Линеаризация реверсивного преобразователя способами комплементарно-фазового управления Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Ю. Г. Следков // Практическая силовая электроника. - 2002. - №8. - С. 27-29.

2. Патент на полезную модель №94355 (1Ш). - Регулятор переменного напряжения / А. В. Доманов, В. И. Доманов, И. Ю. Муллин.

3. Ермаков, И. И. Динамика электрических процессов в трансформаторе с отрицательной обратной связью / И. И. Ермаков, В. В. Киселёв

// Проблемы С. 52-59.

энергетики. - 2009. - №5-6. -

Муллин Игорь Юрьевич, аспирант УлГТУ] ассистент кафедры «Электропривод и АПУ». Круг интересов: энергетика, компьютерные и микроконтроллерные системы управления и автоматизации.

УДК 62-83

С. Н. СИДОРОВ, В. С. ЖУРАВСКИЙ, Д. С. МИРОНОВ

ЛИНЕАРИЗАЦИЯ РЕВЕРСИВНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СПОСОБАМИ КОМПЛЕМЕНТАРНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ

Представлены новые алгоритмы управления вентильными комплектами реверсивного преобразователя, устраняющие проявления вентильной нелинейности в существующих схемах совместного и раздельного управления.

Ключевые слова: двухкомплектный реверсивный вентильный преобразователь; согласование регулировочных характеристик.

Разработке современных систем с двухкомплектными реверсивными вентильными преобразователями (РВП) препятствуют многочисленные проявления вентильной нелинейности в виде неполной управляемости, а также прерывистого тока нагрузки при раздельном или уравнительного тока при совместном способах управления вентильными комплектами [1-3]. Радикальное усовершенствование РВП требует идеального согласования регулировочных характеристик вентильных комплектов при равенстве не только средних, но и мгновенных напряжений на их выходах. Покажем, что идеального согласования характеристик РВП по (3-1)-фазиой мостовой схеме (рис. 1, а) можно достичь на основе так называемого комплемен-тарно-фазового управления [4]. Диаграммы рис. 2 поясняют новый способ на примере отработки указанной схемой гармонического управляющего воздействия ху(1). Полагается, что переключения осуществляются с помощью многоканальной системы импульсно-фазового управления (СИФУ) с одновременной подачей на тиристоры вентильных пар одной из двух симметрично располагающихся относительно точек естественной коммутации (ТЕК) последователь-

Сидоров С. Н., Журавский В. С., Миронов Д. С., 2010

VI (1 >

>/4(2)

У3(1 )г У5С1} " '

У2С2)

{

№

Я

.укн

УЗГ2) у2(1}

т

У5(2}1

а)

а

б)

Рис. 1

ностей широких управляющих импульсов. Каждая из последовательностей может служить для фазового регулирования того или другого комплекта при одинаковых значениях средневы-прямленного напряжения, получив название комплементарных [2].Так как импульсы первой последовательности формируются в моменты равенства х/1) с развёртывающими сигналами убывающей формы хОП](1), они могут использоваться для управления тиристорами первого вентильного комплекта (ВК1) VI(1), ¥2(1),У6(1)

в диапазоне отстающих относительно ТЕК углов 0<р.1<71. На тиристоры второго вентильного комплекта (ВК2) VI(2), У2(2),... У6(2) эти импульсы поступают в диапазоне опережающих углов -я<а,2<0. Аналогичным образом, но уже на возрастающих участках развёртывающих сигналов хоп2(г) формируются импульсы второй последовательности, пригодные для управления ВК1 в диапазоне -7г < а\<0 или ВК2 в диапазоне 0< а2<71.

Суть предлагаемой модификации состоит в селекции комплементарных импульсов, учитывающей степень управляемости применяемых вентилей. В случае выполнения РВП на одно-операционных тиристорах управление импульсным селектором должно создавать условия для проведения естественной (сетевой) коммутации при каждом из двух направлений тока нагрузки 1<1 >0, /¿<0. Этого можно добиться, если прохождения тока через нулевые значения /¿=0 будут сопровождаться заменой комплементарных импульсов. Каждая замена, не вызывая скачка средневыпрямленного напряжения, должна обеспечить переключения тиристоров вступившего в работу комплекта в диапазоне отстающих относительно ТЕК углов управления. Работа импульсного селектора в этом случае может происходить по команде логической (сигнатурной) функции знака тока нагрузки

1, если 1Л (7) > 0; 0, если г, (7) < 0,

(О

пропускающей на вентильные пары импульсы первой последовательности при положительных или второй последовательности при отрицательных значениях мгновенного тока нагрузки. Как видно из диаграмм рис. 2, результирующая кривая напряжения нагрузки «сшивается» на периоде из получаемых с помощью первой и второй последовательностей кривых есц(1) и соответственно.

Сравнительный анализ частотных характеристик РВП

- Одним из критериев оценки РВП служит частотная полоса пропускания. Представленные на рис.3, 4 материалы позволяют сравнить эквивалентные АФЧХ так называемого собственно вентильного преобразователя в составе РВП при традиционном и предлагаемом способах управления вентильными комплектами. Сравнение проведено методом гармонической

линеаризации в области частот, превышающих

Рис. 2

частоту сети со>соо. Известно, что быстродействие в этом диапазоне частот прежде всего ограничивается неполной управляемостью однооперационных тиристоров. В этой связи рассмотрение тиристорных вариантов 1-3 преобразователя проведено при максимальных отклонениях управляющего сигнала (хут=1) в предположении бесконечного числа фаз питающей сети, то есть в экстремальном случае и без учета дискретности.

Вариант 1. Нереверсивный ВГ1 на однооперационных тиристорах

Задаваясь гармонической формой управляющего сигнала Я (/) = 5 запишем реакцию выходного напряжения одного из вентильных комплектов без выхода в режим насыщения

х у СО, при ви=1; ес1 (1)= со8( СА)01)=СОЗ (^-агссоБ(х (0) ),

ш

при

8и=0.

(2)

Полученный с помощью (2) график характеристики «вход-выход» ес/ху) вентильного комплекта имеет неоднозначную форму петли, свидетельствуя об инерционных свойствах данного

Бг <21>0

ашщщш^:;- ; Д8ВШШВВ 1

•.¡Ж--'"-

V " " V •» * ■ ■ ** н • |

нвд

Я

I

Н V- * * Г-г I

/ 1Л ^ г */У 1 /I

Г" \ N. 1 у// Г Г + + > Г*\

-1-1

д(х-1)

сс^г--д

о

б)

-1

Рис. 3

■-"--1—--1-V 14 '

' Ч 0.25-V'/

"О

/ > 1А

5 г" ¿^ Ы

1.25

0.25

0.5

1т(к(Й)

Ке(к(]щ))=0.5(со<^ + со3(?)-1) ЦК(р))=-0.055^(005(^ + 1)

а)

£

Рис.4

объекта. Траектория обхода петли, а также порядок построения кривой выходного напряжения е.У() проецированием мгновенных значений ху[() показаны стрелками. Процесс гармонической линеаризации предоставляет возможность аналитического описания преобразователя с помощью комплексного коэффициента усиления (ККУ)

К(]со)= <и

и®)

я

2 к

хуи®) ®

(3)

о

Расчёт ККУ по формуле (3) позволил получить на его основе графики амплитудпо-частотной (АЧХ) К(со) и фазочастотной (ФЧХ) /(со) характеристик данного устройства. Их анализ указывает на близость динамических свойств однокомплектного ВП свойствам апериодического звена первого порядка.

Вариант 2. Двухкомплектный РВП при совместном согласованном управлении

В соответствии с данной методикой получены частотные характеристики РВП в условиях традиционного управления с поддержанием ра-

ПРи^ТОО П , -I- ГУ -,—ПТ Г I Опилопрллриряо ПЯППТЯ

и VI >. V 1 и 1Л К-Гя I ЧУ А > V/ р ^кТЛ^лллл м. / л. »АС « \л-

вентильных комплектов позволяет представить выходное напряжение РВП в виде полусуммы напряжений на их выходах:

елСМе^+е^фа (4)

при

г ХУ№>

ГДе есП № = 1

соб( О),^), при

Б =1-

° и 1' =

при

<32

г х (г),

(0=1

соб( ы01),при

5 =1' 5 и

3ц=о.

Из уравнений видно, что достигаемая симметричность реакции е^) на изменения ху(0 способна увеличить частотную полосу. Однако необходимость борьбы с динамическим уравнительным током не позволяет использовать

данное преимущество на практике. Поэтому граничная частота данного варианта так же ограничена частотой сети согр < соо.

Вариант 3. Двухкомплектный РВП при комплементарно-фазовом управлении

В данном случае в рабочем состоянии в каждый момент находится лишь один комплект вентилей, в связи с чем выходное напряжение преобразователя определится

еа (0 = (0*/ (0+(Ф/ (0, (5)

где ecn(t)1ed2(t) - напряжения комплектов, представленные ранее в виде формулы (2). С учётом того, что переключательные функции

Si(t\Si(t') во времени совпадают с логическими переменными (1),(2), выражение (5) перепишется

(0 при sk= 0;

(6)

cos(û)j) при sk = 1,

eAt) = \

свойства безынерционного звена. Качественную оценку влияния дискретности на динамику можно осуществить графически по виду эквивалентной характеристики е^п Т] =/(ху[пТ]) (рис. 4, в), связывающей дискретные значения координат преобразователя в моменты переключений в квазиустановившемся режиме работы. Ход построения данного графика с помощью заранее полученных кривых ху(1), е^) показан рис. 4 в, г стрелками. Видна зависимость динамических свойств от амплитуды отклонений: если при хуп1—>1 характеристика имеет вид прямой линии, свидетельствуя о безынерционных свойствах преобразователя, то при хут—>0 приобретает неоднозначную форму овала. Об этом же говорит и форма годографов относительного ККУ на комплексной плоскости рис.4,д. Видно, что с ростом хут семейство годографов превращается в точку с координатами [/,у'0].

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Розанов, Ю. К. Силовая электроника: учебник для вузов / Ю. К. Розанов, М. В. Ряб-чицкий, А. А. Кваснюк. - М. : Издательский дом МЭИ, 2007.

2. Джюджи, Л. Силовые преобразователи частоты: пер. с англ. / Л. Джюджи, Б. Пелли. -М.: Энергоатомиздат. 1983.

3. Слежановский, О. В. Реверсивный электропривод постоянного тока / О. В. Слежаков-ский.-М.: Металлургия, 1967.

4. Сидоров, С. Н. Реверсивный вентильный преобразователь в режиме комлементарно-фазового управления / С. Н. Сидоров, Д. С. Миронов // Силовая электроника. - 2010. - №2.

где йк — © 8и - логическая переменная

неравнозначности.

Полученный с помощью формулы (6) график характеристики е^ху) (рис. 3, в) позволяет представить реакцию РВП на гармоническое воздействие в виде кусочной функции е/1). Видно, что увеличение частоты со>соо приводит к частичной потере управляемости, так как кривая выходного напряжения повторяет управляющий сигнал е/()=ху(1) не на всём периоде. Полная потеря управляемости при активной нагрузке (7/ =0) наблюдается на граничной частоте согр~2соо. Увеличение фазового угла нагрузки ¿/—»я/2 приближает граничную частоту к сетевой » со0.

ТТОООХТО ОН юлпи прттторпмг поштла гЬг*г\\лАЫ Л

^ии I X1-1X4/ и Г>1 и X Ы^рЛчЦЫ! V/ 1 V/! 1 А. X

, Д. --------------------

Вариант 4. РВП на запираемых вентилях прич

комплементарно-фазовом управлении Сидоров Сергей Николаевич, кандидат техни-

Рассмотренный выше алгоритм управления ческих наук, доцент кафедры «Электропривод и

позволяет записать выходное напряжение данно- АПУ» УлГТУ. Область научных интересов -

го преобразователя в следующем виде: преобразовательная техника.

е„ (0 = ед (Фи (0 + е п (Ф„ (0- (7) Ж/Р~ В<— Сергеевич, студит группы у <н\ / и \ у си \ / \ / Ад-32 энергетического факультета Ул11 У.

Подстановкой (4) в (7) можно убедиться в Миронов Дмитрий Сергеевич, аспирант кафед-существовании равенства ес,($=ху(0 на всём ры «Электропривод и АПУ» УлГТУ. периоде входного сигнала. Это означает, что влияние неполной управляемости исчезает, и РВП, как непрерывное устройство, приобретает