Устройство для поочередного управления вентильным преобразователем

Союз Советскик Социалистически Республик(22) Заявлено 060278 (21) 2577248/24-07с присоединением заявки Ио -(5) к 2 Н 02 Р 13/16 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторь изобретения Ф. Н. Голубев, В. Д. Латьдако, В, А, Соловьев, Ю. А. Халютин и Г. А. Южакова Ленинградский ордена Ленина электротехническйй институт нм. В. И. Ульянова (Ленина)(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПООЧЕРЕДНОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЬК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильных преобразователях электрической энергии, таких как управляемые выпрямители, инверторы, ведомые сетью, преобразователи частоты с непосредственной связью, содержащие две или несколько групп вентилей, углы регулирования которых при регулирова-о нии выпрямленного напряжения изменяются поочередно.Иэвестно устройство для поочередного управления вентильным преобразователем, состоящим иэ п групп вентилей, содержащее п каналов управления с соответствующим числом систем импульсно-Фазового управления, снабженных устройствами ограничения максимального и минимального значения входного напряжения и источниками напря- Ю жения начального смещения (11,Недостатком данного устройства яв"ляется невысокая точность регулирования,Наиболее близким по техническойсущности к данному изобретению является устройство для поочередного управления вентильным преобразователем,в котором в каждом из п каналов Управления содержатся блоки импульснофазового управления, на входах которых включены блоки ограничения максимального и минимального значений напряжения. Источник входного напряжеНаилучший энергетический режим с наибольшим значением коэффициента мощности обеспечивается тогда, когда на 25 любом уровне выпрямленного напряжения поддерживается такое соотношение углов регулирования групп вентилей, при котором разность их значений имеет наибольшую возможную величину. Для это-ЗО го на любом участке диапазона регулирования выпрямленного напряжения должен изменяться угол регулированиятолько одной группы вентилей, а углырегулирования остальных групп сохраняются неизменными, равными максимальному или минимальному значениям. После достижения предельного значения угла регулируемой группы вентилей егозначение остается неизменным и начинается следующий участок диапазонарегулирования, на котором изменяетсяугол регулирования следующей группывентилей. Таким образом, обеспечивается поочередное регулирование группвентилей.ния управления 3 н подключен кс вхоньдам всех блоков ограничения вместе с источниками индивидуальных для каждого канала напряжений смещения . Благодаря наличию напряжений смещения и блоков ограничения обеспечивается поочередное изменение углов ре.гулирования на выходах блоков импульсно-Фазового управления 2,Вследствие отсутствия в схеме управления каких-либо инерционных элемеьтов напряжение на входах систем импульсно-фазового управления зависит только От величины входногс управляющего напряжения и имеют сцина -ковые значения как н статических так и н динамических режимах, в то 15 время как выпрямленное напряжение изменяется с запаздыванием, обусл:онленным дискретностью управления и неполной управляемостью вентилей только той группы, углы регулирования кото О рой изменяются на данном участке диагазсна регулирования.Недостатком данного устройства яв= ляется то, чтО на каждом участке диапазона регулирования выпрямленного 25 напряжения, входные напряжения систем импульсно-Фазового управления и соответствующие им углы регулирования групп вентилей изменяются одинаково как н статических, так и в динамичес- ЗО ких режимах, В результате этогс преобразователи с гоочередным управлением обладают худшими динамическими свойствами по сравнению с преобразователями, в которых регулирование выпрямленного у напряжения происходит при однонременнм изменении углов регулирования сех венънлейеКак известно, быстродействие вентильных преобразователей ограяич: вае вся,цискретностью управления,- связан-4 О ной с ограниченным числом раз, и не- полнОЙ управляемОстьюр и силу котОрой при быстром увеличении угла регулирования, когда скорость его изменения превышает угловую частоту питающей 4;., сети, выпрямленное напряжение не может уменьшатьсЯ быстрее снижения мгновенного значения синусоидального напряжения включенных вентилей. Пэтому при поочередном изменении углов ре О гулирования групп вентилей быстродействие преобразователя будет определятьея только быстродействием той группы вентилей, углы которой изменяются на данном участке диапазона рзгулирования, т. е. числом Фаз только ЭТОЙ ГРУППЫ ВЕНТИЛЕ И ВОЗМОЖНОЙ С:КО- ростью изменения только той доли напряжения, которую вносит эта группа в полное выпрямленное напряжение преоб- раэователЯ.Следовательно,быстродейст- д ви . Преобразователей будет ниже, чем прй одновременном изменении углов реГулирования всех вентилей ДруГим недостатком устройства для поочередного управления является трудность 65 получения высокой точности поочередного изменения углов регулирования вентильных групп и линейности регулировочной характеристики преобразонателя особенно при большом числе поочередно регулируемых групп вентилей. Для строго поочередногс изменения углов регулирования необходимо подобрать такие значения уровней ограничения и напряжений начального смещенияканалов управления, чтобы минимальноезначение напряжения на входе системы импульсно-Фазового управления одного канала и максимальное значение напряжения на нходе системы импульсно-фазового управления достигалось при одном и том же значении входного напряжения управления. В противном случае н регулировочной характеристике появляются участки зоны нечувстнительности, или на некоторых участках имеет место одновременное изменение углов двух групп вентилей, что также сказывается на жнейности регулировочной характеристики и ухудшает энергетические показатели преобразователя.Учитывая ограниченную стабильность элементов схемы и источников смещениядобиться правильного согряжения участкон регулировочной характеристики в существующих устройствах можно только с небольшой точностью. Поскольку участки регулировочной характеристики имею разный наклон (особенно в преобразователях, содержащих неоднородные группы вентилей, как, например н схеме с дополнительными вентилями), получение линейности связало с дополнительными трудностями. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности регулирования.Цель достигается тем, чтс известное устройство для управления вентильным преОбоазонателем снабжено в каждом канале управления бло.,ом обратнойсвязи и задатчиком интенсивности, ограничивающим скорость изменения напряжения значением равным отношению углсвой чэ.стоты питающей сети к коэФФИ диенту передачи блока импульсно-фазового управления, и общим для всех каналов операционным усилителем, причемвход задатчика интенсивности подключенк вь(хо,с(у блока Ограничения максимального и минимального значений входного напряжения, выход - ко входам блока импульсно-фазового управления и блокаобратной связи, выход которого подк.(начен кО входу операционнОГО усилителя; выход Опера".ионноГО усилителя пОдклю" чен ко нходу блока ограничения максимальното и минимального значений напряжения,На фиг, 1 представлена блок-схемаустройства для поочередного управления преобразователем; на фиг, 2 - переходи.-.,е характеристики, иллюстрирующие прцесс изменения углов регулиро 736354вания с 4.л,с, сз, д 4 и выпрямленных напряжений Ед , Е,1 , Е,3 , Ео саответфЗ д 4ствующих групп вентилей, а также выпрямленного напряжения преобразователя Ес) для случая, когда число фазгрупп вентилей бесконечно велико; наФиг. 3 - переходные характеристики,иллюстрирующие изменение напряженийна входах блоков импульсно-Фазовогоуправления 11, Ц , У , 11 и выа эфпрямленных. напряжений соответствующихгрупп вентилей 1,Г,(6 1,(4 атакже выпрямленнога напряжения тогоже преобразователя 1 д, но при шестифазных группах вентилей.В данном устройстве (Фиг. 1) междувходами блоков 1 импульсно-Фазового ,управления каждого канала управленияи выходами соответствующих блоков 2ограничения максимального и минимального значений входного напряжениявключен задатчик 3 интенсивности, ог- щраничивающий скорость изменения напряжения на уровне, равным отношению угловой частоты питающей сети к коэффициенту передачи систем импульсно-фазового управления. К выходам задатчиков 3 подключены входы блоков 4 обратной связи, имеющие коэффициент передачи, пропорциональный суммарному передаточному коэФфициенту соответствуюших групп вентилей и их блоков импульсно-Фазового управления, а входы этихблоков совместно с источником входного напряжения Бвк подключены ка входу операционного усилителя 5 с большим коэффициентом усиления, выход которого вместе с источником индивиду- З 5альных для каждого канала напряженийсмещения Б подключен ка входам блоков 2 ограничения напряжения всех каналов управления,При медленных изменениях входного 4напряжения управления, когда скоростьизменения напряжения на выходе блоков2 ограничения не превышает величины,ограничиваемой задатчиками 3, напряжения на входах блоков 1 импульсно-Фазового управления изменяются поочередно при условии, что ограничение,"линимального значения напряжения 1-га канала происходит при значении входногонапряжения управления не меньшим егозначения, соответствующего ограничению максимального значения напряжения(1 + 1)-га канала, т. е. приЦ- У(1 , - 0и се - ио (лл 1(лилВследствие большого коэффициентаусиления усилителя 5 суммарное значение напряжений на выходе блоков 4 обратной связи равно по величине (и обратно па знаку) входному напряжениюуправления БВ . Напряжение на выходе усилителя 5 изменяется непрерывно 4 Ово всем диапазоне, если- УО 1 л СМ 1 ЮОЧ, 1+л С% О+(1или с резкимй скачкамй на стыках участков, обусловленными разностью (Ц,Оса ) - (Ц,- Б, ) . ПоскальСМ 1 у, ,к пере 1 9."ачн.р коэффициенты блоковобратых связей пропорциональны сум марным передаточным коэффициентам соответствующих групп вентилей и нх блоков импульсно-Фазового управления,регулиравачная характеристика преобразователя будет линейной.При нелинейной зависимости приращения выходного напряжения преобразователя ат приращений напряженчя навходах блакаэ импульсна-Фазового управления характеристики блоков обратной сэязи должны гредс саэлять собойсоответствующие нелинейности,При быстрых изменениях входного напряжения управления, когда требуемаяскорость изменения выпрямленного напряжения не мажет быть обеспечена засчет изменения углов регулированиятай группы вентилей, которая регулируется на данном участке дИапазонарегулирования, напряжение на входеблока 1 импульсно-фазового управленияэтого канала управления изменяется спредельной скоростью, ограничиваемойзадатчикам 3 и соответствующей скорос"ти изменения углов регулирования, равной угловой частоте питающей сети.Напряжение на выходе устройства 3 этога канала управления при этом изменяется медленнее,. чем напряжение на еговходе, а напряжение на выходе блока 4обратной связи изменяется пропорциональна предельной скорости изменениявыпрямленного напряжения при условии,чта числа Фаз данной группы вентилейбесконечна велика (т, е. без учетацискретнасти управления) . Посколькускорость изменения напряжения на выходе блока обратной связи этого каналаниже скорости изменения входного напряжения управления, напряжение на выходе усилителя 5 резко изменяется настолько, чта вызывает суммарное изменение сигналов на выходе всех блоковобратной связи са скоростью, равнойскорости изменения входного напряжен 1 ля управления, Эта приводит к изменению напряжений на входах блоков 1импульсно-фазового управления одногоили нескольких следующих каналов управления, т, е. к одновременному изменению углов регулирования двух илибольшего числа групп эентилей. В предельном случае изменяются с максимальной скоростью углы регулирования всехгрупп вентилей, что соответствует наибольшей возможной скорости изменениявыходного напряжения преобразователя,В таких режимах уменьшается также изапаздывание, обусловленное ограниченным числам фаз регулируемой группывентилей, так как дискретность управления определяется дискретностью всехгрупп вентилей, углы регулирования которых претерпевают изменения.После дастикения заданного значения выходного напряжения преобразователя процесс изменения напряжений навходах блоков 1 импульсно-Фазовогоуправления будет продолжаться при не -иэменном значении входного напряженияуправления и выходного напряжения поеобразователя. Выходное напряжение операционного усилителя 5 изменяется настолько, что обеспечивает равенствосуммарного значения напряжений на выходе блоков обратной связи значениювходного напряжения управления, Процесс завершается, когда напряжения вовсех каналах управления примут значе 10ния, соответствующие статическому режиму работы. Поскольку такие процессы носят кратковременный характер(длительность их измеряется тысячнымидолями секунды), ухудшение знергети -ческих характеристик преобразователя,вызванное нарушением поочередного регулирования в динамических режимах,незначительно,20Скачкообразное уменьшение входного напряжения управления в момент временивызывает одновременное уменьшение напряжения Б, з , П, , И нач. входах соответствующих блоков импульс - но-Фазового управления с максимально возможной скоростью, определяемой задатчиком 3 (фиг, 1) и равной скорости изменения опорного напряжения блоков импульсно-фазового управления (Фиг, 3). Это приводит к тому, что уг-ЗО лы регулирования всех групп вентилей возрастают со скоростью, равной угловой частоте питающей сети (для преобразования с бесконечно большим числом Фаэ групп вентилей изменение углов регулирования с(, .,с. ,;(. непрерывно (Фиг. 2), а выпрямленные напряжения группы вентилей уменьшаются по закону Ес= Ессов= д,соэ (ноц+ + нз) (Е, Ь, Е, Е- Фиг. 2) или снижаться йо косинусоидам анодного напряжения включенных вентилей (1- фиг. 3) что вызывает уменьшение выпрямленного напряжения преобразователя с предельной скоростью (Е на Фиг, 2 и Е,) - Фиг, 3), В мо мейт временивыпрямленное напряже 2ние преобразователя достигает установившееся значение и начинается процесс изменения уггов регулирования групп вентилей к соотношению, соответству О ющему поочередному управлению при сохранении неизменным выпрямленного напряжения преобразователя. При этом напряжения на входах блоков импульс - но-Фазового управления, а следователь- у но, и углы регулирования, третьей и четвертой групп вентилей изменяются в противоположном направлении с максимально возможной скоростью, опредеЛяемой тем же эадатчиком 3 (фиг. 1), а напряжение и угол регулирования пер-фо вой группы вентилей продолжают изменяться э прежнем направлении с той же скоростью. Напряжение на входе блока 1 импульсно-фазового управления, а соответственно и угол регулирования 65 второй группы вентилей изменяются соскоростью меньшей предельной таким образом, что напряжение на входе усилителя 5 (Фиг. 1) остается неизменным,т. е. при неизменном выпрямленном напряжении преобразователя (участок-- Фиг. 2, 3), В момент э скорость изменения угла регулированиявторой группы вентилей достигает максимального возможного значения и научастке , - 4 (фиг. 2, 3) углы регулированйя трех групп вентилей Х 2о(з с и соответственно напряжения навходах блоков импульсно-Фазового управлеия этих групп П ,,воза . ч (.вращаются к исходному состоянию с максимальной скоростью, а аналогичноенапряжение и угол регулирования первой группы вентилей изменяются в прежнем направлении, но с такой скоростьючто выпрямленное напряжение преобразователя сохраняется неизменным,В момент г., напряжения на входахблоков импульсно-фазового управлениятртьей и четвертой групп вентилейдостигают уровня ограничения максимального значения, соответствующихминимальному углу регулирования этихгрупп вентилей, поэтому на участке- (Фиг. 2, 3) изменяются напряже.ия й углы регулирования толькопервых двух групп вентилей в противоположных направлениях.В моментнапряжение на входеблока импульсйо-фазсвого управленияэ-.орой группы вентилей достигает уровня ограничения максимального значения,и преобразователь переходит в сто(тический режим работы с соотношением углов регулирования групп вентилей, соотв:.тствующим поочередному управлению,Пля сравнения на Фиг, 2 пунктиром показано изменение угла регулированияс и выпрямленного напряжения Ел перФвой группы вентилей, а на фиг.выпрямленнсго напряжения преобразователя 1 д при отработке того же скачкавходного напряжения управления преобразователем с обычным устройством поочередного управления, В этом случаепроцесс отработки входного напряжения заканчивается в момент временидля преобразователя с бесконечнобольшим числом Фаз (фиг, 2) или в момент времени 1 =- 1.5для преобразователя, изображейного на фиг. 3, Научастке с, -видно, что переход отпоочередного уйравления к одновременному при быстрых процессах управленияпозволяет уменьшить также и величинузапаздывания, определяемую ограниченным числом Фаз регулируемых на данномучастке групп вентилей,Таким образом, использование впредлагаемом устройстве общего длявсех каналов операционного у илителяи блоков обратной связи облегчаетнастройку, повышает точность работыустройства для поочередного управле 736354 10ния и обеспечивает линейность регулированной характеристики преобразователя.Включение в схему устройств типа задатчика интенсивности, используемых в качестве датчиков запаздывания регулирования, позволяет при быстрых процессах перейти от поочередного управления групп вентилей к одновременному и за счет этого повысить предельное быстродействие преобразователя, Скорейшее возвращение после окончания быстрого процесса к статическому соотношению углов регулирования, соответствующему поочередному управлению, делает незначительным снижение энергетических показателей. В целом 15 данное устройство обеспечивает повышение статической и динамической точности систем регулирования, содержащих вентильные преобразователи с поочередным управлением. Учитывая простоту 2 О устройства, оно может найти широкое, применение в установках, где эти показатели являются важными: в преобразователях частоты с непосредственной связью, быстродействующих системах тиристорного электропривода и т. и.Формула изобретенияУстройство для поочередного управления вентильным преобразователем, состоящим из и групп вентилей, содержа О щее в каждом из и каналов управления блок импульсно-Фазового управления иблок ограничения максимального и минимального значения входного напряжения, ко входу которого подключен источник напряжения начального смещения,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения быстродействия и точности регулирования, оно снабжено вкаждом канале управления блоком обратной связи и задатчиком интенсивности, ограничивающим скорость изменения напряжения значением, равнымотношению угловой частоты питающейсети к коэффициенту передачи блокаимпульсно-фазового управления, и общим для всех каналов операционнымусилителем, причем вход задатчика интенсивности подключен к выходу блокаограничения максимального и минимального значений входного напряжения, выход - ко входам блока импульсно-фазового управления и блока обратной связи, выход которого подключен ко входуоперационного усилителя, выход операционного усилителя подключен ко входублока ограничения максимального и минимального значений напряжения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Каганов И, Л. Электронные и ионные преобразователи, Часть 111 ГЭИ,1956, с. 255-260.2. Авторское свидетельство СССРР 3"7954, кл. Н 02 Р 13/16, 1970,О. Па ал тираж 783 2284 1 писное ственного комитета СССобретений и открытий