Устройство для управления @ -фазным инвертором с широтно- импульсной модуляцией выходного напряжения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ т-ФАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ для частотно-управляемого электропривода , содержащее задающий генератор несущей частоты f, выходом сое- ;диненный с одними входами соответст: вующих амплитудно-импульсных модуляторов , числом равных m или 2т, формирующих напряжение с широтно-импульсной модуляцией, частота основной гармоники к;оторого равна разности несущей и модулирующей f частот, управляемый генератор модулирующей частоты Kf, где К равно m или 2т, вход которого подключен к блоку развертывающего напряжения с одним коэффициентом развертки, выходом связанный через К-канальньш распределитель импульсов с другими входами амплитудно-импульсных модуляторов, отличающееся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей и повышения точности поддержания (Л выходной частоты в области пониженных ее значений, оно снабжено дополнительным блоком развертывающего напряжения с большим коэффициентом развертки, генератор несущей частоты f выполнен управляемым, а его управляющий вход подключен к выходу 00 4 дополнительного блока.развертывающего напряжения. 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 Н 02 P 13 18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2910898/24-07 (22) 16.04.80 (46),07.04.84. Бюл. Ф 13 (72) Ю.N. Божии и Г.С. Мыцык (71) Смоленский филиал Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской

Революции энергетического института (53) 621.314.57(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 194940, кл. Н 02 M 1/04, 1967.

2. Патент Англии 11- 1342956, кл. Н 02 М i/08, 1977.

3. Патент Франции 9 1552476, кл. Н 02 М 13/18, 1968.

4. Прикладные вопросы электромеханики и энергетики. Сборник трудов

МЭИ, вып. 182, М., 1974, с. 76-80. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

N-ФАЗНЬМ ИНВЕРТОРОМ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ для частотно-управляемого электропривода, содержащее задающий генератор несущей частоты f,„, выходом сое, диненный с одними входами соответстÄÄSUÄÄ 1084937 вующих амплитудно-импульсных модуляторов, числом равных m или 2m, формирующих напряжение с широтно-импульсной модуляцией, частота основной гармоники которого равна разности несущей и модулирующей f частот, управляемый генератор модулирующей частоты КЕ, где К равно m или 2m, вход которого подключен к блоку развертывающего напряжения с одним коэффициентом развертки, выходом связанный через К-канальный распределитель импульсов с другими входами амплитудно-импульсных модуляторов, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения энергетических показателей и повышения точности поддержания выходной частоты в области пониженных ее значений, оно снабжено дополнительным блоком развертывающего напряжения с большим коэффициентом развертки, генератор несущей частоты

f< выполнен управляемым, à его управляющий вход подключен к выходу дополнительного блока развертываннпего напряжения., 1084937

= lк„ вЂ” к (1) 20

Из выражения (1) видно, что в рассматриваемой системе возможно широкое регулирование частоты основной гармоники выходного напряжения в 25 диапазоне от О, когда f 1 = f,äî номинальной, когда (f < — Е„„) = Хно, Выбор величины несущей частоты определяется уровнем требований к спектральному составу выходного напряжения преобразователя. Исследования показывают, что определяющим является режим нормальной выходной частоты, в котором соотношение частот

35 а = не должно превышать (если а

Е )Й ) или быть меньше (если

Й<(f ) некоторой величины а, Эта величина является границей возникновения в спектре субгармонических составляющих, недопустимых в большинстве практйческих случаев применения. Обычно для f 7f критические соотношения частот близки к 1,5, что приводит к необходимости выбора для, и пример ком= 1000 Гц несущей частоты Е„ не ниже 2 кГц. Тогда, чтобы получить частоту основной гармоники выходного напряжения в 1 Гц, надо обеспечить значение Ем =

2001 Гц или f> = 1999 Гц (1 g — (Я.

Однако используемые в статических преобразователях генераторы имеют вполне определенную нестабильность частот. Тогда согласно принципу построения широтно-импульсно-модулированного напряжения по треугольному закону частота основной гармоники

Изобретение относится к статическим преобразователям частоты для регулируемых электроприводов переменного тока и может применяться в специальном электроприводе с широким измене- 5 вием частоты вращения электродвигателей.

Известна система широтно-импульсной модуляции напряжения, построенная на принципе умножения сигналов двух раэночастотных генераторов — несущей и модулирующей частот.

В такой системе несущая частота

f = const, а модулирующая f z = var.

Частота основной гармоники выходного напряжения в этом случае равна модулю разности несущей и модулирующей частот выходног о напряжения будет содержать в себе абсолютные значения нестабильностей генераторов несущей и модулирующей частот, т.е. (2) а относительная нестабильность выходного сигнала по основной гармонике

Видно, что если f< f, то олГ- оо, Это показывает трудность обеспечения стабильной величины частоты основной гармоники в зоне низких частот. Так, для рассматривАемого соотношения

Г х — 1„5 и f „= 2 кГц. Получить вы л ходную частоту в 1 Гц с относительной нестабильностью 0,1 можно, если нестабильности генераторов не ниже й10, что практически трудно достижимо, особенно для регулируемых генераторов.

Указанная особенность определяет трудности использования статических преобразователей с широтно-импульсной модуляцией, например, в электроприводах с широким диапазоном изменения частоты вращения.

В та же время при f = const u треу "ольном законе модуляции в зоне низких частот формируется наиболее благоприятный спектр выходного напряжения .:нвертора, в котором ближайшие к основной по амплитуде гармоники имеют весьма высокую кратность частоты. В результате они эффективно подавляются индуктивными сопротивлениями фаз двигателя переменного тока и ток двигателя становится весьма близким к синусоидальному, что определяет воэможность обеспечения равномерного вращения ротора в зоне низких частот.

Недостатками данного преобразователя частоты является трудность обеспечения стабильного значения выходной частоты при близких частотах генераторов несущей и модулирующей частот и изменение спектрального состава выходного напряжения при регулировании частоты, вызывающее дополнительные потери в преобразователе и двигателе переменного тока, 1084937

Чтобы обеспечить в процессе регулирования требуемое соотношение частот, определяющее спектр выходного напряжения из выражения (1) с учетом соотношения частот а = „/Г,можно получить следующие зависимости, связывающие несущую, модулирующую и выходную частоты

f а-1 (4) 1О регулирования.

Например, при заданном а = 1,01

const легко определить значения

f u f в зависимости от выходной м частоты

f=1 Гц, f =100 Гц, f =101 Гц, -10 Гц, f 1000 Гц, „= 1010 Гц, f=i00 Гц, 10000 r,f7=10100 Гц и т.д.

3 I I

Следовательно, реализация регулирования при обеспечении стабильности

f а = - требует одновременного изме м

HeHHS 1 И,4

Наиболее близким к изобретению является устройство для управления ш-фазным инвертором с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения для частотно-управляемого электропривода, содержащее задающий генератор несущей частоты f выходом соединенный с одними входами соответствующих амплитудно-импульсных модуляторов, числом равных m или

2m, формирующих напряжение с широтно-45 импульсной модуляцией, частота основной гармоники которого равна разности несущей и модулирующей f ÷àñòîò, управляемый генератор модулирующей частоты Kf, где К равно m 2m, вход которого подключен к блоку развертывающего напряжения с одним коэффициентом развертки, выходом связанный через К-канальный распределитель импульсов с другими входами амплитудно-импульсных модуляторов L4 ).

Недостатками известного устройства являются низкие энергетические

f = af = — — (5)

af м а )

Эти соотношения позволяют опреде15 лить законы изменения несущей и модулирующей частот как при необходимости обеспечить| постоянство соотношения а, т.е ° постоянство спектра выходного. напряжения, так и при лю20 бом законе изменения а в процессе показатели статического преобразователя и недостаточная точность поддержания выходной частоты в области пониженных ее значений.

Целью изобретения является улучшение энергетических показателей и повышение точности поддержания выходной частоты в области пониженных ее значений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления

m-фазным инвертором с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения для частотно-управляемого электропривода, содержащее задающий генератор несущей частоты fz, выходом соединенный с одними входами соответствующих амплитудно-импульсных модуляторов, числом равных m или 2m, формируюших напряжения с широтно-импульсной модуляцией, частота основной гармоники которого равна разности несущей и модулирующей f частот, управляемый генератор модулирующей частоты к f „,,де К равно m или

2m, вход которого подключен к блоку развертывающего напряжения с одним коэффициентом развертки, выходом связанный через К-канальный распределитель импульсов с другими входами амплитудно-импульсных модуляторов, снабжено дополнительным блоком развертывающего напряжения с большим коэффициентом развертки, генератор несущей частоты f выполнен управ1 ляемым, а его управляющий вход подключен к выходу дополнительного блока развертывающего напряжения.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — зависимости изменения несущей и модулирующей частот во времени.

Устройство содержит задатчик 1 управляющего сигнала, блок 2 развертывающего напряжения несущей частоты, блок 3 развертынающ: го напряжения модулирующей чаг,"т:i, генератор 4 несущей частоты, генератол 5 модулирующей частоты, блок 6 модуляторов с амплитудно-импульсными модуляторами 7.1,7.2,...,7 i 7и и распределитель 8 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

При пуске устройства управления блоки 2 и 3 разверток задают генера. торам 4 и 5 законы изменения выход1084937 (6) о+ Kh м мо+ м (7) Составитель Е. Дорошин

Редактор О. Черниченко Техред Л.Юарткиова Корректор Г. Огар

Заказ 2032/51

Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул,. Проектная, 4 ных частот, расходящиеся друг относительно друга в функции выходной частоты или во времени (фиг.2). Для простоты можно принять эти законы линейными с различной крутизной нарастания частоты во времени. Т.е. можно записать

Тогда основная гармоника выходного напряжения изменяется во времени по закону

=В =Р« " 1 (" I ) и если f„=f,òo K(

В этом случае требования к стабильности частот генераторов в зоне низкой выходной частоты снижаются, поскольку ббеспечить малую абсолютную погрешность частоты задающих генераторов при невысоких исходных

I частотах этих генераторов значительно проще.

Так, при той же номинальной частоте f .= 1000 Гц и выборе исход5 ных частот f и fù около 100 Гц для получения относительной погрешности выходной частоты 1 Гц на уровне 0,1 требуется обеспечение частот f и

f+ с нестабильностью порядка 10

-3 ,-10 1, т.е. существенно ниже.

В этом случае соотношение частот меняется в меньших пределах. Вследствие этого на низких выходных частотах преобразователя количество переключений ключей преобразователя на периоде частоты уменьшается, что

1 приводит к снижению динамических потерь в преобразователе.

Таким образом, выполнение генераторов 4 и 5 регулируемыми с одновременным изменением частот f < и Е позволяет повысить стабильность частоты основной гармоники выходного напряжения в зоне низких частот и снижает динамические потери в преобразователе на переключение.