямиеева, Мс70,рограммпреобраэектротехер. Эле14-17. в САУ/ерго 2.16.оррекелях ель Э: - .," ,фф".: - ", СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ- .-, Щи ," - .=.;- РЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА НА ГРУЗКИ ВЕНТИЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при управлении силовыми статическими вентильными преобразова телями для повышения точности регули рования непрерывного тока в нагрузке с любыми параметрами при вариациях напряжений питающей сети. Цель изобретения - повышение точности регулирования непрерывного тока в нагрузке с любыми параметрами при вариации питающей сети, Способ регулирования тока нагрузки вентильного преобразоЯО 1427525 А 1 вателя состоит в том, что уп сигнал формируется в виде суммы составляющих, пропорциональных ЭДС нагрузки, заданному току и разностизаданного тока и тока нагрузки. Импульсы управления вентилями формируются в момент равенства управляющегои опорного сигналов. Опорный сигналочередного вентиля формируют как сумму трех составляющих. Первую составляющую опорного сигнала формируютпропорционально интегралу от разностинапряжений фаз предыдущего и очередного вентилей, а результзт интегрирования обнуляют один раз зг периоднапряжения питающей сети ь моментперехода через нуль первой гармоникисуммы интегрируемых напряжений приуглах управления вентиля больше180 эл.град. Вторую составляющуюопорного сигнала формируют пропорционально установившемуся току фазы нагрузки, протекающему под действиемнапряжения фазы сети, коммутируемогоочередным вентилем. Третью составляющую опорного сигнала формируют пропорционально взятому с обратным знаком установившемуся току фазы нагрузки, протекающему под действием напряжения сети, коммутируемого предыдущимвентилем, 2.ил, 1427525Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления силовымистатическими вентильными преобраэова 5тели ми.Целью изобретения является повышение точности регулирования непрерывного тока в нагрузке с любыми параметрами при вариациях напряженийпитающей сети.На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства, реализующегопредлагаемый способ регулирования то"ка нагрузки ВП, выполненного, например, по трехфазной нулевой схеме;н Фиг. 2 - диаграммы, поясняющиеего работу.Устройство, реализующее предлагаемйй способ (фиг. 1), содержит датчики 1-3 напряжений питающей сети (ДН),сумматоры (С) 4-6, интеграторы 7-9со сбросом, блок 10 управления сбросом интеграторов (БУС), первый ком.мутатор 11 аналоговых сигналов (КС 1), 25фильтры 12-14 нижних частот (Ф), второй 15 и третий 16 коммутаторы аналоговых сигналов (КС 2 и КСЗ), блок 17ограничения углов управления (БОУ),датчики 18 тока нагрузки (ДТ), источ- ЗОник 19 задающего сигнала (ИЭС), датчик 20 ЭДС нагрузки (ДЭ), сумматоры(С 6) 26, масштабирующий усилитель 27 с коэффициентом передачи К, компаратор 28 с суммирующими входами (К), распределитель 29 импульсов (РИ).Входы ДН 1-3 соединены с источниками сетевых напряжений, а их выходы подключены к входам сумматоров 4-6, ,БУС 10, фильтров 12-14 и БОУ 17. Выходы сумматоров 4-6 подключены к вхо- .45 дам интеграторов 7-9 со сбросом соответственно, входы сброса которых соединены с выходами БУС 10, а выходы подключены к входам коммутатора КС 1 11, БУС 10 в данном случае состоит иэ трех каналов, каждый из ко 50 торых может включать в себя сумматор, фильтр первой гармоники напряжения питающей сети. Коммутатор КС 1 11, а также коммутаторы КС 2 15 и КСЗ 1655 имеют число ключей, равное количеству вентилей ВП. Выходы фильтров 12-14, представляющих собой апериодические звенья первого порядка, соединены с соответствующими входамиКС 2 15 и КСЗ 16, а входы управленияключами коммутаторов 11, 15 и 16 исоответствующие входы БОУ 17 подключены к вторым входам РИ 29,.первыевыходы которого соединены с управляющими электродами вентилей ВП. Приэтом входы управления ключей коммутаторов КС 1, КС 2 15 и КСЗ 16, соответственно коммутирующих первую,вторую и третью составляющие опорного сигнала очередного вентиля, под"ключены к одному и тому же выходуРИ 29. Выход КС 1 11 соединен с вторым суммирующим входом компаратора28 и одним иэ входов сумматора С 6 26,другие входы которого через масштабйрующие усилители 24 и 25 соответственно соединены с выходами КС 2 15и КСЗ 16, а выход через масштабирующий усилитель 27 подключен к второмусуммирующему входу К 28. Выход компаратора 28 соединен с одним из входов БОУ 17, а его первый суммирующийвход соединен с выходами сумматоровС 5 22 непосредственно и С 4 21 черезпропорц.;ональный РТ 23. К одним извходов С 4 21 и С 5 22 подключен выходИЭС 19, а другие входы укаэанных сумматоров соединены с выходами ДТ 18 иДЭ 20 соответственно,Способ регулирования тока нагрузкивентильного преобразователя можноуяснить, рассмотрев работу устройст"ва, функциональная схема которогоприведена на фиг. 1. Временные диаграммы, поясняющие его работу, приведены на фиг, 2, где е, ев ес -напряжения фаз питающей сети; Пц,Бр, , 1 - первые составляющиеоопорных сигналов вентилей; Ц,первая составляющая опорного сигналаочередного и-го вентиля; ЯоБоаЯ - импульсы сброса интеграторовна выходе БУС 10 (фиг; 1); Ц,11 тБ, - сигналы на выходах фильтров12-14 (фиг. 1)1 1 и Б 1(-) - соответственно вторая и третья составляющие опорного сигнала очередноговентиля; Е и Цм - амплитуды напряжений питающей сети и сигналов навыходах фильтров 12-14 (фиг. 1);Целых (Ч) и е о - напряжение на выходепреобразователя и противоЭДС нагрузки; 11; и ых (Ч) - сигнал заданиятока нагрузки и ток нагрузки соответственно; 1 о и 1 - начальное значениетока нагрузки в момент включения оче1427525 10 30 редкого вентиля и среднее значениепульсаций тока нагрузки; О, - сигнална выходе РТ 23 (фиг, 1); П(,1корректирующий опорный сигнал очередного вентиля;. Ь,- результирующий опорный сигнал очередного к-говентиля; Б 1 и б - сигнал задания .среднего выходного напряжения ВП исигнал управления. преобразователемсоответственно; 8. и о( - соответственно сигнал на выходе компаратора28, (фиг. 1) и импульсы управлениявентилями; Ч и)С - текущее время йв угловых единицах; и) - круговая частота питающей сети; 1 =атсс 8( в )- ,ЯКн фазовый угол нагрузки ВП, содержащей индуктивность Ьц и активное сопротивление Кц.Приведенными диаграммами иллюстрируется работа ВП в стационарном режиме непрерывного тока (Бсоками) при синусоидальных напряжениях питающей сети и пренебрежении углами коммутации вентилей.Сигналы, пропорциональные напряжениям фаз питающей сети, с выходов ДН 1, 2 .и 3 через сумматоры 4, 5 и б поступают на входы интеграторов 7, 8 и 9 (фиг. 1). На выходе интеграторов формируются первые составляющие опорныхсигналов вентилей (фиг. 2 а,б) Моменты установки нулевых начальных условий интеграторов определяются временным положением импульсов 8, 8 о8 оьформируемых БУС (фиг, 2 б) в моменты перехода через ноль первой гармоники суммы напряжений сети, поступающих навход соответствующего интегратора, при углах управления данного вентиля) . Выходные сигналы интеграторов поступают на ключи первого коммутатора КС 1 11, которые управляются стробами РИ 29 8 О, Бь и 8 с (фиг. 1) Укаэанные сугробы выбира ются в соответствии с порядком работы вентилей ВП так, что на интервале формирования опорного сигнала очередного вентиля вплоть до момента генерации его импульса управления соответствующий строб равен логической единице. При этом замыкается ключ КС 1, управляюшнйся этим стробом. Например, при формировании опорного сигнала вентиля, включенного на се-. тевое напряжение еа, 8 С, = 1, а 81,о8 = О. Очевидно, тогда, что Ц== Б 1 , , т.е. на выходе КС 1 сигнал оПо в каждый момент времени равен первой составляющей опорного сигнала очередного вентиля (фиг. 2 б).Аналогично коммутаторами КС 2 15 и КСЗ 16 иэ выходных сигналов фильтров 12-14 (фиг. 1) формируются вторая и третья составляющие опорного сигнала очередного вентиля Ю, и Б 1(-)(фиг. 2 в). Укаэанные фильтры представляют собой апериодические звенья первого порядка и являются моделями Ы,"нагрузки ВП. Для этого статический коэффициент передачи и постоянная времени фильтра выбираются такими, чтобы выходной сигнал фильтра был пропорционален току, который протекал бы в цепи, содержащей активное сопро 20 тивление и индуктивность, равные со"ответствующим параметрам нагрузки,под действием соответствующего сетевого напряжения, Сигнал, пропорциональный напряжению фазы сети, поступает на вход фильтра с выхода соответствующего ДН (фиг. 1).Сигналы второй и третьей составляющей опорного сигнала очередного вентиля с выходов КС 2 5 н КС 3 16через масштабирующие усилители 24 и25 с коэффициентами передачи Кп иКсоответственно поступают на вхо"ды сумматора 26, на третий вход которого поступает первая составляющая-оопорного сигнала О, с выхода первого коммутатора 1 (фиг. 1). Выходной сигнал указанного сумматора черезмасштабируюпжй усилитель 27 поступаетна второй суммирующий вход К 28, образуя сигнал оп , который в дальнейшем будем называть корректирующимопорным сигналом очередного вентиля(фиг, 2 е). На этот же вход компаратора поступает первая составляющая 45опорного сигнала Б , образующаяв сумме с корректирующим опорным сигналом очередного вентиля результирующии опорный сигнал Б;у,у(,) (фиг 2 ж)На первом суммирующем входе компа,ратора 28 образуется сигнал управления ВП 1, представляюшии собой сумму выходного сигнала РТ 23 Брт и сигнала задания среднего выходного напряжения преобразователя 131 (фиг. 1),В свою очередь, сигнал Ц представляет собой сумму выходных сигналов ИЗС19 0, и ДЭ 20 Бе. вычисляемую сумматором 22 (фиг. 1), Укаэанные сигналыпропорциональны соответственно паде14275вюо напряжения от заданного тока 1на активном сопротивлении нагрузкиКя и противоЭДС нагрузки е, поэтому 11 опен)10(Ч), (5) 2 оя Кчгде еехр(- 1 )15и д нРассмотрим, как формируется корректирующий опорный сигнал в предлагаемом способе. Передаточная функция КЬ-нагрузки по току20(Р) - , (6)е (р) К(1 + Тр)где Т = Ь,/К" электромагнитнаяпостоянная времени нагрузки.Следовательно, для получения величин Кц,)(Ч) и К 4(11 (Ч) необходимо подвергнуть соответствующие се,тевые напряжения преобразованию с помощью апериодических звеньев пер", вого порядка, передаточная Функция которых Цр(р) соответствует передаточной функции нагрузки, а именно где К - коэффициент пропорциональности,Компаратор 28 меняет свое состояние в. момент равенства результирую 25 щего опорного сигнала очередного вентиля По) и сигнала управления 1 Т(7) Эту операцию выполняют Ф 12-14(Фиг. 1), формируя на своих выходахсистему сигналов, пропорциональных 40Фазным токам - Бг р Бг Б (фиг2 в).С помощью КС 2 15 и КСЗ 16 (фиг. 1)из этой системы в соответствии с по- .рядком работы вентилей ВП формируют"ся сигналы, пропорциональные (Ч) 45 и 1 (, 7 (Ч) - Ц и Ц( ) (фиг,2 в),Коэффициенты передачи масштабирующихусилителей 24 и 25 (фиг1) выбираются в соответствии с (5) равньии Если при этом выбрать коэффициентпередачи масштабирующего усилителя 55 27 (фиг. 1) равным коэффициенту передачи П-регулятора тока Крт р т.е.К : Кр), , то нетрудно видеть, чтокорректирующий опорный сигнал очередного вентиля формируется в данном 11 = Бе + Ор, = К(е+ 1 К), (1) где К - коэффициент пропорциональности.Сигнал задания тока нагрузки 11, поступает также на вход сумматора 21, где из него вычитается сигнал ДТ 18 иг. 2 г). Полученный в результате сИгнал ошибки 11 оо), поступает на вход пропорционального РТ 23 (фиг. 1), коэффициент передачи которого равен Кот, Поэтому для выходного сигнала РТ можно записать следующее соотношениеПл = (уф Пь)Кр = К(Х-Хиях )р (2) При этом на его выходе Формируется сигнал В, (Фиг. 2 ж, з), который поступает на один из входов БОУ (Фиг. 1), где угол управления очередного вентиля ограничивается областью положительного напряжения на нем и импульс управленияФормируется по дпительности (Фиг. 2 и), В БОУ осуществляется проверка условия положигельности напряжения на очередном и-м вентиле в режиме непрерывного тока: ееу(Ч)ест-и) (Ч)(4) При этом импульс управления формируется, если опорный и управляющий сигналы очередного вентиля стали равны при положительном напряжении . на нем или указанные сигналы не сравнялись до момента времени, когда напряжение на очередном вентиле стало отрицательным. В последнем случае импульс,4 формируется в момент смены знака напряжения на вентиле. Этой импульс не может вктпочить вентиль, но он переключает РИ 29 (Фиг, 1) и, , следовательно, всю систему управленияВП дпя формирования опорного сигнала 256следующего вентиля . Кроме того, РИ распределяет каждый очередной импульс оо- на управляющий электрод со- . ответствующего вентиля.Можня записать, что корректирующий опорный сигнал Сч) = к) Я) + 1-е1-ер,1427525 7устройстве в полном соответствии с уравнением (5).Таким образом, предлагаемый способ регулирования тока нагрузки ВП обеспечивает повышение точности регулирования тока в нагрузке за счет формирования опорных сигналов вентилей таким образом, чтобы параметры нагрузки и искажения формы напряжений 1 О питающей сети учитывались при опреде" ленин фазы отпирающего импульса очередного вентиля. Формула изобретенияСпособ регулирования тока нагрузки вентильного преобразователя, состоящий в том, что измеряют противо- ЭДС нагрузки и тою нагрузки, управляющий сигнал формируют в виде суммы 20 трех составляющих, первая изкоторых пропорциональна противоЭДС нагрузки, фторая - разности заданного тока и тока нагрузки, а третья - заданному току нагрузки, сравнивают опорный и уй равляющнй сигналы, в момент их равенства формируют импульсы управления вентилями, ограничивают угол удравления каждым вентилем его рабочим диапазоном от нуля до 180 зл. град. ЗО и распределяют импульсы управления 8по вентилям, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности регулирования непрерывного тока в нагрузке с любыми параметрами при вариациях напряжений питающей сети, измеряют напряжения фаз сети, опорный , сигнал очередного вентиля формируют в виде суммы трех составляющих, причем первую составляющую опорного сигнала формируют пропорционально интегралу от разности напряжений фаз предыдущего и очередного вентилей, результат интегрирования обнуляют один раз эа период напряжения пиФао" щей сети в момент перехода через нуль первой гармоники суммы интегрируемых напряжений при углах управления вентиля больше 180 эл,град. вторую составляющую опорного сигнала формируют пропорционально установившемуся току фазы нагрузки, протекающему под действием напряжения фазы сети, коммутируемого очередным вентилем, а третью составляющую опорного сигнала формируют пропорционально взятому с обратным знаком установившемуся току фазы нагрузки, протекаю щему под действием напряжения питаю" щей сети, коммутируемого предыдущим вентилем.1427525 2 нако оставитель В ехред А.Крав дактор Е. Копч орректор 3. Лончакова Подписное Тираж 66 ВНИИПИ Го по дел 13035, МоскЗаказ 4862/5 сударственного комитета СССРам изобретений и открытийва, Ж, Раушская наб д, 4 Произв нно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4