Групповой преобразователь
Патент 896724
Авторы
Групповой преобразователь
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОП ИСАНИЕ
<и>896724
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 040230 (21) 2879276/24-07 с присоединением заявки М— (23) Приоритет (51) М. Кл.з
И 02 М 7/515//
Н 02 М 5/27
Государственный комитет
СССР но дмам изобретений и открытий
Опубликовано 07.0 182 . Бюллетень Н9 1
Дата опубли ования описания 0701.82 (53) УДК 621. З14.
° 572 (088- 8) И.И.кантер, H.Ï.Ìèòÿûèí, И.И.Артюхов, .Пятницын и С.Ф.Степанов
/ ." ."
i -.= ""- ".,-- )
Г
Р
Саратовский политехнический инстит т (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ГРУППОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
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- 1з телей могут быть выполнены как по схеме инвертора тока,, так и инвертора напряжения.
Известен самовозбуждающий тиристорный инвертор, соединяемый при работе 20 с однотипными инверторамн 1 ).
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 (2 ).
Известны способ контроля нескольких параллельно работающих агрегатов и устройство для осуществления контроля нескольких параллельно работающих агрегатов L ) и 4 ).
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 ток между инверторами 15) и 1.6.).
Однако 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 обмотки
896 724 которых включены с одинаковой полярностью между соответ=твующими инверторами и фазовой сети, а вторичные обмотки соединены последовательно также с одинаковой полярностью j7 ).
Это устройство, отличаясь значительной массой и габаритами за счет уравнительных трансформаторов тока, не обеспечивает достаточной эффективности деления тока между остальными инверторами в широком диапазоне нагрузок, так как настраивается на фиксированную величину разбаланса входных токов инверторов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является групповой преобразонатель частоты, содержащий два объединенных по выходу иннертора, регуляторы постоянного напряжения н цепи питания каждого инвертора с установленными на их выходах LC-фильтрами, блок управления регуляторами, датчики тока н цепи питания иннерторов и узел сравнения сигналон (8 ).
Недостаток указанного устройства состоит в том, что оно решает задачу распределения нагрузки только н случае двух инверторов одинаковой мощности, что ограничивает области
его применения.
Цель изобретения — расширение области применения.
Указанная цель достигается тем, что группоной преобразователь частоты снабжен сумматором, делителем и блоком умножителей сигналов датчиков тока, соединенными последовательно, выход каждого из датчиков тока подключен 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 соответствующим входам блока управления регуляторами °
Кроме того, регуляторы постоянного напряжения выполнены в виде и выпрямительных полууправляемых мостов с совмещенной неуправляемой группой вентилей.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства, на фиг.2 — то же, инверторная часть системы преобразования; на фиг.3 — то же, схема,замещения одного инвертора на интервале симметрии его работы, на фиг.4 — временные диаграммы, иллюстрирующие связь между напряжением и током на входе каждого инвертора.
Групповой преобразователь частоты содержит регуляторы 1 постоянного напряжения с блоком 2 управления, LC-фильтры 3, объединенные по выходу инверторы 4, датчики 5 тока, сумматор 6, делитель 7, блок 8 умножителей и узел 9 сравнения.
УстРойство работает следующим образом.
В системе преобразования частоты в качестве управляющих воздействий при регулировании токов, потребляемых иннерторами, используются напряжения питания инверторон, подаваемые с выходов фильтров.
Рассмотрим тот случай, когда иннерторные части преобразователей ныполнены по схеме инвертора тока.
На фиг.2 Q — эквивалентное ре- зисторное сопротивление цепи постоянного тока К -oro инвертора, индуктивность катодного реактора К -ого инвертора.
1S
0,3 — напряжение питания к --ого инвертора, снимаемое с емкости фильт. ра Сф, мгновенное значение входноак го тока К -ого инвертора, 20 U><, U U<>- линейные напряжения на комиутйруюцих конденсаторах С.
На фиг.3 показана схема замещения
К-ого инвертора на интервале симметрии, когда во всех иннерторах ток д5 проводят вентили В и В . Уравнение для мгновенного значения тока
К имеет вид к + с1к d t + бк як <3к
Так как рассматриваемый интеРвал симметрии для тока является периодом, то после усреднения последнего уравнения получаем
, к- al =U „-И, где 0 — среднее за интервал значение напряжения на входе тиристорно го комплекса (на рассматриваемом интервале — среднее за интервал значение отрезка напряжения).
J < - среднее значение тока, пот40 ребляемого К -ым инвертором.
На фиг.4 показаны графики напряжений и токов, иллюстрирующие последние уравнения.
Из последнего уравнения получают
45 уд -у
dl(Rg, В стабилизированном по напряжению преобразователе частоты U=const и поэтому
50 ЭЗ, 1
3 Йд„ 7, д„
Это означает, что увеличение Ол приводит к увеличению тока, потребляемого t;-ым иннертором и, следовательно, регулированием этих напряжений можно добиться заданного распределения токов 3,3„, чем меньше Rcfk, тем меньшим изменением Ug достигают требуемого приращения тока 1дк .
Так как величина Йд весьма мала, то напряжение питания инверторов
Ис незначительно отличается друг от друга и, следовательно, мощности, потребляемые инверторами, равны
r„=U „. Л,7, 89б724 практически пропорциональны потребляемым токам.
При распределении нагрузки автоматической системы информация о величине токов Д „ поступает от датчиков
5, установленных в цепях постоянного тока инверторов 4. Так как токи
J8 - знакопостоянные величины, то . датчики могут быть выполнены в виде шунтов. Сигналы 1д, пропорциональные величины токов дик, с выходов ,цатчиков 4 поступают на входы сумматора 7, на выходе которого полуИ чается сигнал и = д., пропор-! к=л циональный сумме токов, потребляемых инверторами. Величина д поступает на вхоц делителя 7. осуществляющего деление на и. Выходной сигнал блока деления 7 3,>= — 3g поступает на выходы блока умножителей 8, число которых равно и. Умно>китель 8, соответствующий !(-ому преобразователю, осуществляет умножение величины
jd на коэффициент Ц„, пропорциональнйй мощности К -ого преобразователя. При этом коэффициент Rк подбира.25 ют так, чтобы выполнялось условие нормирования
t +12 ...+1И=1
Выходной сигнал 3к -ого умножителя о
Э,1„ пропорционален той величине тока о
К-oro преобразователя, который должен потребляться при требуемом распределении нагрузки.
Эта величина д 1„ представляет собой автоматически вычйсляемую уставку 35 системы распределения.
Величины > „ в узле 9 сравнения сигналов сравниваются с поступающими с датчиков 5 величинами 5,)к, пропорциональными текущими значениями потребляемых токов. Сумматор б, делитель
7 и блок 8 умножителей могут быть выполнены на базе операционных усилителей с соответствующими коэффициентами передачи. Сигналы рассогласования а 8к= 3 — Эд, пропорциональ- 45 ные отклонениям текущих значений потребляемых токов от требуемых при данной мощности нагрузки значе ний этих токов; поступают на входы блока 2 управления регулируемыми ис- 50 точниками 1 постоянного напряжения, которые в частном случае могут быть выполнены как управляемые выпрямители °
Блок 2 управления вырабатывает сигналы управления тиристорами регулируемых выпрямителей. В преобразователях, включаемых на параллельную работу, исходное значение блока
2 управления может состоять в регу- gp лировании величины выходных напряжений выпрямителей с целью стабилизации выходного напряжения каждого преооразователя. В этом случае сигналы рассогласования Ь 1С>к, подавае- у мые с выходов узла 9 сравнения, складываются в блоке 2 управления с сигналом рассогласования основного контура регулирования (т.е. с сигналом обратной связи системы стабилизации выходного напряжения).
Таким образом, угол регулирования зажиганием вентилей < --ого выпрямителя 1 равен о где с — составляющая величина угла регулирования, определяемая системой стабилизации выходного напряжения, причем эта составляющая — общая для всех преобразователей, величина дополнительного угла регулирования, определяемая рассогласованием а 7д„°
Блок управления работает таким образом, что для тех преобразователей, для которых текущее значение потребляемого тока 3 превышает требуемую величину этого тока jdÄ(r.е. о
pled< с О) величинаХкr О и, следовательно, напряжение подаваемое на вход соответствующего.инвертора 0 к уменьшается, что приводит к уменьшению тока Эдк и уменьшению абсолютной величины рассогласования 5,1» .. Наоборот, при д с 3 (3 )„>О) величина дополнительного угла о к< О, что ведет к увеличению тока Д и .> уменьшению абсолютной величины рассогласования.
В установившемся режиме для всех преобразователей с точностью, определяемой коэффициентом усиления блока
2 управления, выполняются равенства
1 о К dK - K dk = и d.
Таким образом, выполняется требуемое условие распределения нагрузки между 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 лнйой 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.
896724
Деление тока в предлагаемой системе может быть достигнуто с заданной точностью выбором коэффициента усиления управляющего блока, в то время как в известном устройстве () точность определяется выбором и исполнением силовых элементов схемы (трансформаторов тока).
Групповой преобразователь частоты не использует дополнительной силовой аппаратуры, не имеющейся в пре-10 образователях, включаемых на параллельную работу.
Положительный эффект предлагаемого устройства по отношению к известному состоит в следующем.
Устройство решает задачу распределения нагрузки только для случая двух инверторов ° Действительно, принцип получения управляющего воздействия в системе балансировки состоит в сравнении двух токов. В результа- 20 те их разность стремится к нулю, причем каждый из токов стремится кдругому и тем самым автоматически к полусумтавкой регулирования, хотя фактически и не вычисляются. 25
В 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 арифметического 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- 40 ческое потребляемых токов. Это добавление является необходимым при И 72.
Таким образом, здесь количество переходит в качество: при ) 2 устройство (,8 )не может решить задачу распреде- 45 ления нагрузки без новых элементов: суммирующего элемента и делителя на
И
Известное устройство решает задачу только в случае равномерного .распределения токов. Даже при р =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 с4учае несколько — по числу инверторов), к которым должны стремиться то ки инверторов.
В предлагаемом устройстве эти уставки находятся умножением среднего 60 арифметического тока на заданные ве" личины пропорции
2 И
Таким 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 изобретения
1. Групповой преобразователь, содержащий по крайней мере два объединенных по выходу инвертора, регуляторы постоянного напряжения в цепи питания каждого инвертора с установленными на их выходах LC-фильтрами, блок управления регуляторами, датчики тока в цепи питания инверторов и узел сравнения сигналов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения области применения, он снабжен сумматором, делителем и блоком умножителей сигналов датчиков тока, соединенными последовательно, выход каждого из датчиков тока подключен к одному из входов 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 соответствующим входам блока управления регуляторами.
2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что регуляторы постоянного напряжения выполнены в виде выпрямительных полууправляемых мостов с совмещенной анодной не управляемой группой вентилей.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. 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, 9 13, с.78.
6. Изобретения в СССР и за рубежом, 1979, вып.113, Р 11, с.62.
7. Изобретения за рубежом, 1977, вып.50, Р 12.
8. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2840859, 07 от 16.11.79, кл. Н 02 М 7/515.
896724 фиг.3 и zo
Составитель Г.Мыцык
Техред Т. Маточка Корректор В.Синицкая, Редактор И.Ковальчук
Заказ 11721/42 Тираж 718 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5
Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4