СПОСОБ РАБОТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СХЕМЫ
METHOD OF CONVERTING CIRCUIT OPERATION

Область техники
Изобретение относится к области силовой электроники и касается способа работы преобразовательной схемы, в соответствии с ограничительной частью независимого п.1 формулы.
Уровень техники
Традиционные преобразовательные схемы включают в себя преобразовательный блок с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей, которые известным образом соединены для коммутации, по меньшей мере, двух уровней коммутируемого напряжения. Со стороны переменного напряжения преобразовательный блок соединен с электросетью переменного напряжения. Далее с преобразовательным блоком соединен емкостной энергоаккумулятор, образованный обычно одним или несколькими конденсаторами. Для работы преобразовательной схемы предусмотрено устройство управления, которое при ее работе управляет управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями посредством управляющего сигнала. Последний вырабатывается обычно из опорных напряжений, причем для вырабатывания управляющего сигнала предусмотрен блок присвоения, который присваивает опорным напряжениям соответствующие значения управляющего сигнала. Соответствующим опорным напряжением является напряжение, которое устанавливается преобразовательным блоком на его соответствующем фазном выходе, так что преобразовательный блок на своих фазных выходах устанавливает напряжение в соответствии с фазными напряжениями электросети переменного напряжения. При этом не играет роли, являются ли фазные напряжения симметричными или несимметричными. Несимметричные фазные напряжения имеют место, например, при разных фазных углах фазных напряжений по отношению друг к другу и/или при разных амплитудах фазных напряжений по отношению друг к другу и/или при разных частотах фазных напряжений по отношению друг к другу. Каждое опорное напряжение формируется в уровне техники из соответствующих ему постоянных коэффициента и угла модуляции. Таким образом, например, в случае трехфазной электросети переменного напряжения с тремя фазными напряжениями необходимы также три опорных напряжения и, тем самым, также три независимых постоянных коэффициента и угла модуляции, причем эти постоянные коэффициенты и углы модуляции формируются обычно путем расчета, в результате чего возникают огромные затраты. Вследствие этого эксплуатация преобразовательной схемы очень трудоемка, неэффективна, дорога и подвержена сбоям, в результате чего ее готовность к работе резко падает и значительно повышается потребность в ее обслуживании.
Изложение изобретения
Задачей изобретения является создание способа работы преобразовательной схемы, с помощью которого ее можно было бы эксплуатировать очень просто и эффективно.
В предложенном способе преобразовательная схема содержит преобразовательный блок с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей, причем со стороны переменного напряжения преобразовательный блок соединен с электросетью переменного напряжения, а управление управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями осуществляется посредством выработанного из опорных напряжений управляющего сигнала. Согласно изобретению опорные напряжения формируются из периодических коэффициента и угла модуляции, причем периодические коэффициент и угол модуляции формируются соответственно из d-составляющей преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, q-составляющей преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, d-составляющей преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений и q-составляющей преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений. За счет того, что опорные напряжения формируются только из одних, в частности единственных, периодических коэффициента и угла модуляции, которые формируются соответственно из d-составляющей преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, q-составляющей преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, d-составляющей преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений и q-составляющей преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений, предпочтительно требуются лишь очень низкие затраты на расчет для формирования опорных напряжений. Предложенный способ позволяет, таким образом, эксплуатировать преобразовательную схему очень просто и эффективно, причем к тому же небольшая подверженность преобразовательной схемы сбоям и, тем самым, ее высокая готовность к работе могут быть достигнуты при небольших затратах на обслуживание.
Эта и другие задачи, преимущества и признаки настоящего изобретения становятся очевидными из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на чертеж.
Краткое описание чертежа
На чертеже изображен вариант преобразовательной схемы, работающей в соответствии с предложенным способом.
Ссылочные позиции на чертеже и их значение объединены в перечне. В принципе, одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Описанный вариант, который следует понимать как пример, не имеет ограничительного действия.
Пути реализации изобретения
Na
Nb
Nc
Na
Nb
Nc
На чертеже изображен распространенный вариант преобразовательной схемы. Она содержит преобразовательный блок 1 для коммутации, по меньшей мере, двух уровней коммутируемого напряжения. Со стороны переменного напряжения преобразовательный блок соединен с электросетью 2 переменного напряжения. Далее с преобразовательным блоком 1 соединен емкостной энергоаккумулятор 3, образованный обычно одним или несколькими конденсаторами. Для работы преобразовательной схемы предусмотрено устройство 4 управления, которое управляет управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями посредством управляющего сигнала S. Последний формируется обычно из опорных напряжений u*, u*, u*, причем для формирования управляющего сигнала S предусмотрен блок 6 присвоения, который присваивает опорным напряжениям u*, u*, u* соответствующие значения управляющего сигнала.
Na
Nb
Nc
Ndp
Nqp
Ndn
Ndn
Na
Nb
Nc
Ndp
Nqp
Nqn
Ndn
Na
Na
Nc
Опорные напряжения u*, u*, u* формируются из периодических коэффициента m(t) и угла θ(t) модуляции. Таким образом, периодические коэффициент m(t) и угол θ(t) модуляции являются функцией времени t и, тем самым, зависят от него. Периодические коэффициент m(t) и угол θ(t) модуляции формируются соответственно из d-составляющей Uпреобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, q-составляющей U преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, d-составляющей U преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений и q-составляющей U преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений. За счет того, что опорные напряжения u*, u*, u* формируются только из одних, в частности единственных, периодических коэффициента m(t) и угла θ(t) модуляции, которые формируются соответственно из d-составляющей U преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, q-составляющей U преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, d-составляющей U преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений и q-составляющей U преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений, предпочтительно требуются лишь очень низкие затраты на расчет для формирования опорных напряжений u*, u*, u*. Предложенный способ позволяет, таким образом, эксплуатировать преобразовательную схему очень просто и эффективно, причем к тому же небольшая подверженность преобразовательной схемы сбоям и, тем самым, ее высокая готовность к работе могут быть достигнуты при небольших затратах на обслуживание. По сравнению с уровнем техники в случае трехфазной электросети переменного напряжения требуется формировать не три независимых постоянных коэффициента и три независимых постоянных угла модуляции, а лишь один периодический коэффициент m(t) и один периодический угол θ(t) модуляции.
Периодические коэффициент m(t) и угол θ(t) модуляции формируются, в частности, в устройстве 4 управления, в частности путем расчета по следующим формулам
,
,
DC
nom
nom
где U обозначает напряжение на емкостном энергоаккумуляторе 3, ω=2πF, F - номинальная частота электросети 2 переменного напряжения, например 50 Гц в случае распространенной объединенной электросети переменного напряжения или 16 2/3 Гц в случае контактной электросети переменного напряжения. Для определения фазного угла ωt устройство 4 управления содержит предпочтительно контур подстройки фазы.
Na
Nb
Nc
Na
Nb
Nc
Na
Nb
Nc
Na
Nb
Nc.
d
q
Предпочтительно преобразовательный блок 1 следует за фазными напряжениями U, U, U, даже в случае несимметричных фазных напряжений U, U, U, т.е. опорные напряжения u*, u*, u* соответствуют фазным напряжениям U, U, U В системе Парка-Кларка (dq-система) d-составляющая преобразования Парка-Кларка опорных напряжений u*и q-составляющая преобразования Парка-Кларка опорных напряжений u* приобретают следующий вид
DC
u*d=m·cos(θ)-U/2,
DC
u*q=m·sin(θ)-U/2.
Посредством обратного преобразования Парка-Кларка во временной диапазон
Na
Nb
Nc
опорные напряжения u*, u*, u* приобретают следующий вид
Na
DC
DC
u*=(m·cos(θ)·U/2)·sin(ωt)+(m·sin(θ)·U/2)·cos(ωt)
Nb
DC
DC
u*=√3·((-m·cos(θ)·U/2)·cos(ωt)+(m·sin(θ)·U/2)·sin(ωt))
DC
DC
-((m·cos(θ)·U/2)·sin(ωt)+(m·sin(θ)·U/2)·cos((ωt))
Nc
DC
DC
u*=-√3·((-m·cos(θ)·U/2)·cos(ωt)+(m·sin(θ)·U/2)·sin(ωt))
DC
DC
-((m·cos(θ)·U/2)·sin(ωt)+(m·sin(θ)·U/2)·cos(ωt)).
Na
Nb
Nc
Опорные напряжения u*, u*, u* формируются, в частности, в устройстве 4 управления, в частности путем расчета.
Ndp
Ndp
Nqn
Nqn
Nd
Nq
Преимущественно d-составляющая U преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, q-составляющая U преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, d-составляющая U преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений и q-составляющая U преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений формируются соответственно из d-составляющей U преобразования Парка-Кларка фазных напряжений и из q-составляющей Uпреобразования Парка-Кларка фазных напряжений. Формирование происходит, в частности, в устройстве 4 управления, в частности путем расчета следующим образом
Ndp
Nd
Cr
U=U+Re(U)
Nqp
Nq
Cr
U=U-Im(U)
Ndn
Cr
j2ωt
U=Re(U·e)
Nqn
Cr
j2ωt
U=Im(U·e)
,
Ndtl
Nq
Nqt1
Nq
где U обозначает задержанную на отрезок времени t1 d-составляющую U преобразования Парка-Кларка фазных напряжений, a U - задержанную на отрезок времени t1 q-составляющую U преобразования Парка-Кларка фазных напряжений.
Преимущественно отрезок времени tl выбирается порядка .
Na
Nb
Nc
Np
Nn
Полноты ради следует упомянуть, что, в частности, в случае симметричных фазных напряжений U, U, U они могут быть разложены на положительную последовательность U фазных напряжений (положительная система отсчета) и на отрицательную последовательность U фазных напряжений (отрицательная система отсчета), которые тогда приобретают следующий вид:
Np
Ndp
Nqp
U=U+jU
Nn
Cr
j2ωt
U=U·e
Na
Nb
Nc
Сами фазные напряжения U, U, U определяются следующим образом
,
Na
Nb
Nc
причем фазные напряжения U, U, U сети 2 переменного напряжения определяются, в частности, посредством измерения, а их сумма дает нуль, т.е.:
Na
Nb
Nc
U+U+U=0,
Nd
Nq
где d - составляющая U преобразования Парка-Кларка фазных напряжений и q-составляющая U преобразования Парка-Кларка фазных напряжений приобретают тогда следующий вид:
,
Nd
Nq
Na
Nb
Nc
Nd
Nq
Ndp
Nqp
Ndn
Nqn
d-составляющая U преобразования Парка-Кларка фазных напряжений и q-составляющая U преобразования Парка-Кларка фазных напряжений формируются, в частности, в устройстве 4 управления из полученных фазных напряжений U, U, U, в частности путем расчета, причем d-составляющая U преобразования Парка-Кларка фазных напряжений и q-составляющая U преобразования Парка-Кларка фазных напряжений привлекаются затем, как уже описано, для формирования d-составляющей U преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, q-составляющей U преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, d-составляющей U преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений и q-составляющей U преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений.
Np
Nn
Здесь следует отметить, что положительная последовательность U фазных напряжений содержит положительные координаты в положительной системе отсчета и угловую скорость ω, а отрицательная последовательность U фазных напряжений -положительные координаты в отрицательной системе отсчета и угловую скорость -ω.
Np
Nn
Nd
Nq
Nd
Nq
С положительной последовательностью U фазных напряжений и отрицательной последовательностью U фазных напряжений общее фазное напряжение U+jU в положительной системе отсчета с d-составляющей U преобразования Парка-Кларка фазных напряжений и с q-составляющей U преобразования Парка-Кларка фазных напряжений можно записать следующим образом:
Nd
Nq
Np
Nn
-2ωt·
U+jU=U+eU
⇔
Nd
Nq
Ndp
Nqp
Ndn
Nqn
U+jU=U+jU+(cos(2ωt)-jsin(2ωt))·(U+jU)
⇔
Nd
Nq
Ndp
Ndn
Nqn
Nqp
Nqn
Ndn
U+jU=U+cos(2ωt)·U+sin(2ωt)·U+j(U+cos(2ωt)·U-sin(2ωt)·U),
-2ωt
Nn
Nn
где член e·U обозначает координаты отрицательной последовательности U фазных напряжений в положительной системе отсчета, которые вращаются с 2-кратной угловой скоростью ω.
Na
Nb
Nc
Na
Nb
Nc
Ndp
Nqp
Ndn
Nqn
Na
Nb
Nc
Nd
Nq
Формирование опорных напряжений u*, u*, u*, периодических коэффициента m(t) и угла θ(t) модуляции происходит преимущественно непрерывно, в результате чего всегда возникают самые актуальные значения опорных напряжений u*, u*, u*, периодических коэффициента m(t) и угла θ(t) модуляции. Также непрерывно происходит формирование d-составляющей U преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, q-составляющей U преобразования Парка-Кларка положительной последовательности фазных напряжений, d-составляющей U преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений и q-составляющей U преобразования Парка-Кларка отрицательной последовательности фазных напряжений. Кроме того, непрерывно происходит определение фазных напряжений U, U, U, в результате чего расчет можно производить всегда с самыми актуальными значениями. Преимущественно также непрерывно происходит формирование d-составляющей U преобразования Парка-Кларка фазных напряжений и q-составляющей U преобразования Парка-Кларка фазных напряжений.
Перечень позиций
1 - преобразовательный блок
2 - электросеть переменного напряжения
3 - емкостной энергоаккумулятор
4 - устройство управления
5 - блок расчета
6 - блок присвоения