Способ определения среднего значения напряжения двухфазного вентильного преобразователя

 

СПОСОБ ОШ-ЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ДВУХФАЗНОГО ВЕНТИЛЬНОГО ОРЕОБР ОВАТЕЛЯ с косинусоидальной разверткой системы фа эового управления, в котором формируют последовательность коротких импульсов с задержкой относительно передних фронтов сборки импульсов управления преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и ликвидации потенхдаальной развязки, в момент прихоаа очередаого импульса из зтой последовательности фиксируют сигнал управления преобразователя и суммируют его с дополнительными сигналами, для формирования дополнительных сигналов определяют режим тока нагрузки, в реж1ше непрерывного тока нагрузки в качестве дополнительного сигнала используют текущее значение сигнала управлеютя , в момент появления очередной бестоковой паузы в режиме прерьшистого тока в цепи нагрузки преобразователя фиксируют значение косинусоид ального сигнала развертки с некоторым смещением и используют зтот зафиксированный сигнал в качестве дополнительного, при наличии (П противо-ЭДС в нагрузке в этом режиме в момент появления бестоковой паузы формируют второй дополнительный сигнал, причем для его получения интегрируют на интервале бестоковой паузы сигнал, пропорциональный-ЭДС и сбрасывают результат интегрироваСП ния в момент появления тока нагрузки. ч а со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСтиЧЕСНИХ . РЕСПУБЛИК

4(51) Н 02 М 5/451

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ОО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3290476/24-07 (22) 13.05.81 (46) 23.05.85. Бюл. Ф 19 (72) 10.В..Соколовский (53) 621. 314. 5 (088. 8) (56) 1. Шипилло В.П. Автоматизированный вентильный электропривод, И., "Энергия", 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

В 490235, кл. Н 02 Р 13/ 16 1970.

3. Авторское свидетельство СССР

Ó 525224. кл. Н 02 Р 13!16, 1974. (54)(57) СПОСОБ 01РЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ДВУХФАЗНОГО .

ВЕНТИЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ с косинусоидальной разверткой системы фазового управления, в котором формируют последовательность коротких импульсов с задержкой относительно передних фронтов сборки импульсов управления преобразователя, о т— л н ч а lo щ H и с я тем, что, с целью повыжения быстродействия и ликвидации потенциальной развязки в момент нрнхона очередного импуль-.

„„SU„„1157630 А са из этой последовательности фиксируют сигнал управления преобразователя и суммируют его с дополнительными сигналами, для формирования дополнительных сигналов определяют режим тока нагрузки, в режиме непрерывного тока нагрузки в качестве дополнительного сигнала используют текущее значение сигнала управления, в момент появления очередной бестоковой паузы в режиме прерывистого тока в цепи нагрузки преобразователя фиксируют значение косннусондального сигнала развертки с некоторым смещением и используют этот зафиксированный сигнал в качестве дополнительного, при наличии противо-ЭДС в нагрузке в этом режиме в момент появления бестоковой паузы формируют второй дополнитель" ный сигнал, причем для его получения интегрируют на интервале бестоковой паузы сигнал, пропорциональный -ЭДС и сбрасывают результат интегрирования в момент появления тока нагрузки.

li tI576

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического регулирования с вентильными преобразователями, когда возникает необходимость g в применении обратной связи по наITpREeниюэ

При реализации быстродействия, близкого к предельному, в системах с вентильными преобразователями важ- 30 ное значение приобретает характер представления информации, поступающей по каналам обратных связей. В связи с этим необходимо учитывать, что в сигнале, идущем с датчика $$ мгновенных,значений выходного напряжения преобразователя, как правило присутствует переменная составляющая — амплитуда, которая может в несколько раз превышать среднее зна- 2п ченйе измеряемой величины. Это затрудняет сравнение сигналов задания

I и обратной связи и получение управляющего сигнала, так как в момент формирования управляющего импульса 2 мгновенное значение.,сигнала обратной связи может значительно отличаться от среднего значения измеряемой величины е

В известных датчиках напряжения, используемых в CAP с вентильными преобразователями, зта проблема решается введением после датчика мгновенных значений RC-фильтра, снижающего в несколько раз величину переменной составляющей (I ).

К недостаткам данного типа датчи-, ков следует отнести их значительную инерционность, обусловленную относительно большой постоянной времени

HC-фильтра, необходимой для каче ственного сглаживания пульсации. В результате уменьшается полоса пропускания контура регулирования, что снижает быстродействие системы.

Известен способ измерения параметров вентильного электропривода, в частности выходного напряжения преобразователя, при котором формируется первая последовательность импульсов по передним фронтам сборки импульсов 6 системы фазового управления преобразователя, а также вторая импульсная последовательность, запаздывающая относительно первой на малую величину 7(20-50 мкс, но превышающую длительность этих импульсов}.

Сигнал, пропорциональный мгновенному напряжению преобразователя, ин30

2 тегрируют в пределах каждого периода первой последовательности импульсов, а в момент формирования очередного ее импульса фиксируют конечное значение интеграла на следующий период.

С помощью очередного импульса иэ второй последовательности импульсов обнуляют интегратор (sa время меньшее i} затем снова интегрируют сигнал, пропорциональный мгновенному значению выходного напряжения преобразователя, и т.д. f2 3.

К недостаткам такого способа следует отнести необходимость в датчике мгновенного значения напряжения с потенциальной развяз1:ой на максимальное рабочее напряжение силовой части преобразователя, а также дополнительное запаздывание 1 при введении полученной информации в систему управления вентильного электропривода, причем < = T,,где Т; — tre2й

1 Щ. Th риод следования импуль ов управления преобразователя.

Наиболее близким техническим ршением к изобретению является способ определения среднего значения напряжения двухфазн го вентильного преобразователя с косннусоидальной разверткой системы .фазового управления, в котором формируют последовательность коротких импульсов с задержкой относительно передних фронтов сборки импульсов управления преобразователя 3

Недостатками известного способа являются низкое быстродействие и отсутствие потенциальной разведки.

Цель изобретения — повышение быстродействия и ликвидация потенциальной развязки.

Ф

Поставленная цель до=тигается тем, что согласно способу определения среднего значения напряжения двухфазного вентнльного преобразователя с косинусондапьной разверткой системы фазового управления, в котором формируют последовательность коротких импульсов с задержкой относительно nàðåäíèõ фронтов сборки импульсов управления преобразователя, в момент прихода очередного имлульса из этой последовательности, фиксируют сигнал управления преобразователя и суммируют его с дополнительными сигналами, для формирования дополнительных

3 I сигналов определяют режим тока нагрузки, в режиме непрерывного тока нагрузки в качестве дополнительного сигнала используют текущее значение сигнала управления, в момент появления очередной бестоковой паузы в режиме прерывистого тока в цепи нагрузки преобразователя фиксируют значение косннусоидального сигнала развертки с некоторым смещением и используют этот зафиксированный сигнал в качестве дополнительного, при наличии противо-ЭДС в нагрузке в этом режиме в момент появления бестоковой паузы формируют второй до- полнительный сигнал, причем для его получения интегрируют на интервале бестоковой паузы сигнал, пропорциональный ЗДС н сбрасывают результат интегрирования в момент появления тока нагрузки.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства,.реализующего предлагаеиый способ, на фиг. 2-4 - эпюры, поясняющие его работу в режимах непрерывного тока в нагрузке, прерывистого тока в нагрузке и. прерывистого тока в нагрузке нри наличии в нагрузке,ЭДС,.соответственно. где

36

"1(j+4) УС 1 2 (1+1} У ((+11

Для систем фазового управления с косинусоидальной разверткой с учетои постоянного сигнала 0,1 как извест35 íî U,-=созо) .=сов К;.

Рассмотрим работу устройства для случая, когда период основной гар.моники управляющего сигнала в несколько pas больще номинального ин46 терзала вентипьности преобразователей где &; -. круговая частота питающей

45 сети;

- пульсность силовой схемы преобразователя, т.е. интервал между двумя ближайжиии импульсами управления (0Т)

М при постоянном сигнале управления Uy, На фиг. 2а показана кривая выпрямленного напряжения преобразователя при углах управления К; н I. в зоне непрерывных токов. При этом среднее значение выходного напряжения преобразователя на интервале вентильностн

Устройство состоит из основного фиксатора 1 нулевого порядка 1, содержащего ключ 2 и блок 3 запоминания, и ключа 4, подключенных па- . раллельно между источником управляющего сигнала 0„ и сумматором.5. Иежду сумматором 5 н компаратором 6 (на вход которого подключены узлы развертки системы фазового управления и источника установочного напряжения

Ug ) включен дополнительный фиксатор

7 нулевого порядка (с ключами передачи информации 8 и сброса 9 и блоком 10 запоминания). Иежду источником сигнала, пропорционального ЭДС нагрузки, (U e) и сумматором 5 включен интегратор 11 с ключом 1.2 бестоковой паузы. Кроме того, выход датчика 13 состояния тиристоров преобразователя через логический инвер- . тар НЕ 11 подключен к цепям управления ключей 4 н 12, а через формирователь 15 укороченных импульсов — к

\ цепи управления ключа 8. Сборка импульсов управления Uy преобразователя через узел 16 задержки подключена к цепям управления ключей 2 н 9 (выходная сборка У „).

157630 а

С выхода сумма1 ора 5 можно снимать сигнал среднего. значения напряжения фиксатором 17 нулевого порядка.

Предлагаемый способ рассмотрим при работе в зоне непрерывного тока нагрузки (фиг. 2). Напряжение управления преобразователя в момент t;

16 формирования очередного i импульса иэ последовательности, запаздывающей относительно UY на время, формируется фиксатором 1 (фиг. 2б, в, г). С его выхода зафиксированное напряжение U подается на один из входов сумматора 5. На второй вход сумматора поступает управляющий сигнал U„(t)=U>(t), так как ключ-4 в это время замкнут. Напряжение U 1;*1 с выхода сумматора в моиент t;,„ формирования переднего фронта управляющего иипульса (i+1) (фиг. 2д) пропорционально среднему напряжению на нагрузке преобразователя на данном интервале вентильности (интервале между i и (i+1) импульсами, т.е.

Ц Ц . +11

З(1 11 1 11 2 fiick) (1

))57630

Из (7) следуе, что

З-З о « 1 (J

М ш т,, м,Т.

1 (бовс, сов ь . ) где У вЂ” амплитуда сетевого напряжения.

Так как период основной гармоники управляющего воздействия в несколько раз больше Т, то приближенно принимаем: при п -2, (,) 23 с

i Я Ф

Ц

О = (cost. +cosa <;, ) . ((I

Напряжение косинусоидальной развертки

)(Q 5i5 И ° 4 д< 3

К Q х д

° (1-eos Ы ) (й где К вЂ” постоянная интегрирования

Ф (интегратора развертки, не показанно- го на фиг. ) ). Суммарный сигнал уп- @ равления, поступающий на нуль-органы системы фазового управления, ра»

u =u «+u С )

Ы.з ° 1 где U - сигнал управления; ая 5 — установочное базовое наае пряжение смещения, которое пропорционально П, причем

s момент формирования очередного управляющего (i+ ЗФ

+!)-го импульса

К U

K Ч (iaaf) go (4+1) р +1) р.

° )-coSЫ . () (1+ } а величина t-goäëÿ .Ь и R нагрузки выбирается обйчно для 4, 90 где т — период сетевого напряже- М ния.

С учетом (2 ) н (3 j среднее значение напряжения.на нагрузке на интервале вентильности

К„О.

U и В

ЫО uoi

KMQ

С учетом (3 )- (8 ) с реднее значение напряжения в нагрузке на (I+)) м интервале вентнльностн

yptsl) () ,где ).)- 3(1-) " ; )= f2(<44) .

Ц .=0

Напряжение на выходе сумматора

S с учетом (1) 0 =U . 0

3(1+1) q(;+q) 2 (; <) Значение выходного сигнала сумматора в момент формирования очередного (+1)-го импульса управления

Uo(t;+,) фиг. 2д с учетом 9 и

l0 как раз и соответствует сред нему значению Б ;.

Особенности предлагаемого способа в. зоне прерывистого тока нагрузки рассмотрим с учетом фиг. 2 и выражения (8 ), причем аналогично (2)

S„- S, " ;= т.

Б начале бестоковой паузы интервала вентильности на выходе формирователя 9 формируются импульсы, обеспечивающие фиксацию разностного сигкапа.

51 Р о о на фиксаторе 5, причем с учетом 8

K„U

U "-сов Ы. — = g и ю; Я (n)

Г т,е. в качестве дополнительного сигнала U< используется некоторый фиктивный сигнал управления 0, нолуаемый из .()I) и (12). Этот сигнал запоминается в узле 10 запоминания до момента формирования очередного импульса кз UY, поступающего с выхода узла !6 задержки. В момент прихода этого импульса кратковременно замыкается ключ 9 фиксатора, к узел

30 запоиииаиия обнуляется. Сигнал с выхода датчика И, пройдя через схему НЕ,. подается в виде сигнала U на"

I }57

5 -5 +5

0 -—

1 1 2

di фб Дф

Е(Цайвц

7 ключ 4, причем в момент бестоковой паузы U =О (фиг. Зб) и ключ 4 размыкается. Сигнал U> в этом случае имеет импульсный характер, но к моменту формирования очередного i-ro импульса .управления ц .-(. .)- 0. ) (s) в соответствии с (l l } и (I21 к фиг..3а.

Случай прерывистого тока в нагрузке при наличии ЭДС ЕФО поясняется на фиг. 4. По сравнению с рассмотренным случаем (Е О) среднее значение напряжения на нагрузке с учетом (2 ) и (3 lи фиг. 4а т.е. добавляется вольт-секундный интервал 8 от ЭДС Е на участке бестоковой паузы, причем

Ф

30 где ht„— интервал бестоковой паузы;

U - сигнал на выходе интегратора l.l на интервале бестоковой паузы (фиг. 4в).

Отметим, что на интервале бестоковой паузы размыкается ключ 12 -(аналогично ключу 4 ), когда сигнал U по фиг. 46 равен 9. Выходной сигйал интегратора (его конечное. значение)

U „как раэ является вторым дополнительнж сигналом на входе сумматора 5.

630 8

Сигнал с выхода сумматора 5 в момент 1". с учетом (>} и, =

Сигнал U с выхода сумматора 5 перед самым формированием очередного импульса управления, т.е. практически U ;несет информацию о среднем значении напряжения на нагрузке в текущем интервале вентильности.

Оперативное получение информации о среднем значении напряжения на нагрузке íà i-м интервале вентильности, а именно к концу этого же интервала в виде выходного сигнале U сумматора 5 позволяет организовать быстродействующую обратную связь по напряжению в различных. системах регулирования с вентильным преобразователем. Непрерывный сигнал с выхода фиксатора 17 характеризует среднее текущее напряжение на нагрузке преобразователя для всех 3-х рассмотренных случаев.

Таким образом, использование дискретных значений сигнала с сумматора U < обеспечивает более высокое быстродействие при определении сред" него значения напряжения на нагрузке преобразователя, чем в известном устройстве. Ликвидация потенциаль" ной развязки и первичного датчика текущего значения напряжения в ряде случаев дает существенный положи. тельный эффект (повьщ ение надежности, помехоэащищенности, снижение обоих габаритов, удешевление., безопасность при обслуживании) 1157630

1 I 57630 о и, ВНИИПИ Эакаэ 3388/52 ТиРам 646 Лодпиское

Филиал ППЙ "Патент", r.умгород, ул.Проектная, 4