RU2622043C2 - Control system of controlled voltage rectifier - Google Patents
Control system of controlled voltage rectifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2622043C2 RU2622043C2 RU2015147839A RU2015147839A RU2622043C2 RU 2622043 C2 RU2622043 C2 RU 2622043C2 RU 2015147839 A RU2015147839 A RU 2015147839A RU 2015147839 A RU2015147839 A RU 2015147839A RU 2622043 C2 RU2622043 C2 RU 2622043C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- voltage
- current
- phase
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/10—Regulating voltage or current
- G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
- G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
- G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое устройство относится к электротехнике, в частности к устройствам для преобразования переменного тока в постоянный, и наоборот, постоянного тока в переменный с использованием полупроводниковых приборов: транзисторов и диодов - в мостовой схеме.The proposed device relates to electrical engineering, in particular to devices for converting alternating current to direct, and vice versa, direct current to alternating current using semiconductor devices: transistors and diodes in a bridge circuit.
Управляемые выпрямители напряжения (УВН), которые также известны под названиями: активные выпрямители или обратимые преобразователи напряжения, применяются в качестве выпрямителя для питания потребителей постоянного тока или, вместе с автономными инверторами, в составе преобразователей частоты. Основой УВН является составленный из неуправляемых диодов (Д) обычный неуправляемый выпрямитель, который теперь стали называть также неуправляемый выпрямитель тока. У УВН параллельно диодам включены транзисторы (Т), выполняющие функцию электронных ключей, проводящих ток в направлении, обратном по отношению к прямому току параллельно включенных диодов. Совокупность всех Д и Т образует вентильный коммутатор (ВК). Именно благодаря указанному устройству ВК УВН, в отличие от выпрямителей других разновидностей, обладает замечательным свойством: в управляемом режиме работы он может поддерживать требуемое значение угла ϕ1 сдвига между синусоидальным напряжением, имеющим частоту источника переменного напряжения, к которому подключены входные зажимы УВН, и первой гармоникой входного тока УВН. В частности, когда УВН работает в качестве выпрямителя, получающего энергию от источника напряжения ИН переменного тока и передающего его потребителям постоянного тока, первая гармоника входного тока УВН совпадает по фазе с соответствующим фазным напряжением ИН, то есть угол ϕ1 равен 0 радиан (или 0). Кроме того, УВН может работать и в качестве автономного инвертора напряжения, передающего энергию от потребителя постоянного тока к ИН. При этом первая гармоника входного тока УВН противоположна по фазе соответствующему напряжению ИН, то есть угол ϕ1 равен π (180). В обоих случаях абсолютное значение коэффициента мощности, потребляемой от ИН или поступающей в него, равно 1, то есть имеет максимальное значение.Controlled voltage rectifiers (DC), which are also known as: active rectifiers or reversible voltage converters, are used as a rectifier to power DC consumers or, together with stand-alone inverters, as part of frequency converters. The basis of UVN is a conventional uncontrolled rectifier composed of uncontrolled diodes (D), which is now also called an uncontrolled rectifier. In the case of UVN, transistors (T) are connected in parallel with the diodes, which function as electronic switches that conduct current in the direction opposite to the direct current of the parallel connected diodes. The combination of all D and T forms a valve switch (VK). It is thanks to the specified VK device that the UVR, in contrast to rectifiers of other varieties, has a remarkable property: in a controlled mode of operation, it can maintain the required value of the angle of shift ϕ 1 between the sinusoidal voltage having a frequency the AC voltage source to which the input terminals of the UVN are connected, and the first harmonic of the input current of the UVN. In particular, when an IHF operates as a rectifier, receiving energy from an AC voltage source of alternating current and transmitting it to DC consumers, the first harmonic of the input voltage of the IHF is in phase with the corresponding phase voltage of the IN, that is, the angle ϕ 1 is 0 radian (or 0 ) In addition, the IHC can also work as a stand-alone voltage inverter, transmitting energy from a DC consumer to an ID. In this case, the first harmonic of the input voltage of the IHF is opposite in phase to the corresponding voltage of the IN, i.e., the angle ϕ 1 is π (180). In both cases, the absolute value of the power factor consumed from or supplied to the ID is 1, that is, it has a maximum value.
Для обеспечения требуемого значения угла ϕ1 сдвига между синусоидальным входным напряжением УВН и первой гармоникой входного тока УВН и стабилизации выпрямленного напряжения Ud УВН вводят в состав системы его управления, которая кроме него и ИН содержит также управляющее устройство, выход которого подключен к управляющему входу ВК, блок управления, выход которого подключен к управляющему входу управляющего устройства, и измерительные преобразователи входных и выходных токов и напряжений УВН, выходы которых подключены к измерительным входам управляющего устройства.To ensure the required value of the angle ϕ 1 of the shift between the sinusoidal input voltage of the UVN and the first harmonic of the input current of the UVR and the stabilization of the rectified voltage U d, the UVR is introduced into the control system, which in addition to it also contains a control device, the output of which is connected to the VK control input , a control unit, the output of which is connected to the control input of the control device, and measuring transducers of input and output currents and voltages of UVN, the outputs of which are connected to measuring inputs of the control device.
В неуправляемом режиме работы, когда ток проводят только диоды ВК, транзисторы ВК нельзя включить, то есть переход к работе в управляемом режиме не может осуществиться, так как падение напряжения в открытом диоде приложено к электродам транзистора в направлении, противоположном тому, при котором транзистор переходит в проводящее состояние при подаче на него соответствующего управляющего импульса.In uncontrolled operation mode, when only VC diodes conduct current, VC transistors cannot be turned on, that is, the transition to operation in a controlled mode cannot be carried out, since the voltage drop in the open diode is applied to the transistor electrodes in the opposite direction to which the transistor goes over into a conducting state when a corresponding control pulse is applied to it.
Входные зажимы ВК соединены с входными зажимами УВН, а выходные зажимы ВК подключены к выходным зажимам УВН, к которым подключена также его нагрузка и выходной конденсатор, который является обязательным элементом УВН и предназначен для выполнения следующих трех функций. Во-первых, это стабилизация среднего значения выходного напряжения УВН Ud на уровне, требуемом нагрузке УВН вне зависимости этого значения от тока нагрузки, и сглаживание выходного напряжения Ud УВН: амплитудные значения пульсаций его напряжения меньше тех, что допустимы для нагрузки УВН. Во-вторых, выходной конденсатор препятствует самопроизвольному возникновению неуправляемого режима работы УВН, так как напряжение Ud выходного конденсатора поддерживается на уровне, превосходящем амплитуду синусоидального напряжения ИН. В-третьих, из-за напряжения Ud выходного конденсатора, УВН, работая в качестве автономного инвертора напряжения с применением широтно-импульсной модуляции (ШИМ), формирует на входе ВК напряжение, форма которого представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с постоянной амплитудой, равной Ud, но с изменяющейся по синусоидальному закону их длительностью. Частота коммутации этих импульсов , которая также называется несущей частотой, в сотни и более раз превосходит частоту ИН.The input terminals of the VK are connected to the input terminals of the UVN, and the output terminals of the VK are connected to the output terminals of the UVN, to which its load and output capacitor are connected, which is a mandatory element of the UVN and is designed to perform the following three functions. Firstly, it is stabilization of the average value of the output voltage of the UHF U d at the level required by the load of the UHF regardless of this value on the load current, and smoothing of the output voltage U d of the UHF: the amplitude values of the ripple of its voltage are less than those that are acceptable for the load of the UHF. Secondly, the output capacitor prevents the uncontrolled occurrence of uncontrolled operation of the UVR, since the voltage U d of the output capacitor is maintained at a level exceeding the amplitude of the sinusoidal voltage IN. Thirdly, due to the voltage U d of the output capacitor, the UHF, working as a stand-alone voltage inverter using pulse-width modulation (PWM), generates a voltage at the VC input, the shape of which is a sequence of rectangular pulses with a constant amplitude equal to U d , but with their duration varying according to a sinusoidal law. Switching frequency of these pulses , which is also called the carrier frequency, is hundreds or more times higher than the frequency IN
Первая гармоника входного напряжения ВК уравновешивает основную часть напряжения ИН. Помимо первой гармоники входное напряжение ВК содержит ряд высших гармоник, первые из которых имеют частоты, близкие к несущей частоте .The first harmonic of the input voltage VC balances the main part of the voltage IN. In addition to the first harmonic, the input voltage of the VC contains a number of higher harmonics, the first of which have frequencies close to the carrier frequency .
У однофазного мостового УВН между первым из входных зажимов УВН и первым из входных зажимов ВК включены последовательно соединенные измерительный преобразователь входного тока УВН и входной реактор, имеющий индуктивность L, а вторые из входных зажимов ВК и УВН соединены друг с другом напрямую. У трехфазного мостового УВН три фазных входных зажима УВН подключены к трем фазным выходным зажимам ИН и, через три фазных входных реактора, каждый из которых включен последовательно с измерительным преобразователем фазного входного тока УВН, к соответствующим входным зажимам ВК. Входные реакторы являются обязательными элементами УВН, которые предназначены для выполнения следующих трех функций. Во-первых, индуктивное сопротивление реактора ω1L, где ω1 угловая частота ИН, определяет амплитуду и фазу первой гармоники входного тока УВН, так как падение напряжения от этого тока на указанном индуктивном сопротивлении равно разности между основной частью напряжения ИН и первой гармоникой входного напряжения ВК. Во-вторых, индуктивность реактора L определяет производную по времени t входного тока i1 УВН, в момент времени, соответствующий началу перехода во включенное состояние одного из транзисторов анодной группы ВК и одного из транзисторов его катодной группы, так как в этот момент времени к реактору подводится сумма напряжений ИН и выходного напряжения Ud УВН, и эта сумма равна . В-третьих, входной реактор сглаживает входной ток УВН и не пропускает в ИН и в другие кроме УВН потребители электроэнергии, подключенные к ИН, высшие гармонические составляющие входного тока УВН, так как индуктивное сопротивление реактора для высших гармонических составляющих входного тока УВН в сотни и более раз больше, чем его сопротивление для первой гармоники, и тем больше, чем больше номер высшей гармоники.In a single-phase bridge-type IHV, between the first of the input terminals of the IOC and the first of the input terminals of the VK, series-connected measuring transducer of the input current of the IOC and the input reactor having an inductance L are connected, and the second of the input terminals of the VC and IOC are connected directly to each other. In a three-phase bridge-type I-V, three-phase I / O input terminals are connected to the three-phase ID output terminals and, through three-phase input reactors, each of which is connected in series with the input-phase input current measuring transducer, to the corresponding input terminals of the VC. Input reactors are mandatory elements of the IOC, which are designed to perform the following three functions. Firstly, the inductive reactance of the reactor ω 1 L, where ω 1 is the angular frequency of the IN, determines the amplitude and phase of the first harmonic of the input current of the IHV, since the voltage drop from this current at the indicated inductive resistance is equal to the difference between the main part of the voltage of the IN and the first harmonic of the input voltage VK. Secondly, the reactor inductance L determines the derivative in time t of the input current i 1 of the UHF, at the time corresponding to the beginning of the transition to the on state of one of the transistors of the anode group VK and one of the transistors of its cathode group, since at this moment of time the sum of the voltages IN and the output voltage U d UVN, and this amount is equal to . Thirdly, the input reactor smoothes the input current of the IHV and does not transmit to the IN and other than the IOD consumers of electricity connected to the ID the higher harmonic components of the input current of the IOD, since the inductive resistance of the reactor for higher harmonic components of the input current of the IOC is hundreds or more times greater than its resistance for the first harmonic, and the greater the greater the number of higher harmonics.
Известна система управления однофазного мостового УВН. Схема этого УВН и осциллограммы токов и напряжений в нем приведены в [Электротехника. - В 3-х книгах. Книга II. Электрические машины. Промышленная электроника. Теория автоматического управления / Под ред. П.А. Бутырина, Р.Х. Гафиятуллина, А.Л. Шестакова. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. - 711 с., стр 445, 446 и 451, рисунок 25.3 (аналог)]. Аналог работает следующим образом: до подключения к источнику напряжение выходного конденсатора равно нулю. По команде, полученной от блока управления (БУ), начинается процесс неуправляемого заряда выходного конденсатора. Из-за пренебрежимо малого сопротивления диодов, входящих в вентильный коммутатор (ВК) выпрямителя напряжения, и отсутствия напряжения на зажимах выходного конденсатора начальная стадия этого процесса равносильна короткому замыканию источника напряжения (ИН). В результате напряжение на выходном конденсаторе начинает возрастать. Для снижения вышеупомянутых пусковых токов, во входную цепь устройства для подключения УВН, как правило, включают токоограничивающие резисторы.A known control system for a single-phase bridge UVN. A diagram of this I-V and the waveforms of currents and voltages in it are given in [Electrical Engineering. - In 3 books. Book II. Electric cars. Industrial Electronics. Theory of Automatic Control / Ed. P.A. Butyrina, R.Kh. Gafiyatullina, A.L. Shestakova. - Chelyabinsk: SUSU Publishing House, 2004. - 711 p., Pp. 445, 446 and 451, Figure 25.3 (analogue)]. The analogue works as follows: before connecting to the source, the voltage of the output capacitor is zero. At the command received from the control unit (CU), the process of uncontrolled charge of the output capacitor begins. Due to the negligible resistance of the diodes included in the rectifier gate switch (VC), and the lack of voltage at the terminals of the output capacitor, the initial stage of this process is equivalent to a short circuit of the voltage source (IN). As a result, the voltage at the output capacitor begins to increase. To reduce the aforementioned inrush currents, current-limiting resistors are usually included in the input circuit of the device for connecting the UVR.
Аналог работает с углом сдвига ϕ1 между входным напряжением УВН и током, потребляемым от ИН, равным 0, или током, возвращаемым в ИН, равным π. Блок управления (БУ) подает в управляющее устройство (УУ) два массива заданных мгновенных значений входного тока УВН. Первый из них состоит из максимальных мгновенных значений этого тока, которые несколько превосходят мгновенные значения синусоидального тока, совпадающего по фазе с входным напряжением УВН в выпрямительном режиме его работы или находящегося с входным напряжением УВН в противофазе в инверторном режиме его работы. Второй массив состоит из минимальных мгновенных значений входного тока УВН, которые несколько меньше мгновенных значений указанного синусоидального тока. В моменты времени, когда значение измеренного с помощью измерительного преобразователя входного тока равно значению входного тока из второго массива, УУ подает команду на включение одного из транзисторов анодной группы ВК и одного из транзисторов его катодной группы. После этого входной ток УВН начинает возрастать. Когда он достигнет значения, входящего в первый массив, УУ подаст команду на выключение этих транзисторов. После этого входной ток УВН станет снижаться. Когда он достигнет значения, входящего во второй массив, процесс повторится.The analogue works with a shift angle ϕ 1 between the input voltage of the IHV and the current consumed from the ID equal to 0, or the current returned to the IN equal to π. The control unit (CU) delivers to the control device (CU) two arrays of specified instantaneous values of the input current of the IOC. The first of them consists of the maximum instantaneous values of this current, which slightly exceed the instantaneous values of the sinusoidal current, which coincides in phase with the input voltage of the IHV in the rectifying mode of its operation or is in phase with the input voltage of the IHV in inverted mode of its operation. The second array consists of the minimum instantaneous values of the input current of the UHF, which are slightly less than the instantaneous values of the specified sinusoidal current. At times when the value of the input current measured by the measuring transducer is equal to the value of the input current from the second array, the UE gives a command to turn on one of the transistors of the anode group VK and one of the transistors of its cathode group. After that, the input current of the UHF begins to increase. When it reaches the value included in the first array, the UU will issue a command to turn off these transistors. After that, the input current of the IOC will begin to decrease. When it reaches the value included in the second array, the process will be repeated.
Аналогу присущи три недостатка. Первый из них - это большой размер указанных двух массивов, что требует для составления этих массивов выполнения большого объема вычислительной работы. Второй недостаток аналога заключается в том, что в литературе пока еще не описаны проверенные на практике алгоритмы работы при других, не равных 0 или π, углах сдвига ϕ1. Третий недостаток аналога проявляется в том, что он не обеспечивает стабилизацию среднего значения выходного напряжения УВН.The analogue has three drawbacks. The first of these is the large size of these two arrays, which requires a large amount of computational work to compile these arrays. The second drawback of the analogue is that the literature has not yet described proven practice algorithms for other shift angles ϕ 1 not equal to 0 or π. The third disadvantage of the analog is manifested in the fact that it does not provide stabilization of the average value of the output voltage of the UVN.
Известна также, свободная от недостатков аналога, система управления однофазного мостового УВН, которая наиболее близка по технической сущности к предлагаемому устройству и выбрана в качестве прототипа, функциональная схема которой и пояснения к ней приведены в [Электротехника. - В 3-х книгах. Книга II. Электрические машины. Промышленная электроника. Теория автоматического управления / Под ред. П.А. Бутырина, Р.Х. Гафиятуллина, А.Л. Шестакова. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. - 711 с., стр. 460, 461, рисунок 25.13, (прототип)]. Система управления управляемого выпрямителя напряжения (УВН), которая содержит однофазный мостовой УВН, содержащий однофазный вентильный коммутатор (ВК), входной реактор и выходной конденсатор, а также кроме УВН управляющее им устройство, выход которого подключен к управляющему входу ВК, подключенные своими выходами к входам управляющего устройства блок управления и измерительные преобразователи входных и выходных токов и напряжений УВН, причем к управляющему входу управляющего устройства подключен первый выход блока управления, нагрузка УВН, выходной конденсатор и измерительный преобразователь выходного напряжения УВН подключены между положительным и отрицательным выходными зажимами УВН, а оба, первый и второй входные зажимы УВН соединены с выходными зажимами однофазного источника переменного напряжения или с двумя фазными выходными зажимами трехфазного источника переменного напряжения, при этом измерительный преобразователь входного напряжения подключен между первым и вторым входными зажимами УВН, первый входной зажим УВН подключен к первому входному зажиму ВК через последовательное соединение измерительного преобразователя входного тока УВН и входного реактора, а второй входной зажим УВН подключен ко второму входному зажиму ВК непосредственно, положительный выходной зажим ВК подключен к положительному выходному зажиму УВН непосредственно, а отрицательный выходной зажим ВК подключен к отрицательному выходному зажиму УВН через измерительный преобразователь выходного тока УВН. Блок управления (БУ) прототипа подает в устройство управления (УУ) всего две величины: заданное значение угла ϕ1 сдвига между синусоидальным входным напряжением УВН и заданное среднее значение выпрямленного напряжения Ud. Помимо положительного свойства, которое проявляется в отсутствие перечисленных выше недостатков аналога, прототип имеет и два недостатка.Also known, free from the disadvantages of an analogue, is a control system for a single-phase bridge UVN, which is closest in technical essence to the proposed device and is selected as a prototype, a functional diagram of which and explanations are given in [Electrical Engineering. - In 3 books. Book II. Electric cars. Industrial Electronics. Theory of Automatic Control / Ed. P.A. Butyrina, R.Kh. Gafiyatullina, A.L. Shestakova. - Chelyabinsk: Publishing house of SUSU, 2004. - 711 p., P. 460, 461, figure 25.13, (prototype)]. The control system of a controlled voltage rectifier (IHF), which contains a single-phase bridge I / O device, containing a single-phase gate switch (VK), an input reactor and an output capacitor, as well as a control device, the output of which is connected to the control input of the VK, connected to the inputs by its outputs the control device, the control unit and measuring transducers of input and output currents and voltages of the IHV, and the first output of the control unit connected to the control input of the control device a narrow VHF, an output capacitor and a measuring device for output voltage of the VHF are connected between the positive and negative output terminals of the VHF, and both the first and second input terminals of the VHF are connected to the output terminals of a single-phase AC voltage source or with two phase output terminals of a three-phase AC voltage source, while the input voltage measuring transducer is connected between the first and second input terminals of the UVN, the first input terminal of the UVN is connected to the first input terminal VC through a serial connection of the input current measuring transducer of the IOC and the input reactor, and the second input terminal of IOC is connected directly to the second input terminal of VC, the positive output terminal of VC is connected directly to the positive output terminal of VC, and the negative output terminal of VC is connected to negative output terminal of VC through the measuring transducer of the output current UVN. The control unit (CU) of the prototype delivers only two quantities to the control device (CU): the specified value of the angle ϕ 1 of the shift between the sinusoidal input voltage of the IOC and the specified average value of the rectified voltage U d . In addition to the positive property, which is manifested in the absence of the above disadvantages of the analogue, the prototype has two disadvantages.
Первый из них заключается в том, что токи цепей УВН, возникающие при подключении УВН с незаряженным выходным конденсатором к источнику переменного нерегулируемого напряжения, могут быть слишком велики, так как при этом входной ток УВН является, по сути, током короткого замыкания ИН на входной реактор. Индуктивность этого реактора относительно невелика, так как она должна быть не больше такой, которая обеспечивает достижение необходимого значения начальной производной такой заданной синусоиды входного тока выпрямителя в управляемом режиме его работы, которая сдвинута от синусоидального напряжения ИН на небольшой заданный угол ϕ1. Поэтому токи цепей УВН, возникающие при подключении УВН с незаряженным выходным конденсатором к ИН в моменты времени, когда напряжение ИН близко к его амплитудному значению, могут вывести из строя диоды выпрямителя, внутренние проводники выходного конденсатора и соединительные провода.The first of them is that the currents of the IHF circuits arising when the IHF with an uncharged output capacitor is connected to a source of variable uncontrolled voltage may be too large, since the input current of the IHF is, in fact, a short-circuit current of the IN to the input reactor . The inductance of this reactor is relatively small, since it should not be greater than that which ensures the achievement of the required value of the initial derivative of such a given sinusoid of the input current of the rectifier in a controlled mode of its operation, which is shifted from the sinusoidal voltage IN by a small predetermined angle ϕ 1 . Therefore, the currents of the I / O circuits arising when the I / O with an uncharged output capacitor is connected to the ID at times when the voltage of the ID is close to its amplitude value can damage the rectifier diodes, the internal conductors of the output capacitor and the connecting wires.
Второй недостаток - это неприспособленность прототипа к оперативной настройке емкости выходного конденсатора и коэффициентов передачи связей между элементами УУ при изменении параметров нагрузки УВН, когда следует откорректировать значение емкости выходного конденсатора, заменяя количество и емкость параллельно включенных конденсаторов, добиваясь при этом необходимой амплитуды пульсаций выходного напряжения УВН.The second disadvantage is the inability of the prototype to quickly adjust the capacity of the output capacitor and the transmission coefficients of the links between the elements of the control unit when changing the load parameters of the IHV, when it is necessary to adjust the value of the capacity of the output capacitor, replacing the number and capacity of the parallel connected capacitors, while achieving the necessary amplitude of ripple of the output voltage of the IO .
Изменение параметров выходного конденсатора влечет за собой изменение передаточных функций УВН, являющегося объектом управления. Поэтому для обеспечения требуемых статических и динамических характеристик контуров управления углом ϕ1 сдвига между входными напряжением и током УВН и стабилизации выпрямленного напряжения Ud необходимо настроить заново коэффициенты передачи связей между элементами УУ. Требуемые настройки и корректировки параметров УВН и УУ производит оператор, который принимает решения на основании параметров и отображаемых с помощью осциллографа осциллограмм сигналов, действующих в настраиваемой системе. Указанные параметры и массивы мгновенных значений, образующих эти осциллограммы, можно получить с помощью дополнительных измерительных преобразователей входных и выходных токов и напряжений УВН. Аналогичные штатные измерительные преобразователи, которые вместе с УВН и УУ выпускающие УВН фирмы включают в один общий комплект с УВН и УУ, применять для выполнения указанных настроечных работ нельзя, так как выходы этих преобразователей, рассчитанные на подключение к высокоомным входам микропроцессора, на базе которого реализовано УУ, запрещается использовать по другому назначению. Таким образом, проведение указанных настроечных работ требует создания достаточно сложного измерительного комплекса каждый раз после замены УВН или линий, которые подключают УВН к ИН и к нагрузке УВН, а также после изменений параметров нагрузки УВН, или ИН, или после изменений структуры сети, в которую входит ИН.Changing the parameters of the output capacitor entails a change in the transfer functions of the UVN, which is the control object. Therefore, in order to provide the required static and dynamic characteristics of the control loops of the angle ϕ 1 of the shift between the input voltage and the current of the high voltage and to stabilize the rectified voltage U d, it is necessary to re-configure the transmission coefficients of the links between the elements of the control unit. The required settings and adjustments of the UVN and UU parameters are made by the operator, who makes decisions based on the parameters and the oscillograms of the signals operating in the tuned system displayed with the help of an oscilloscope. The indicated parameters and arrays of instantaneous values that form these oscillograms can be obtained using additional measuring transducers of input and output currents and voltage of high voltage. Similar full-time measuring transducers, which, together with the IHF and UU, producing UHF companies, are included in one common kit with the IUU and UU, cannot be used to perform the specified tuning works, since the outputs of these transducers, designed to connect to the high-impedance inputs of the microprocessor, on the basis of which it is implemented UU, it is forbidden to use for another purpose. Thus, the performance of the indicated tuning work requires the creation of a rather complex measuring complex each time after replacing the IOC or lines that connect the IOC to the IN and to the load of the IOC, as well as after changing the load parameters of the IOC, or IN, or after changing the network structure into which Includes IN.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является улучшение качественных показателей работы и настройки системы управления УВН:The task to which the invention is directed is to improve the quality indicators of work and the settings of the control system of the IOC:
- снижение до безопасных значений токов цепей УВН, возникающих при подключении УВН с незаряженным выходным конденсатором к ИН в моменты времени, когда напряжение ИН близко к его амплитудному значению.- reduction to safe values of the currents of the I / O circuits arising when the I / O with an uncharged output capacitor is connected to an IN at times when the voltage of the IN is close to its amplitude value.
- дополнение системы управления УВН элементами, которые позволят упростить, ускорить и повысить качество настройки емкости выходного конденсатора и коэффициентов передачи связей между элементами УУ, что необходимо делать каждый раз после замены УВН или линий, которые подключают УВН к ИН и к нагрузке УВН, а также после изменений параметров нагрузки УВН, или ИН, или после изменений структуры сети, в которую входит ИН.- addition of the control system of the IOC elements that will simplify, speed up and improve the quality of setting the output capacitor capacitance and transmission coefficients of the links between the elements of the control unit, which must be done every time after replacing the IOC or lines that connect the IOC to the IN and to the load of the IOC, as well after changes in the load parameters of the IOC, or ID, or after changes in the structure of the network, which includes ID.
Поставленная задача достигается тем, что в систему управления управляемого выпрямителя напряжения (УВН), которая содержит однофазный мостовой УВН, содержащий однофазный вентильный коммутатор (ВК), входной реактор и выходной конденсатор, а также кроме УВН управляющее им устройство, выход которого подключен к управляющему входу ВК, подключенные своими выходами к входам управляющего устройства блок управления и измерительные преобразователи входных и выходных токов и напряжений УВН, причем к управляющему входу управляющего устройства подключен первый выход блока управления, нагрузка УВН, выходной конденсатор и измерительный преобразователь выходного напряжения УВН подключены между положительным и отрицательным выходными зажимами УВН, а оба, первый и второй входные зажимы УВН соединены с выходными зажимами однофазного источника переменного напряжения или с двумя фазными выходными зажимами трехфазного источника переменного напряжения, при этом измерительный преобразователь входного напряжения подключен между первым и вторым входными зажимами УВН, первый входной зажим УВН подключен к первому входному зажиму ВК через последовательное соединение измерительного преобразователя входного тока УВН и входного реактора, а второй входной зажим УВН подключен ко второму входному зажиму ВК непосредственно, положительный выходной зажим ВК подключен к положительному выходному зажиму УВН непосредственно, а отрицательный выходной зажим ВК подключен к отрицательному выходному зажиму УВН через измерительный преобразователь выходного тока УВН, введено устройство для подключения УВН к источнику напряжения переменного тока (сокращенное название этого устройства - УП), у которого входные зажимы непосредственно подключены к выходным зажимами однофазного источника переменного напряжения или к двум фазным выходным зажимам трехфазного источника переменного напряжения, а входные зажимы УВН - к выходным зажимам УП, которое содержит токоограничивающую цепь, состоящую из токоограничивающего реактора и первого и второго выключателей, причем первый зажим первого выключателя соединен с первым входным зажимом УП, ко второму зажиму первого выключателя подключены первые зажимы второго выключателя и токоограничивающего реактора, а их вторые зажимы подключены к первому выходному зажиму УП, второй выходной зажим которого подключен к его второму входному зажиму напрямую, а управляющий вход УП подключен к второму выходу блока управления.The task is achieved by the fact that in the control system of a controlled voltage rectifier (RPC), which contains a single-phase bridge RCD, containing a single-phase gate switch (VK), an input reactor and an output capacitor, as well as in addition to the RPC, a control device, the output of which is connected to the control input VK, connected by their outputs to the inputs of the control device, the control unit and the measuring transducers of the input and output currents and voltages of the UVN, and to the control input of the control device by the first output of the control unit is switched on, the load of the IHF, the output capacitor and the measuring transducer of the output voltage of the IHF are connected between the positive and negative output terminals of the IHV, and both, the first and second input terminals of the IHC are connected to the output terminals of a single-phase AC voltage source or with two phase output terminals of a three-phase an AC voltage source, while the input voltage measuring transducer is connected between the first and second input terminals of the UVN, the first input the IHV press is connected to the first input terminal VC through a serial connection of the input current measuring device and the input reactor, and the second input terminal is connected directly to the second input terminal VC, the positive output terminal VC is connected directly to the positive output terminal VC, and the negative output terminal VK connected to the negative output terminal of the IHF through the measuring converter of the output current of the IHV, a device for connecting the IOC to the voltage source current (the abbreviated name of this device is UP), in which the input terminals are directly connected to the output terminals of a single-phase AC voltage source or to two phase output terminals of a three-phase AC voltage source, and the input terminals of the UVN are connected to the output terminals of the UP, which contains a current-limiting circuit, consisting of a current-limiting reactor and first and second switches, the first terminal of the first switch being connected to the first input terminal of the unitary enterprise, to the second terminal of the first switch By connecting the first terminals of the second switch and current limiting reactor, and their second terminals connected to first output terminal UP, the second output terminal of which is connected to its second input terminal directly, and the control input UP is connected to the second output of the control unit.
Поставленная задача достигается также тем, что в систему управления УВН, снабженную УП, дополнительно введены вычислительный блок и блок отображения информации, к управляющим входам которых подключены соответственно третий и четвертый выходы блока управления, введены также дополнительный измерительный преобразователь выходного напряжения УВН и, кроме того, предназначенные для измерения входного тока и входного напряжения УП, дополнительные преобразователи тока и напряжения, при этом входные зажимы дополнительных измерительных преобразователей входного и выходного напряжений подключены соответственно к входным зажимам УП и к выходным зажимам УВН, дополнительный измерительный преобразователь входного тока подключен своими входными зажимами между первым входным зажимом УП и первым зажимом первого выключателя, а выходные зажимы всех дополнительных измерительных преобразователей подключены по одному к соответствующим измерительным входам вычислительного блока и блока отображения информации, выход которого может быть подключен к осциллографу, выполняющему функцию устройства хранения информации.The task is also achieved by the fact that the computing unit and the information display unit are additionally introduced into the control system of the UVN equipped with a control unit, to the control inputs of which the third and fourth outputs of the control unit are connected respectively, an additional measuring converter of the output voltage of the UVN is also introduced, and, in addition, intended for measuring the input current and input voltage UE, additional current and voltage converters, while the input terminals of additional measuring trans Browsers of input and output voltages are connected respectively to the input terminals of the UE and to the output terminals of the UVN, the additional measuring transducer of the input current is connected by its input terminals between the first input terminal of the UP and the first terminal of the first switch, and the output terminals of all additional measuring transducers are connected one by one to the corresponding measuring the inputs of the computing unit and the information display unit, the output of which can be connected to an oscilloscope performing tion information storage device.
Поставленная задача достигается также тем, что в УП для трехфазного мостового УВН, содержащего по одному для каждой фазы, то есть три входных реактора, три измерительных преобразователя фазного входного тока и три измерительных преобразователя фазного входного напряжения, введено по три токоограничивающих реактора, первых и вторых выключателя, а также дополнительных измерительных преобразователя входных токов и напряжений УП, (отличие от УП однофазного УВН, в котором входные и выходные зажимы назывались первыми и вторыми, для УП трехфазного УВН эти зажимы целесообразно называть фазными и нулевыми), в каждой фазе УП между его входным фазным зажимом, подключенным к фазному выходному зажиму трехфазного ИН, и выходным фазным зажимом УП, подключенным к фазному входному зажиму УВН, подключена электрическая цепь, состоящая из дополнительного измерительного преобразователя входного тока УП, первого и второго выключателей и токоограничивающего реактора, причем к фазному входному зажиму УП подключен первый входной зажим дополнительного измерительного преобразователя входного тока, второй входной зажим которого подключен к первому зажиму первого выключателя, к второму зажиму которого подключены первые зажимы второго выключателя и токоограничивающего реактора, вторые зажимы которых подключены к выходному фазному зажиму УП, входные зажимы каждого из трех дополнительных преобразователей, измеряющих фазные входные напряжения УП, подключены к соответствующим фазным входным зажимам УП и к нулевому входному зажиму УП, подключенному к выводу нейтрали обмотки трехфазного источника переменного напряжения или к искусственному нулю электроэнергетической системы, в которую входит этот источник напряжения.The stated task is also achieved by the fact that three current-limiting reactors, the first and second, are introduced in the control unit for a three-phase bridge UVN containing one for each phase, that is, three input reactors, three measuring converters of the phase input current and three measuring converters of the phase input voltage circuit breaker, as well as additional measuring transducers of input currents and voltages UE, (difference from UE single-phase UVN, in which the input and output terminals were called the first and second, for UE tripha it is advisable to call these terminals phase and zero), in each phase of the UE, between its input phase terminal connected to the phase output terminal of the three-phase IN and the output phase terminal of the UE connected to the phase input terminal of the UVN, an electrical circuit consisting of an additional measuring circuit is connected converter of input current unitary enterprise, first and second switches and current-limiting reactor, and the first input terminal of an additional measuring transducer is connected to the phase input terminal of unitary enterprise current, the second input terminal of which is connected to the first terminal of the first switch, to the second terminal of which the first terminals of the second switch and current limiting reactor are connected, the second terminals of which are connected to the output phase terminal of the control unit, input terminals of each of the three additional transducers measuring the phase input voltage of the control unit are connected to the corresponding phase input terminals of the unitary enterprise and to the input terminal zero of the unitary unit connected to the neutral terminal of the winding of a three-phase AC voltage source or to skusstvennomu zero power system, which includes the voltage source.
Отличительные признаки предлагаемого решения выполняют следующие функциональные задачи:Distinctive features of the proposed solution perform the following functional tasks:
Признак «…в систему управления УВН введено устройство для подключения УВН к источнику напряжения переменного тока (сокращенное название этого устройства - УП), у которого входные зажимы непосредственно подключены к выходным зажимами однофазного источника переменного напряжения или к двум фазным выходным зажимам трехфазного источника переменного напряжения, а входные зажимы УВН - к выходным зажимам УП, которое содержит токоограничивающую цепь, состоящую из токоограничивающего реактора, первого и второго выключателей, причем первый зажим первого выключателя соединен с первым входным зажимом УП, ко второму зажиму первого выключателя подключены первые зажимы второго выключателя и токоограничивающего реактора, а их вторые зажимы подключены к первому выходному зажиму УП, второй выходной зажим которого подключен к его второму входному зажиму напрямую, а управляющий вход УП подключен к второму выходу блока управления», обеспечивает снижение до безопасных значений токов, возникающих в цепях УВН при подключении УВН с незаряженным выходным конденсатором к ИН. Такой результат достигается, в частности, при выполнении условия: наибольшая амплитуда входного тока УП, при его подключении к ИН не должна превосходить амплитуду входного тока УВН в его номинальном управляемом режиме. При этом применение токоограничивающего реактора лучше использования токоограничивающего резистора, что является традиционным решением для снижения пусковых токов. При использовании токоограничивающего реактора во много раз снижаются потери мощности в дополнительном токоограничивающем элементе и сокращается время заряда выходного конденсатора УВН в неуправляемом режиме его работы.The sign "... a device has been introduced into the UVN control system for connecting the UVN to an AC voltage source (the abbreviation of this device is UP), in which the input terminals are directly connected to the output terminals of a single-phase AC voltage source or to two phase output terminals of a three-phase AC voltage source, and the input terminals of the UVN - to the output terminals of the UP, which contains a current-limiting circuit consisting of a current-limiting reactor, the first and second switches, the first the first switch clamp is connected to the first input terminal of the control unit, the first terminals of the second switch and current-limiting reactor are connected to the second terminal of the first switch, and their second terminals are connected to the first output terminal of the control unit, the second output terminal of which is connected directly to its second input terminal, and the control input The control unit is connected to the second output of the control unit ”, provides a reduction to safe values of currents arising in the I / O circuits when the I / O with an uncharged output capacitor is connected to an ID. Such a result is achieved, in particular, when the condition is fulfilled: the largest amplitude of the input current of the UE, when connected to the ID, should not exceed the amplitude of the input current of the IHV in its nominal controlled mode. In this case, the use of a current-limiting reactor is better than the use of a current-limiting resistor, which is a traditional solution to reduce inrush currents. When using a current-limiting reactor, power losses in an additional current-limiting element are many times reduced and the charge time of the output UVN capacitor in an uncontrolled mode of its operation is reduced.
Признак «…в систему управления УВН, снабженную УП, дополнительно введены вычислительный блок и блок отображения информации, к управляющим входам которых подключены соответственно третий и четвертый выходы блока управления, введены также дополнительный измерительный преобразователь выходного напряжения УВН и, кроме того, предназначенные для измерения входного тока и входного напряжения УП, дополнительные преобразователи тока и напряжения, при этом входные зажимы дополнительных измерительных преобразователей входного и выходного напряжений подключены соответственно к входным зажимам УП и к выходным зажимам УВН, дополнительный измерительный преобразователь входного тока подключен своими входными зажимами между первым входным зажимом УП и первым зажимом первого выключателя, а выходные зажимы всех дополнительных измерительных преобразователей подключены по одному к соответствующим измерительным входам вычислительного блока и блока отображения информации, выход которого может быть подключен к осциллографу, выполняющему функцию устройства хранения информации» обеспечивает упрощение, ускорение и повышении качества настройки емкости выходного конденсатора, индуктивности входного реактора УВН и коэффициентов передачи связей между элементами УУ благодаря предоставлении оператору-настройщику в наглядном виде необходимой информации о параметрах и осциллограммах входных и выходных токов и напряжений УВН.The sign "... in the control system of the UVN equipped with a control unit, a computing unit and an information display unit are additionally introduced, to the control inputs of which the third and fourth outputs of the control unit are respectively connected, an additional measuring converter of the output voltage of the UVN and, in addition, designed to measure the input current and input voltage UP, additional current and voltage converters, while the input terminals of additional measuring transducers of input and output n of voltages are connected respectively to the input terminals of the UE and the output terminals of the UVN, the additional input current measuring transducer is connected by its input terminals between the first input terminal of the UP and the first terminal of the first switch, and the output terminals of all additional measuring transducers are connected one at a time to the corresponding measuring inputs of the computing unit and information display unit, the output of which can be connected to an oscilloscope that performs the function of an information storage device provides a simpler, faster and improving the quality of output settings capacitance, inductance input UVN reactor and transmission coefficients of connections between elements providing W through the tuner-operator in a visual form the information required about the parameters and waveforms of input and output currents and voltages UVN.
Признак «…в УП для трехфазного мостового УВН, содержащего по одному для каждой фазы, то есть три входных реактора, три измерительных преобразователя фазного входного тока и три измерительных преобразователя фазного входного напряжения, введено по три токоограничивающих реактора, первых и вторых выключателя, а также дополнительных измерительных преобразователя входных токов и напряжений УП, причем в каждой фазе УП между его входным фазным зажимом, подключенным к фазному выходному зажиму трехфазного ИН, и выходным фазным зажимом УП, подключенным к фазному входному зажиму УВН, подключена электрическая цепь, состоящая из дополнительного измерительного преобразователя входного тока УП, первого и второго выключателей и токоограничивающего реактора, при этом к фазному входному зажиму УП подключен первый входной зажим дополнительного измерительного преобразователя входного тока, второй входной зажим которого подключен к первому зажиму первого выключателя, к второму зажиму которого подключены первые зажимы второго выключателя и токоограничивающего реактора, вторые зажимы которых подключены к выходному фазному зажиму УП, кроме того, входные зажимы каждого из трех дополнительных преобразователей, измеряющих фазные входные напряжения УП, подключены к соответствующим фазным входным зажимам УП и к нулевому входному зажиму УП, подключенному к выводу нейтрали обмотки трехфазного источника переменного напряжения или к искусственному нулю электроэнергетической системы, в которую входит этот источник напряжения», позволяет улучшить качество работы системы управления углом ϕ1 сдвига между синусоидальным входным напряжением УВН и первой гармоникой входного тока УВН в каждой из его трех фаз благодаря более точному измерению каждого из входных напряжений УВН, что обеспечивается доступом к нулевой точке электрической системы, к которой подключен УВН.The sign “... in the control unit for a three-phase bridge UVN containing one for each phase, that is, three input reactors, three measuring transducers of the phase input current and three measuring converters of the phase input voltage, three current-limiting reactors, the first and second circuit breakers, and additional measuring transducer of input currents and voltage UE, and in each phase UE between its input phase terminal connected to the phase output terminal of the three-phase IN and the output phase terminal UE, under connected to the phase input terminal of the UVN, an electric circuit is connected, consisting of an additional measuring transducer of the input current of the unitary unit, the first and second switches and a current-limiting reactor, while the first input terminal of the additional measuring transducer of the input current, the second input terminal of which is connected to the phase input terminal of the UP to the first terminal of the first switch, to the second terminal of which the first terminals of the second switch and the current-limiting reactor are connected, the second we are connected to the output phase terminal of the UPS, in addition, the input terminals of each of the three additional transducers measuring the phase input voltage of the UPS are connected to the corresponding phase input terminals of the UPS and to the zero input terminal of the UPS connected to the neutral terminal of the winding of a three-phase AC voltage source or artificially zero power system, which includes the source voltage "can improve the performance of control systems angle φ 1 between the sinusoidal shear in UVN odnym voltage and the first harmonic of the input current UVN in each of its three phases due to more accurate measurement of each of the input voltages UVN that access is provided to the zero point of the electrical system, to which is connected UVN.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи выражается в следующем. Отличительные признаки предлагаемого изобретения обеспечивают улучшение качественных показателей работы и настройки системы управления УВН за счет:The technical result that is achieved when solving the problem is expressed in the following. Distinctive features of the invention provide an improvement in the quality of performance and tuning of the control system of the IOC due to:
- снижения до безопасного значения токов цепей УВН, возникающих при подключении УВН с незаряженным выходным конденсатором к ИН в момент времени, когда напряжение ИН близко к его амплитудному значению;- reduction to a safe value of the currents of the I / O circuits arising when the I / O with an uncharged output capacitor is connected to an ID at a time when the voltage of the ID is close to its amplitude value;
- дополнительной системы управления УВН элементами, которые позволили упростить, ускорить и повысить качество настройки емкости выходного конденсатора, индуктивности входного реактора УВН и коэффициентов передачи связей между элементами УУ.- an additional control system for the UVN elements, which allowed to simplify, accelerate, and improve the quality of tuning the capacitance of the output capacitor, inductance of the input reactor, UVN, and transmission coefficients of the links between the elements of the SU.
Из изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решение поставленной задачи. Следовательно, предлагаемое изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем и пригодно для использования.From the foregoing, it can be concluded that the set of essential features of the invention has a causal relationship with the achieved technical result, i.e. due to this combination of essential features of the invention, it became possible to solve the problem. Therefore, the present invention is new, has an inventive step and is suitable for use.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где: на фиг. 1 - представлена функциональная схема системы управления однофазного мостового УВН; на фиг. 2 - то же, но для одной фазы трехфазного мостового УВН; на фиг. 3 изображены входные характеристики УП однофазного мостового УВН при использовании токоограничивающего реактора (сплошной линией) и токоограничивающего резистора (штриховой линией).The invention is illustrated in the drawing, where: in FIG. 1 - presents a functional diagram of a control system for a single-phase bridge UVN; in FIG. 2 - the same, but for one phase of a three-phase bridge UVN; in FIG. Figure 3 shows the input characteristics of a single-phase UHF bridge UE when using a current-limiting reactor (solid line) and a current-limiting resistor (dashed line).
Система управления управляемым выпрямителем 1 напряжения, который через УП 2 подключен к источнику 3 напряжения переменного тока (ИН) и предназначен для питания нагрузки 4 постоянного тока, содержит кроме перечисленных элементов управляющее устройство (УУ) 5, блок управления (БУ) 6, вычислительный блок (ВБ) 7 и блок 8 отображения информации (БОИ), к выходам которого подключены входы осциллографа 9. К первым входам УУ 5, БОИ 8, ВБ 7 и к управляющему входу УП 2 подключены соответственно первый, второй третий и четвертый выходы БУ 6.The control system controlled by a
К первому 10 и второму 11 выходным зажимам ИН 3 подключены соответственно первый 12 и второй 13 входные зажимы УП 2, к первому 14 и второму 15 выходным зажимам которого подключены соответственно первый 16 и второй 17 входные зажимы УВН 1.The first 12 and second 13 input terminals of
УВН 1 содержит вентильный коммутатор 18, входной реактор 19 и выходной конденсатор 20, а также измерительные преобразователи: входного тока 21, входного напряжения 22, выходного напряжения 23, выходного тока 24, и дополнительный преобразователь 25 выходного напряжения УВН 1. Основой ВК 18 является однофазный мостовой выпрямитель тока, составленный из диодов 26, параллельно которым включены транзисторы 27, выполняющие функцию электронных ключей, проводящих ток в направлении, обратном по отношению к прямому току параллельно включенных диодов 26. Между первым 16 входным зажимом УВН 1 и первым 28 входным зажимом ВК 18 включено последовательное соединение измерительного преобразователя 21 входного тока и входного реактора 19, а второй 17 входной зажим УВН 1 соединен со вторым 29 входным зажимом ВК 18 напрямую. Положительный 30 выходной зажим ВК 18 напрямую соединен с положительным 31 выходным зажимом УВН, а к отрицательному 32 выходному зажиму ВК 18 отрицательный зажим 33 УВН 1 подключен через измерительный преобразователь 24 выходного тока УВН 1. К выходным зажимам 31 и 33 УВН 1 подключены его нагрузка 4, выходной конденсатор 20, измерительный преобразователь 24 и дополнительный измерительный преобразователь 25 выходного напряжения УВН 1. Выходы измерительных преобразователей 22, 21, 24 и 23 входных и выходных напряжений и токов УВН 1 подключены соответственно к второму, третьему, четвертому и пятому входам УУ 5, выход которого подключен к управляющему входу ВК 18.
УП 2 содержит токоограничивающий реактор 34, первый 35 и второй 36 выключатели, а также дополнительные измерительные преобразователи входного тока 37 и входного напряжения 38 УП 2, причем первый зажим первого выключателя 35 подключен к первому входному зажиму 12 УП 2 через дополнительный измерительный преобразователь входного тока 37, ко второму зажиму первого выключателя 35 подключены первые зажимы токоограничивающего реактора 34 и второго выключателя 36, а их вторые зажимы подключены к первому выходному зажиму 14 УП 2, вторые входной 13 и выходной 15 зажимы которого соединены напрямую. Выходы дополнительных измерительных преобразователей 38, 37 и 25 подключены соответственно к вторым, третьим и четвертым входам ВБ 7, а также к вторым, третьим и четвертым входам БОИ 8, выход которого подключен к входу осциллографа 9. Пятый вход БОИ 8 подключен к выходу ВБ 7. Нагрузкой УВН служит потребитель электроэнергии постоянного тока 39, который через линию 40 питания потребителя 39 и выключатель 41, снабженный минимальной защитой, подключен к выходным зажимам 31 и 33 УВН 2.
Показанная на фиг. 2 функциональная схема одной фазы системы управления трехфазного мостового УВН отличается от приведенной на фиг. 1 - функциональной схемы системы управления однофазного мостового УВН тем, что в трехфазном варианте вторые входные зажимы 17 УВН 1 и 29 ВК 18, а также второй выходной зажим 15 УП 2 отсутствуют, второй входной зажим 13 УП 2, именуемый в трехфазном варианте нулевым, подключен не к второму выходному зажиму ИН 3, а к выводу 42 нейтрали обмотки трехфазного ИН или к искусственному нулю электроэнергетической системы, в которую входит этот ИН.Shown in FIG. 2, the functional diagram of one phase of the control system of the three-phase bridge UVN is different from that shown in FIG. 1 is a functional diagram of a control system for a single-phase bridge UVN in that in the three-phase embodiment, the second input terminals 17 of the
Описание работы системы управления однофазного мостового УВН приводится для каждого из перечисленных ниже последовательных этапов работы: с 1-го по 7-й, настройка индуктивности токоограничивающего реактора 19 и емкости выходного конденсатора 20 - в этапах 8 и 9, а настройка угла между входным напряжением и входным током УВН 1 - в этапе 10.A description of the operation of the control system for a single-phase bridge UVN is given for each of the following successive stages of operation: from the 1st to the 7th, the inductance of the current-limiting
Этап 1. Подключение УВН к источнику переменного тока, предварительный, неуправляемый заряд выходного конденсатора.
До подключения к источнику 3 напряжение Ud выходного конденсатора 20 УВН 1 равно нулю, первый 35 и второй 36 выключатели разомкнуты, а потребитель 39 электроэнергии постоянного тока отключен выключателем 41, который снабжен минимальной защитой. Такая особенность выключателя 41 исключает короткое замыкание ЭДС потребителя 39 или заряженного конденсатора, подключенного к его входным зажимам на незаряженный выходной конденсатор 20 УВН 1. По команде, полученной УП от БУ 6, первый выключатель 35 замыкается и начинается процесс неуправляемого заряда конденсатора 20. Из-за пренебрежимо малого сопротивления диодов 26 в прямом направлении и отсутствия напряжения на зажимах конденсатора 20 начальная стадия этого процесса равносильна короткому замыканию ИН через последовательное соединение токоограничивающего 34 и входного 19 реакторов: по этим реакторам, по диодам 26 и выходному конденсатору 20 начинают проходить токи. Входной ток УВН Iin преобразуется неуправляемым (составленным из диодов 26) выпрямителем тока в выходной ток Id, который, при равенстве нулю тока нагрузки, равен току, заряжающему конденсатор 20. В результате напряжение Ud конденсатора 20 начинает возрастать.Before connecting to the
Индуктивность токоограничивающего реактора 19 и тем самым суммарное индуктивное сопротивление обоих реакторов выбирается такими, чтобы максимальные значения входного тока Iin УВН 1 не выходили за пределы безопасных значений. Указанный выбор, при котором можно пренебрегать активными сопротивлениями обоих реакторов, значительно меньшими, чем их индуктивные сопротивления, целесообразно производить по условию: максимальное из первых амплитудных значений входного тока Iin УВН 1 не превосходит амплитудное значение входного тока УВН, соответствующего работе УВН в номинальном управляемом режиме.The inductance of the current-limiting
Для снижения токов, возникающих при подключении какого-либо электротехнического устройства к источнику переменного тока, например при запуске асинхронного короткозамкнутого двигателя, во входную цепь этого устройства, как правило, включают токоограничивающие резисторы. Снабженный входным реактором, неуправляемый однофазный мостовой выпрямитель, выход которого замкнут на конденсатор большой емкости, лучше подключать к источнику синусоидального напряжения через токоограничивающий реактор, а не через токоограничивающий резистор.To reduce the currents that occur when connecting an electrical device to an AC source, for example, when starting an asynchronous squirrel-cage motor, current-limiting resistors are usually included in the input circuit of this device. Equipped with an input reactor, an uncontrolled single-phase bridge rectifier, the output of which is closed to a large capacitor, it is better to connect to a sinusoidal voltage source through a current-limiting reactor, and not through a current-limiting resistor.
Преимущество использования токоограничивающего реактора для ограничения входного тока однофазного мостового неуправляемого выпрямителя, нагруженного на конденсатор большой емкости, при его подключении к однофазному источнику синусоидального напряжения, наглядно проявляется при сравнении двух, приведенных на фиг. 3, статических характеристик, отражающих зависимость входного тока Iin этого выпрямителя от его выходного напряжения Ud. Обе характеристики найдены для УВН, который имеет следующие номинальные данные при работе в управляемом режиме:The advantage of using a current-limiting reactor to limit the input current of a single-phase uncontrolled bridge rectifier loaded on a large capacitor when connected to a single-phase sinusoidal voltage source is clearly evident when comparing the two shown in FIG. 3, static characteristics reflecting the dependence of the input current I in of this rectifier on its output voltage U d . Both characteristics are found for UVN, which has the following nominal data when operating in controlled mode:
Номинальная мощность - 10 кВт, номинальное входное напряжение - 230 В, его частота - 50 Гц, номинальный входной ток - 43,5 А, номинальное выходное напряжение - Udn 358 В, оно на 10% больше амплитуды номинального входного напряжения, номинальный выходной ток - 27,8 А, индуктивность входного реактора - 1,24 мкГн, емкость выходного конденсатора - 13000 мкФ. Первая из указанных характеристик, изображенная сплошной линией, относится к использованию токоограничивающего реактора с индуктивностью 14,87 мкГн, суммарное индуктивное сопротивление входного и токоограничивающего реакторов составляет 5,06 Ом. Вторая характеристика, изображенная штриховой линией, относится к использованию токоограничивающего резистора с активным сопротивлением 5,045 Ом. В обоих случаях входной ток УВН при короткозамкнутых выходных зажимах равен 43,5 А, то есть номинальному входному току. У обеих характеристик совпадают крайние точки. Первая из них соответствует режиму короткого замыкания: выходное напряжение равно нулю, а входной ток - номинальному входному току УВН. Вторая точка соответствует режиму холостого хода: входной и выходной токи УВН равны нулю, а его выходное напряжение Udmax равно амплитуде входного напряжении, то есть 325,3 В. Видно, что на всем протяжении оси абсцисс, то есть от нуля до амплитудного значения входного напряжения ИН 3 первая характеристика расположена выше второй. Следовательно, при каждом значении выходного напряжения УВН его входной и выходной токи больше при использовании токоограничивающего реактора. В неуправляемом режиме выходной ток УВН - это ток, заряжающий конденсатор 20. Этот ток пропорционален производной по времени напряжения Ud выходного конденсатора 20. Отсюда следует, что при использовании токоограничивающего реактора конденсатор 20 зарядится быстрее, чем это происходило бы в случае применения токоограничивающего резистора. Установлено, что время заряда выходного конденсатора при использовании токоограничивающего реактора до напряжения, составляющего 98% от напряжения Udmax, в 1,4 раза меньше, чем при использовании токоограничивающего резистора. БУ 6 не контролирует уровень напряжения Ud. Он сравнивает время t, прошедшее после включения первого выключателя 35, со временем Δt, которое необходимо для практического завершения заряда конденсатора 20, например, до напряжения, равного 0,98 Udmax. В момент, когда эти две величины сравняются, БУ 6 подаст команду на включение второго выключателя 36. При этом токоограничивающий реактор 34 будет закорочен, и во входной цепи УВН 1 останется только входной реактор 19 с необходимым для работы УВН в управляемом режиме значением индуктивности L. УВН готов к работе в управляемом режиме. Время Δt проще всего находить путем компьютерного моделирования процесса неуправляемого заряда конденсатора 20 УВН 1.Rated power - 10 kW, rated input voltage - 230 V, its frequency - 50 Hz, rated input current - 43.5 A, rated output voltage - U dn 358 V, it is 10% more than the amplitude of the rated input voltage, rated output current - 27.8 A, the inductance of the input reactor is 1.24 μH, the capacity of the output capacitor is 13000 μF. The first of these characteristics, shown by a solid line, refers to the use of a current-limiting reactor with an inductance of 14.87 μH, the total inductance of the input and current-limiting reactors is 5.06 Ohms. The second characteristic, shown by the dashed line, relates to the use of a current-limiting resistor with an active resistance of 5.045 Ohms. In both cases, the input current of the UHF with short-circuited output terminals is 43.5 A, that is, the rated input current. Both characteristics coincide with the extreme points. The first of them corresponds to the short circuit mode: the output voltage is zero, and the input current is equal to the rated input current of the UVN. The second point corresponds to the idle mode: the input and output currents of the IOC are equal to zero, and its output voltage U dmax is equal to the amplitude of the input voltage, i.e. 325.3 V. It is seen that along the entire axis of the abscissa, that is, from zero to the amplitude value of the
Работу системы управления УВН при управляемом режиме УВН 1 рассмотрим только для случая, когда угол ϕ1 сдвига входного тока УВН 1 от его входного синусоидального напряжения равен 0. Значения этого угла и номинального выходного напряжения УВН Udn задаются БУ 6 на входы УУ5. Напряжение ИН обычно поддерживается с точностью 2,5%. Поэтому амплитудное значение напряжения ИН даже при максимальном возможном его отклонении от его номинального значения, будет меньше Udn, которое в 1,1 раза превосходит амплитуду номинального напряжения ИН, что исключает переход УВН в режим неуправляемого заряда выходного конденсатора 20. Работа УВН возможна только в управляемом режиме.The operation of the control system of the IHV in the controlled mode of
Этап 2. Выпрямительный режим работы УВН при положительных значениях входного напряжения
Начало работы совместим с моментом времени, когда при работе УВН в выпрямительном режиме угол θ, являющийся аргументом синусоиды входного напряжения УВН 1, равен 0.The start of operation is compatible with the point in time when, when the I / O operation is in the rectifier mode, the angle θ, which is the argument of the sinusoid of the input voltage of the I /
В этот момент входное напряжение УВН 1 также равно 0, что и будет зафиксировано измерительным преобразователем напряжения, который эту информацию передает в УУ 5. Когда входное напряжение УВН станет равным 0, от УУ 5 на ВК 18 поступят управляющие сигналы, включающие транзисторы, которые у прототипа [Электротехника. - В 3-х книгах. Книга II. Электрические машины. Промышленная электроника. Теория автоматического управления / Под ред. П.А. Бутырина, Р.Х. Гафиятуллина, А.Л. Шестакова. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. - 711 с., стр. 461, 462, рисунок 25.13, (прототип)] имеют условные обозначения V3 и V4. Первый из них подключен между положительным выходным зажимом 30 ВК 18 и его вторым входным зажимом 29, а второй - между первым входным зажимом 28 ВК 18 и его отрицательным выходным зажимом 33. Ток открывшихся транзисторов V3 и V4 пройдет по контуру: положительный выходной зажим 30 ВК 18, V3, второй выходной зажим 11 ИН 3, первый выходной зажим 10 ИН 3, входной реактор 19, V4, отрицательный выходной зажим 33 ВК 18, положительный выходной зажим 30 ВК 18. Так как в рассматриваемый момент времени u1=0, то с учетом того, что внутреннее сопротивление ИН 3, как у источника напряжения, принимается равным нулю, а активное сопротивление входного реактора 19 пренебрежимо мало, получается, что напряжение выходного конденсатора 20 в этот момент приложено к индуктивности L входного реактора 19. Положительная производная входного тока i1 УВН, соответствующая переходу этого тока от отрицательных к положительным значениям, определяется выражением . Входной ток i1, имеющий положительное направление (он входит в первый выходной зажим 16 УВН 1), как и входное напряжение УВН, нарастает в течение всего времени t1 первого включенного состояния транзисторов V3 и V4. К концу этого времени магнитное поле входного реактора станет иметь энергию E1=L(i1(t1))2/2. Это время меньше периода Ts несущей частоты. Спустя время t1 первого включенного состояния транзисторов V3 и V4 они под действием УУ 5 выключаются. Ток индуктивности i1 не может изменяться скачком, он при t=t1 начинает проходить по контуру: второй выходной зажим 11 ИН 3, первый выходной зажим 10 ИН 3 входной реактор 19, VD1, положительный 30 выходной зажим ВК 18, отрицательный 32 выходной зажим ВК 18, VD2, второй выходной зажим 11 ИН 3, и начинает уменьшаться, а напряжение выходного конденсатора 20, который заряжается током индуктивности L - увеличиваться. Принятые у прототипа [Электротехника. - В 3-х книгах. Книга II. Электрические машины. Промышленная электроника. Теория автоматического управления / Под ред. П.А. Бутырина, Р.Х. Гафиятуллина, А.Л. Шестакова. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. - 711 с., стр. 461, 462, рисунок 25.13, (прототип)] условные обозначения VD1 и VD2 соответствуют двум диодам: включенному между первыми входным 28 и выходным 30 зажимами ВК 18 и включенному между вторыми выходным 32 и входным 29 зажимами ВК 18. К моменту времени t=Ts энергия электрического поля конденсатора 20 увеличится на указанную выше энергию Е1 магнитного поля входного реактора 19. При t=Ts начнется второй цикл включения и отключения транзисторов V3 и V4. Работа УВН на этом цикле отличается от рассмотренной работы УВН на первом цикле тем, что напряжение ИН не равно нулю, а больше нуля. Поэтому начальная производная тока реактора больше, чем на первом цикле. Если бы время t2 включенного состояния указанных транзисторов было бы таким же, как и на первом цикле, то выросла бы энергия, запасенная в реакторе 19 ко времени (Ts+t2), по сравнению с энергией Е1, оценка которой приведена выше. Увеличится и приращение напряжения Ud выходного конденсатора 20. Такие же циклы включения и отключения транзисторов V3 и V4 будут повторяться до времени, равного половине периода T1 напряжения ИН.At this moment, the input voltage of the
Этап 3. Выпрямительный режим работы УВН при отрицательных значениях входного напряжения
Когда время работы УВН в выпрямительном режиме станет равным половине периода T1 переменного напряжения ИН 3, напряжение u1 ИН 3 изменяет свой знак с положительного на отрицательный. Информация, полученная УУ5 от измерительного преобразователя 22 входного напряжения УВН 1, о том, что входное напряжение УВН равно 0, приведет к следующему результату: УУ 5 подаст в ВК 18 управляющие импульсы на открытие вместо V3 и V4 других транзисторов: V1 и V2. Принятые у прототипа [Электротехника. - В 3-х книгах. Книга II. Электрические машины. Промышленная электроника. Теория автоматического управления / Под ред. П.А. Бутырина, Р.Х. Гафиятуллина, А.Л. Шестакова. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. - 711 с., стр. 461, 462, рисунок 25.13, (прототип)], условные обозначения V1 и V2 соответствуют двум транзисторам: включенному между первыми выходным 30 и входным 28 зажимами и включенному между вторыми входным 29 и выходным 32 зажимами ВК 18.When the operating time of the UVN in the rectifying mode becomes equal to half the period T 1 of the alternating voltage IN 3, the voltage u 1 IN 3 changes its sign from positive to negative. The information received by VU5 from the measuring
Ток открывшихся транзисторов V1 и V2 пройдет по контуру: положительный 30 выходной зажим ВК 18, V1, входной реактор 19, первый 10 выходной зажим ИН 3, второй 11 выходной зажим ИН 3, V2, отрицательный 32 выходной зажим ВК 18, положительный 30 выходной зажим ВК 18. Этот ток определяется разностью напряжений u1 и Udn. Так как в рассматриваемый момент времени u1=0, то с учетом того, что внутреннее сопротивление источника ИН, как у источника напряжения, принимается равным нулю, а активное сопротивление входного реактора 19 пренебрежимо мало, получается, что напряжение выходного конденсатора 20 в этот момент приложено к индуктивности L входного реактора 19. Отрицательная производная входного тока i1 УВН, соответствующая переходу этого тока от положительных к отрицательным значениям, как и у входного напряжения УВН, определяется выражением . В течение времени t1 первого включенного состояния транзисторов V1 и V2 входной ток УВН будет оставаться отрицательным (он выходит из первого выходного зажима 16 УВН 1), а его абсолютное значение будет возрастать. К концу этого времени магнитное поле входного реактора 19 станет иметь энергию E1=L(i1(T1/2+t1))2/2.The current of the opened transistors V1 and V2 will go through the circuit: positive 30
Спустя время t1 первого включенного состояния V3 и V4 они под действием УУ 5 выключаются. Ток индуктивности i1 не может изменяться скачком, он при t=T1/2+t1 начинает проходить по контуру: второй выходной зажим 11 ИН 3, первый выходной зажим 10 ИН 3, входной реактор 19, VD1, положительный 30 выходной зажим ВК 18 отрицательный 32 выходной зажим ВК 18, VD2, второй выходной зажим 11 ИН 3, и начинает уменьшаться, а напряжение выходного конденсатора 20, который заряжается током индуктивности L - увеличиваться. Принятые у прототипа [Электротехника. - В 3-х книгах. Книга II. Электрические машины. Промышленная электроника. Теория автоматического управления / Под ред. П.А. Бутырина, Р.Х. Гафиятуллина, А.Л. Шестакова. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. - 711 с., стр. 461, 462, рисунок 25.13, (прототип)] условные обозначения VD1 и VD2 соответствуют двум диодам: включенному между первыми входным 28 и выходным 30 зажимами ВК 18 и включенному между вторыми выходным 32 и входным 29 зажимами ВК 18. К моменту времени t=T1/2+Ts энергия электрического поля конденсатора 20 увеличится на указанную выше энергию Е1 магнитного поля входного реактора 19.After time t 1 of the first on state V3 and V4, they are turned off under the action of UU 5. Inductance current i 1 cannot change abruptly, it starts to go along the circuit at t = T 1/2 + t 1 :
1. При t=T1/2+Ts начнется второй цикл включения и отключения транзисторов V1 и V2. Работа УВН на этом цикле отличается от рассмотренной работы УВН на первом цикле тем, что напряжение ИН 3 не равно нулю, а меньше нуля. Поэтому абсолютное значение производной тока реактора при t>T1/2+Ts больше, чем на первом цикле. Если бы время t2 включенного состояния указанных транзисторов было бы таким же, как и на первом цикле, то выросла бы энергия, запасенная в реакторе 19 ко времени (Ts+t2), по сравнению с энергией E1, оценка которой приведена выше. Увеличится и приращение напряжения Ud выходного конденсатора 20. Такие же циклы включения и отключения транзисторов V3 и V4 будут повторяться до времени, равного периоду Т1 напряжения ИН.1. At t = T 1/2 + T s , the second cycle of turning on and off the transistors V1 and V2 will begin. The operation of the IOC on this cycle differs from the considered operation of the IOC on the first cycle in that the voltage of
Этап 4. Инверторный режим работы УВН при положительных значениях входного напряженияStage 4. Inverter mode of operation of the IHV at positive values of the input voltage
Если ЭДС потребителя 39 электроэнергии станет больше заданного значения Udn выходного напряжения УВН, то этот потребитель станет источником электроэнергии постоянного тока. Его ток изменит свое направление и станет входить в положительный выходной зажим 32 УВН. Информацию об этом событии УУ 5 получит от измерительного преобразователя 24 выходного тока УВН. С учетом этой информации, в момент времени, когда угол θ, являющийся аргументом синусоиды входного напряжения УВН, и это напряжение станут равны 0, УУ 5 подаст команду на включение транзисторов V1 и V2. Работа УВН станет проходить, как показано в этапе 3 (Выпрямительный режим работы УВН при отрицательных значениях входного напряжения). Но на втором и последующих циклах включения и отключения этих транзисторов будут иметь место следующие отличия. При их включении выходное напряжение ИН 3 не отрицательно, а положительно. Поэтому абсолютное значение производной тока реактора и приращение напряжения выходного конденсатора 20 станут меньше, чем показано в этапе 2. Работа УВН 1 на втором и последующих циклах включения и отключения этих транзисторов будет проходить, как показано в этапе 2 (Выпрямительный режим работы УВН при положительных значениях входного напряжения).If the EMF of the consumer 39 of electric power becomes greater than the specified value U dn of the output voltage of the UVN, then this consumer will become a source of direct current electricity. Its current will change its direction and will begin to enter the
Этап 5. Инверторный режим работы УВН при отрицательных значениях входного напряженияStage 5. Inverter mode of operation of the IHV at negative values of the input voltage
В момент времени, когда угол θ, являющийся аргументом синусоиды входного напряжения УВН, станет равным π, а выходное напряжение ИН 3 станет проходить через нулевое значение, УУ 5 подаст команду на включение транзисторов V3 и V4. Работа УВН 1 на первом цикле их включения будет проходить, как показано в этапе 2 (Выпрямительный режим работы УВН при положительных значениях входного напряжения). Из-за того, что после указанного момента выходное напряжение ИН 3 будет не положительным, а отрицательным, абсолютные значения производной тока входного реактора станут меньше, чем на первом цикле. Поэтому абсолютные значения этого тока и приращения напряжения выходного конденсатора 20 к концу включенного состояния транзисторов V3 и V4 на втором и последующих циклах включения и отключения этих транзисторов будут меньше, чем на первом цикле.At the point in time when the angle θ, which is the argument of the sine wave of the input voltage of the UVN, becomes equal to π, and the output voltage of
Этап 6. Особенности формы входного напряжения ВК 18
Из-за напряжения Ud выходного конденсатора, УВН, работая в качестве автономного инвертора напряжения с применением широтно-импульсной модуляции (ШИМ), формирует на входе ВК напряжение, форма которого представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с постоянной амплитудой, равной Ud, но с переменной полярностью и изменяющейся по синусоидальному закону их длительностью. Несущая частота , с которой происходит коммутация транзисторов ВК 18, в сотни и более раз превосходит частоту ИН 3. Разность uL между напряжениями на входе УВН u1 и на входе ВК uin приложена к входному реактору. Первая гармоника uin уравновешивает основную часть напряжения ИН. Разность между ними является первой гармоникой напряжения входного реактора. Именно она и индуктивное сопротивление этого реактора определяют первую гармонику входного тока УВН.Due to the voltage U d of the output capacitor, the UVN, working as a stand-alone voltage inverter using pulse-width modulation (PWM), generates a voltage at the VC input, the shape of which is a sequence of rectangular pulses with a constant amplitude equal to U d , but with variable polarity and varying in sinusoidal law their duration. Carrier frequency , with which the switching of
Помимо первой гармоники входное напряжение ВК uin содержит ряд высших гармоник, первые из которых имеют частоты, близкие к несущей частоте . Практически весь этот ряд уравновешивается соответствующими высшими гармониками напряжения входного реактора. Токи этих гармоник практически отсутствуют, так как на этих частотах индуктивное сопротивление входного реактора в сотни и более раз превосходит его индуктивное сопротивление на частоте напряжения uin ИН 3. Входной 19 реактор играет важную роль заградительного фильтра, исключающего вредное действие токов, порожденных входным напряжением ВК uin, на источник переменного напряжения ИН 3 и на подключенные к нему другие, помимо УВН, потребители электроэнергии.In addition to the first harmonic, the input voltage VK u in contains a number of higher harmonics, the first of which have frequencies close to the carrier frequency . Almost all of this series is balanced by the corresponding higher harmonics of the input reactor voltage. The currents of these harmonics are practically absent, since at these frequencies the inductance of the input reactor is hundreds or more times greater than its inductance at the voltage frequency u in ID 3.
Этап 7. Работа при изменении заданного значения Udn выходного напряжения УВНStep 7. Work when changing the set value U dn of the output voltage of the UVN
При снижении уставки выходного напряжения УВН необходимо соблюдать условие, чтобы значение Udn превосходило уставку минимальной защиты выключателя 41. Снижение выходного напряжения УВН может происходить только при подключенной к его выходным зажимам 31 и 33 нагрузки 4, когда выходной конденсатор 20 разряжается током потребителя 39 электроэнергии постоянного тока.When reducing the output voltage of the UHF, it is necessary to comply with the condition that the value of U dn exceeds the setting of the minimum protection of the
При увеличении уставки выходного напряжения УВН оно начнет повышаться под действием УУ 5, которое увеличит продолжительность включенного состояния транзисторов и снизит продолжительность выключенного состояния.With an increase in the set point of the output voltage of the I / O voltage, it will begin to increase under the action of the UU 5, which will increase the duration of the on state of the transistors and reduce the duration of the off state.
Этап 8. Настройка индуктивности токоограничивающего реактора 19
Эта процедура начинается с подачи команды от БУ 6 на УП 2, по которой оба выключателя 35 и 36 станут находиться в выключенном состоянии. Кроме того, оператор должен выключить выключатель 41 потребителя электроэнергии постоянного тока 39. При этом напряжение выходного конденсатора 20 становится равным нулю, так как ВК 18 отключен от источника напряжения переменного тока, а конденсатор 20 не подключен к ЭДС потребителя 39. Затем подается команда от БУ 6 на УП 2, по которой замкнется выключатель 35. Начнется процесс короткого замыкания ИН 3 на входной реактор 19, как описано выше в этапе 1 работы УВН. Далее с выхода БУ 6 на ВБ 7 и БОИ 8 подаются команды, по которым произойдет измерение действующего значения входного тока УВН 1 и отображение этого значения на дисплее БОИ 8. Возможен и другой вариант получения этого значения: по команде от БУ 6 на дисплее отображается осциллограмма входного ток УВН, и оператор, измерив амплитудное значение этого тока и разделив его на √2, получит действующее значение входного тока УВН 1. Если оно больше номинального значения входного тока УВН 1, оператор должен уменьшить толщину немагнитного зазора у сердечника реактора 19. Если же, наоборот, оно меньше номинального значения входного тока УВН, то оператор должен увеличить толщину немагнитного зазора у сердечника реактора 19.This procedure begins by issuing a command from the
Этап 9. Настройка емкости выходного конденсатора 20
Эта процедура может начинаться в управляемом как выпрямительном, так и инверторном режимах работы УВН 1. Она начинается с подачи команд от БУ 6 на ВБ 7 и на БОИ 8, согласно которым на дисплей БОИ 8 будет выведено среднее значение выходного напряжения УВН 1. Затем по команде от БУ 6 на БОИ 8 на дисплей БОИ 8 будет выведена осциллограмма выходного напряжения УВН 1, по которой оператор определит амплитуду пульсаций этого напряжения. Если эта амплитуда превосходит допустимый 1% от среднего значения выходного напряжения УВН, то емкость выходного конденсатора 20 необходимо увеличить и, наоборот, уменьшить, если указанная амплитуда меньше 1% от среднего значения этого напряжения, добиваясь тем самым сокращения времени заряда конденсатора 20 в неуправляемом и в управляемом режимах его заряда до номинального значения Udn выходного напряжении УВН. Операции подключения нескольких незаряженных конденсаторов в параллель, с целью получения желаемой емкости батареи конденсаторов, можно производить после выключения включателей 35, 36 и 41 и разряда через резистор конденсатора, который был подключен к зажимам 31 и 33 УВН 1 до начала процедуры. Некоторые потребители электроэнергии постоянного тока 39, в частности автономные инверторы напряжения, снабжены входными конденсаторами большой емкости. Описанную в настоящем этапе процедуру следует проводить каждый раз после замены потребителя электроэнергии постоянного тока или замены его входного конденсатора.This procedure can begin in controlled both rectifier and inverter operation modes of
Этап 10. Настройка угла между входным напряжением и входным током УВН
УВН чаще всего применяются для работы в выпрямительном режиме, когда угол ϕ1 равен 0, что обеспечивает максимальное значение коэффициента мощности: cosϕ1=1. Но от того же ИН, что снабжает электроэнергией УВН, могут получать питание другие однофазные потребители, у которых коэффициент мощности значительно ниже, что ухудшает общий коэффициент мощности нагрузки ИН. К подобным потребителям относятся те, которые потребляют реактивный ток, например сварочные преобразователи или однофазные тиристорные выпрямители с активно-индуктивной нагрузкой. Можно улучшить общий коэффициент мощности нагрузки ИН, если бы весь или хотя бы часть реактивного тока, необходимого подобным потребителям, вырабатывал не ИН, а УВН. Такая возможность реализуется УВН при его работе в выпрямительном режиме с отрицательным значением угла ϕ1. При этом УВН ведет себя как активно-емкостная нагрузка. Для ответа на вопрос о возможности такого решения, нужно знать следующие данные: суммарный реактивный ток Ir, требуемый подобным потребителям, номинальные значения напряжения U1n и тока I1n УВН, а также мощности потребителя постоянного тока. Сначала находится предельное значение I1amax активной составляющей входного тока УВН при выполнении двух условий: во-первых, входной ток УВН не должен превышать номинального значения и, во-вторых, емкостная составляющая входного тока УВН равна суммарному реактивному току Ir.UVNs are most often used for rectifier operation when the angle ϕ 1 is 0, which ensures the maximum value of the power factor: cosϕ 1 = 1. But other single-phase consumers, whose power factor is significantly lower, can get power from the same IN that supplies UVN with electricity, which worsens the overall load power factor of the IN. Such consumers include those that consume reactive current, such as welding converters or single-phase thyristor rectifiers with an active inductive load. It is possible to improve the overall power factor of the IN load if all or at least part of the reactive current needed by such consumers would produce not an ID, but an I / O. Such a possibility is realized by the IED during its operation in the rectifying mode with a negative value of the angle ϕ 1 . At the same time, the I-V behaves as an active capacitive load. To answer the question about the possibility of such a solution, you need to know the following data: the total reactive current I r required by such consumers, the nominal values of the voltage U 1n and current I 1n of the IHV, as well as the power of the DC consumer. First, the limiting value I 1amax of the active component of the input current of the IHF is found under two conditions: firstly, the input current of the IOC must not exceed the nominal value and, secondly, the capacitive component of the input current of the IOC is equal to the total reactive current I r .
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015147839A RU2622043C2 (en) | 2015-11-06 | 2015-11-06 | Control system of controlled voltage rectifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015147839A RU2622043C2 (en) | 2015-11-06 | 2015-11-06 | Control system of controlled voltage rectifier |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015147839A RU2015147839A (en) | 2017-05-11 |
RU2622043C2 true RU2622043C2 (en) | 2017-06-09 |
Family
ID=58715351
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015147839A RU2622043C2 (en) | 2015-11-06 | 2015-11-06 | Control system of controlled voltage rectifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2622043C2 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1996008074A1 (en) * | 1994-09-09 | 1996-03-14 | Danfoss A/S | Ac/dc unity power-factor dc power supply for operating an electric motor |
RU2216845C2 (en) * | 2001-02-07 | 2003-11-20 | Новоуральский политехнический институт МИФИ | Method for controlling reversible ac-to-dc power converter |
JP2004297999A (en) * | 2003-03-07 | 2004-10-21 | Canon Inc | Power conversion apparatus and power supply device |
DE112008003369T5 (en) * | 2007-12-11 | 2010-12-30 | Tokyo Institute Of Technology | Soft-switching current transformer |
EP2512020A2 (en) * | 2011-04-15 | 2012-10-17 | The Boeing Company | Bi-directional converter voltage controlled current source for voltage regulation |
RU143469U1 (en) * | 2014-03-20 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) | BIDIRECTIONAL RECTIFIER-INVERTER CONVERTER WITH CORRECTION OF POWER FACTOR |
RU2549198C1 (en) * | 2013-10-10 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Electric power recuperator for frequency converters with dc link |
US9071141B2 (en) * | 2011-04-08 | 2015-06-30 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Two-stage single phase bi-directional PWM power converter with DC link capacitor reduction |
-
2015
- 2015-11-06 RU RU2015147839A patent/RU2622043C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1996008074A1 (en) * | 1994-09-09 | 1996-03-14 | Danfoss A/S | Ac/dc unity power-factor dc power supply for operating an electric motor |
RU2216845C2 (en) * | 2001-02-07 | 2003-11-20 | Новоуральский политехнический институт МИФИ | Method for controlling reversible ac-to-dc power converter |
JP2004297999A (en) * | 2003-03-07 | 2004-10-21 | Canon Inc | Power conversion apparatus and power supply device |
DE112008003369T5 (en) * | 2007-12-11 | 2010-12-30 | Tokyo Institute Of Technology | Soft-switching current transformer |
US9071141B2 (en) * | 2011-04-08 | 2015-06-30 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Two-stage single phase bi-directional PWM power converter with DC link capacitor reduction |
EP2512020A2 (en) * | 2011-04-15 | 2012-10-17 | The Boeing Company | Bi-directional converter voltage controlled current source for voltage regulation |
RU2549198C1 (en) * | 2013-10-10 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Electric power recuperator for frequency converters with dc link |
RU143469U1 (en) * | 2014-03-20 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) | BIDIRECTIONAL RECTIFIER-INVERTER CONVERTER WITH CORRECTION OF POWER FACTOR |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015147839A (en) | 2017-05-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU721174B2 (en) | A three-phase transformer | |
EP1766491B1 (en) | Output power factor control of pulse-width modulated inverter | |
US9124183B2 (en) | Power inverter for feeding electric energy from a DC power generator into an AC grid with two power lines | |
US7821801B2 (en) | Power factor correction method for AC/DC converters and corresponding converter | |
EP2320548A2 (en) | DC bus boost method and system for regenerative brake | |
US4204268A (en) | Auxiliary commutation circuit for an inverter | |
US20180019684A1 (en) | Power converter | |
WO2003098771A1 (en) | Dynamic series voltage compensator with current sharing static switch | |
US10069438B2 (en) | Power converter with capacitor voltage balancing | |
CN109716609B (en) | Method for phase-controlled excitation of a power transformer | |
CN104883104A (en) | Multifunctional resistance circuit with small current test and residual voltage excitation freewheeling functions | |
RU2622043C2 (en) | Control system of controlled voltage rectifier | |
RU2449458C1 (en) | Device for connecting stand-alone voltage inverter to direct current voltage source | |
RU2372706C1 (en) | Device for connection of controlled voltage rectifier to source of ac voltage | |
CN110401333A (en) | Inhibit PWM method, system and the associated component of bus current ripple | |
US6137272A (en) | Method of operating an AC-DC converter | |
EP2638627B1 (en) | Power inverter for feeding electric energy from a dc power generator into an ac grid with two power lines | |
JPH01311864A (en) | Switching system stablizing electric source device | |
RU2377709C1 (en) | Device for connecting independent voltage inverter to direct current voltage source (versions) | |
RU2542749C2 (en) | Corrector of power ratio | |
RU2521613C1 (en) | Device for connecting controlled voltage inverter to direct current voltage source | |
RU2593152C1 (en) | Device for connecting controlled voltage rectifier to ac voltage source | |
RU2558681C1 (en) | Independent voltage inverter to supply load through transformer with low coupling coefficient between its windings | |
EP4147338B1 (en) | Electrical power converter with pre-charge mode of operation | |
EP0007920B1 (en) | Auxiliary commutation circuit for an inverter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181107 |