Способ регулирования тока нагрузки тиристорного преобразователя и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

оп и нй4

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Севатсюе

Соцмалмстмчесавот

Республик ">661536

К АВТОРСКОМУ СВИДЙТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 18.02.72 (21) 2454286/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (5!) М, Кл.

G 05 F 1/64//

Н 02 Р! 3/16

Гасударственный камитет

СССР

an девам изабретений и аткрытнй

Опубликовано 05.05.79. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 15.05.79 (53) УДК 621.314. .87 <088.8) (72) Автор изобретения

Е. В. Мельников (71) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА НАГРУЗКИ

ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И УСТРОЛСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение касается управления тиристорнь1ми преобразователями.

Известен способ адаптивного регулирования то» а нагрузки тиристорного преобразователя, а также адаптивные регуляторы, изменяющие коэффициент усиления при переходе к регулированию из режима непрерывного тока в режим прерывистого тока и наоборот для увеличения быстродействия в режиме прерывистого тока (1). Недостатками указанного технического решения яв- 1р ляются сложность, связанная с выявлением прерывистого тока и изменением параметров регулятора; трудности получения высокого качества процессов регулирования в моменты скачкообразного переключения, связанные с наличием переходного процесса при переключении, кроме того, принудительное изменение коэффициента усиления регулятора не учитывает длительность и амплитуду тока за интервал дискретности, тогда как среднее значение тока имеет плавный харак тер изменения, что может вызвать колебательный процесс при переключении, а отсутствие контроля тока при его прерывистом характере снижает диапазон устойчивого регулирования.

Известен также способ регулирования тока нагрузки тиристорного преобразователя путем формирования управляющего напряжения на входе системы фазового управления, пропорционального сигналу рассогласования, и изменения фазы управляющих импульсов в зависимости от этого напряжения, повышения коэффициента усиления при малой величине сигнала задания и устройство для его осуществления, содержащее входной операционный усилитель, подключенный первым входом к источнику напряжения задания, а вторым входом к датчику тока нагрузки преобразователя, включенному в цепь обратной связи по току нагрузки преобразователя, систему фазового управления на выходе операционного усилителя. Входной усилитель устройства имеет нелинейную обратную связь, предназначенную для повышения коэффициента усиления усилителя при малой величине напряжения задания (2).

661536

Недостатком устройства является наличие статической ошибки регулирования в связи с пропорциональной характеристикой входного усилителя, сложность схемы усилителя, связанная с реализацией нелинейной обратной связи. Увеличение коэффициента усиления усилителя при малых сигналах связано с усилением дрейфа нуля устройства и усилением помех.

Кроме того, отсутствие контроля тока при его прерывистом характере вызвано применением системы фазового управления с «вертикальным» принципом формирования управляющих импульсов.

Наиболее близким к изобретению является способ регулирования тока нагрузки путем изменения фазы управляющих импульсов в функции двух сигналов рассогласования, для формирования каждого из которых измеряют ток нагрузки, и сравнения этих сигналов с опорным напряжением, синхронизированным с. напряжением сети, причем для получения первого сигнала рассогласования сигнал задания суммируют с сигналом обратной связи по току нагрузки, а также устройство для осуществления данного способа, содержащее генератор опорного напряжения и имеющее два управляющих входа, один из которых подключен к источнику напряжения управления и второй -- к выходу широтно-импульсного модулятора (3!.

Недостатками известного решения являются нелинейность регулировочной характеристики преобразователя по току, связанная с линейностЬю характеристики устройства, в результате чего не обеспечивается компенсация нелинейности характеристики преобразователя; значительная инерционность, связанная с изменением фазы управляющих импульсов с помощью сигнала, воздействующего на постоянную времени время-задающего контура генератора опорного на= пряжения; наличие субгармонических составляющих в токе нагрузки преобразователя, вызванных асимметрией управляющих импульсов, и невозможность уменьшения асимметрии в связи с изменением крутизны опорного напряжения и сложность применения в системе регулирования в связи с необходимостью широтно-импульсного модулирования сигнала рассогласования и наличием ошибки, вызванной данным преобразованием сигнала рассогласования.

Целью изобретения является линеаризация регулировочной характеристики преобразователя по току, улучшение формы тока нагрузки и расширение диапазона устойчивого регулирования.

Цель достигается тем, что перед формированием управляющих импульсов их смешают по фазе, для чего первый сигнал сравнивают с опорным в моменты перехода напряжения сети через нулевое значение, причем для получения второго сигнала рассогласования сигнал обратной .связи выпрямляют, дифференцируют и суммируют с первым сигналом рассогласования.

В устройстве, реализующем данный способ, эта цель достигается тем, что оно дополнительно содержит выпрямитель и суммирующий усилитель, а система фазового управления имеет два аналоговых входа, причем второй вход системы фазового уп°, равления соединен с выходом суммирующего

10 усилителя, а первый вход суммирующего усилителя связан с выходом операционного усилителя, второй вход — с выходом датчика тока через последовательно включенные выпрямитель и введенную дифференцирую1$ щую цепочку и третий вход — с источником напряжения постоянного тока.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 — диаграмма работы системы фазового управления преобра- зователя.Способ регулирования тока нагрузки преобразователя заключается в том, что при астатическом законе регулирования вводят дополнительную отрицательную обратную связь по току на вход системы фазового управления. Введение дополнительной отрицательной обратной связи приводит к линеаризации регулировочной характеристики преобразователя, нелинейность которой связана с наличием зоны прерывистых токов и определяется регулировочной характерис$0 тикой системы фазового управления.

Для устойчивого регулирования при введении дополнительной обратной связи образуют два канала фазового сдвига управляющих импульсов преобразователя, один из которых реагирует приближенно на среднее значение сигнала рассогласования, а второй канал является быстродействующим и реагирует на мгновенное значение сигнала рассогласования. Выпрямленный и продифференцированный сигнал дополнительной обратной связи подают на вход быстродействующего канала фазового сдвига импульсов, где он суммируется с напряжением, пропорциональным сигналу рассогласования.

Управляющим напряжением первого канала

4$ является напряжение, пропорцкональное сигналу рассогласования. Фазовый сдвиг импульсов по первому каналу осуществляется путем сравнения опорного напряжения с управляющим напряжением перед формированием управляющих импульсов в точке отсчета угла управления, совпадающей с моментом перехода напряжения сети через нулевое значение благодаря изменению амплитуды опорного напряжения. По второму каналу фазовый сдвиг импульсов осуществляется путем сравнения того же опорного на и ряжения с напряжением, пропорциональным сигналу рассогласования и сигналу дополнительной обратной связи, и формирова I

661536 ния в момент сравнения управляющих импульсов. Дифференцирующая составляющая сигнала обратной связи приводит к уменьшению асимметрии управляющих импульсов.

Устройство =одержит входной операционный усилитель 1, подключенный к источнику 2 напряжения задания и к выходу датчика тока 3 нагрузки преобразователя, включенного в цепь обратной связи по току. Выход операционного усилителя 1 подключен к первому входу системы 4 фазового управ- 46 ления, второй вход которой соединен с выходом суммирующего усилителя 5. Усилитель 5 снабжен тремя резистивными входами, первый из которых связан с выходом операционного усилителя 1, второй через выпрямитель 6, нагруженный на дифференцирующую цепочку 7; связан с выходом датчика тока 3, и третий подключен к источнику 8 напряжения постоянного тока.

Система фазового управления соединена с преобразователем 9, нагруженным на актив- 20 но-индуктивную нагрузку !О.

Регулирование тока осуществляется следующим образом.

При нулевом значении задающего напряжения угол направления преобразователя устанавливается в соответствии с нулевым значением тока нагрузки преобразователя. При наличии задающего напря>кения с выхода операционного усилителя поступает напряжение на вход системы 4 фазового управления. Усилитель имеет пропор- ЗО ционально-интегральную характеристику.

Система фазового управления имеет два управляющих входа. Фазовый сдвиг импульсов в системе управления осуществляется благодаря опорному на и ряжению U> для каждого фазосдвигающего устройства. Количество устройств определяется фазностью схемы выпрямления преобразователя rn;

Временной интервал между опорными напряжениями составляет —, где T — период

Т колебаний напряжения сети. Генерация на- 49 пряжения происходит в моменты синхронизации, определяемые фазой синхронизирующего импульса. В моменты синхронизации (14 имеет максимальное значение (момент времени t на фиг. 2). Фазовый сдвиг импульсов относительно момента синхронизации осущестцляется в зависимости от двух управляющих напряжений, воздействующих на длительность U и, следовательно,на величину угла управлейия преобразователя. В момент синхронизации, от которого производит- 56 ся отсчет угла управления, амплитуда Uq определяется напряжением U, снимаемым с выхода операционного усилителя. Уровень напряжения Ц, «снизу» определяется напряжением Uq, снимаемым с выхода суммирующего усилителя. В момент сравнения (t q на диаграмме фиг. 2) происходит формирование импульса управления преобразователя, генерация !д прекращается и отсчет угла управления (фазы импульсов) заканчивается. Коэффициент передачи системы управления определяется наклоном опорного напряжения к оси времени (угол ф на диаграмме фиг. 2). Благодаря напряжению постоянного тока, подаваемого на вход суммирующего усилителя, движение напряжений U, и U происходит встречно, что вызывает двойное изменение угла управления при изменении выходного напряжения усилителя 1. Изменение угла управления I>.> при изменений напряжения без учета дискретности происходит мгновенно. По данной составляющей угла управления система управления является быстродействующим звеном и охватывается вместе с преобразователем и нагрузкой дополнительной отрицательной обратной связью по току. Для осуществления обратной связи в реверсивном преобразователе сигнал с выхода датчика тока выпрямляется. Выпрямленный сигнал через дифференцирующую цепочку 7 подается на вход суммирующего усилителя.

Дополнительная обратная связь приводит к уменьшению коэффициента усиления охватываемого контура, а также повышает его быстродействие. Снижение коэффициента усиления происходит прй непрерывном токе нагрузки и!>еобразователя. При прерывистылх токах обратная связь не действует в связи с дискретностью выработки управляющих импульсов, и, следовательно, коэффициент усиления при прерывистых токах за счет дополнительной обратной связи не изменяется. Снижение коэффициента в области непрерывных токов и сохранение коэффициента усиления при прерывистых токах ведет к линеаризации регулировочной характеристики преобразователя и, следоваТельно, повышению быстродействия в зоне прерывистых токов при отработке задающего воздействия.

8 установившемся процессе поддержание заданного значения тока сопровождается появлением субгармоническпх колебаний, вызываемых наличием асимм I pllkl управляющих импульсов. Для подавления этих колебаний сигнал обратной связи на вход суммирующего усилителя заводится через дифференцирующую цепочку, благодаря чему увеличивается крутизна заднего фронта пульсаций в управляющем напряжении, по которому происходит сравнение с опорным напряжением и выработка управляюи IIx импульсов. Это приводит к выравниванию пульсаций тока, эффекту повышения симметрии импульсов управления преобразователя и, следовательно, улучшению формы тока

Для исключения статическо" ошибки регулирования входной операционный усилитель имеет пропорционально-интегральную характеристику, благодаря форсировочной

66153

Ъ части которой обесгге1!йвается компенсаци Г инерционности нагрузки преобразователя:, уменьшенной за счет дополнительной об. ратной связи.. Поскольку система фазового управления по первому каналу фазового сдвига импульсов и составляющей угла управления аь зависящей от напряжения на выходе операционного усилителя 1, реагирует на среднее значение этого напряжения, то обеспечивается контроль и астатическое/

-регулирование при прерывистом токе как nd задйап1ему, так и возмущаваему воздейст вийе

В связи с тем, что перед формированием управляющих импульсов происходит сме щение управляющих импульсов по фазе бла годаря сравнению опорного напряжения с напряжением, пропорциональным сигналу рассогласования, в моменты синхронизации и формированием второго сигнала рассогласования путем выпрямлении, дифференцирования сигнала обратной связй и Суммирования его с первым сигналом рассогласова-™й яия, достигается линеарнзация регулировочной характеристики преобразователя, улуч- шается форма тока, обеспечивается устой"чивое регулирование с нулевого значения тока.

;1

Формуяа изобретения

1. Способ регулирования тока нагрузки тиристорного преобразователя путем изме- 30 нения фазы управляющих импульсов в функ-", ции двух сигналов рассогласования, для формирования которых измеряют ток нагруз ки, и сравнения этих сигналов с опорным напряжением, синхронизированным с на-пряжением сети, причем для получения первого сигнала рассогласования сигнал зада-:: ния алгебраически суммируют с сигналом обратной связи по току нагрузки, отличаю6

"щийся тем, что, с целью линеаризации ре-. гулировочной характеристики, улучшения формы тока нагрузки и расширения диапазона устойчивого регулирования, перед фор. мированием управляющих импульсов их сме;tb,àþò по фазе, для чего первый сигнал сравнивают с опорным в моменты перехода напряжения сети через нулевое значение.

2, Способ по и. 1, отличающийся тем, что для получения второго сигнала рассог ласования сигнал обратной связи выпрямляют, дифференцируют и суммируют с первым сигналом рассогласования.

3. Устройство для осуществления способа по пп. 1, 2, содержащее входной операционный усилитель, подключенный первым входом к источнику напряжения задания и вторым входом к датчику тока нагрузки преобразователя, включенному в цепь обрат-: ной связи по току нагрузки преобразователя, систему фазового управления.на выходе операционйого усилителя, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит выпрямитель и суммирующий усилитель, а система фазового управления имеет два аналоговых входа, причем второй вход системы фазового управлениИ соединен с выходом суммирующего усилителя, а первый вход суммирую-: щего усилителя связан с выходом операцион ного усилителя, второй вход — с выходом датчика тока через последовательно включенные выпрямитель и введенную дифференцирующую цепочку и третий вход — с источником напряжения постоянного тока, Источники информаций, принятые во внимание при экспертизе

1. «Автоматика и телемеханика», № !1, 1964, с. !601.

2. Динамика вентильного электропривода постоянного тока, под ред. А. Д. Позде- ева, М., «Энергия», 1975, с. 209. рис. 87.

3. Авторское свидетельство СССР ,% 261546, кл. Н 03 Р 13/16, 1967. йостааю. мь Ю. Андреев

Редактор В, Фельдман Техред 0; Луговая Корректор И. Михеева

Заказ NVS/5! Тирам 39! 4 . ф!оданеюе

ЦН Й И П И Государствеиидм комитета СССР по делам изобретений" и -открытий

) 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Рауаекая наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4