Устройство для управления преобразователем частоты

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ, состоящим из управляемого выпрямителя, фильтра и автономного инвертора, содержащее блок управления инвертором, выход которого предназначен для подключения к инвертору, соединенные последовательно первый датчик обратной связи, первый блок сравнения с входом сигна;ла задания и блок управления вьтрями- . :телем, выход которого предназначен для подключения к выпрямителю, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, оно снабжено вторым датчиком обратной связи , вторым блоком сравнения, генератором синусоидального задающего сиг .нала с двумя входами, причем вход второго датчика обратной связи предназначен для подключения к выходу инвертора , выход соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора синусоидального задающего сигнала, выход подключен к входу блр-1 управления инвертором, вход пер-, врго датчика обратной связи предназначен для подключения к выходу фильтра ,первый вход генератора синусоидального задающего сигнала предназначен для подключения сигнала управления, а второй вход подключен к входу сиг , нала задания первого блока сравнения .

,SU„„1 2 16 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ЗСМК,Н 02 P 13/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И CFfHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 .;3

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ,ла задания и блок управления выпрями-, телем, выход которого предназначен для подключения к выпрямителю, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, оно снабжено вторым датчиком обратной связи, вторым блоком сравнения, генератором синусоидального задающего сиг.нала с двумя входами, причем вход второго датчика обратной связи предназначен для подключения к выходу инвертора, выход соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора синусоидального задающего сигнала, выход подключен к входу бло- I <а управления инвертором, вход пер-. вого датчика обратной связи предназначен для подключения к выходу фильтра, первый вход генератора синусоидаль.—. ного задающего сигнала предназначен Я для подключения сигнала управления, а второй вход подключен к входу сиг, нала задания первого блока сравнения, (21) 3266324/24-07 (22) 25.03.81 (46) 07.07;84 Бюл. № 25 (72) И.А.Баховцев и Г.С.Зиновьев (71) Новосибирский электротехнический институт (53) 621.316.727(088.8) (56) 1. Сандлер ные инверторы с модуляцией, М., с. 24.

2. Авторское

¹ 377955, кл. Н

А.С. и др. Тиристорширотно-импульсной

"Энергия", 1968, 1 свидетельство СССР

02 Р 13/16, 1971. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕИ ЧАСТОТЫ, состоящим из управляемого выпрямителя, фильтра и автономного инвертора, содержащее блок управления инвертором, выход которого предназначен для подключения к инвертору, соединенные последовательно первый датчик обратной связи, первый блок сравнения с входом сигна110201

Изобретение относится к электротехнике, и может быть использовано при создании регулируемого стабилизирсеанного источника напряжения или тока в электроприводе переменного. тока.

Известно устройство для управления преобразователем частоты (ПЧ), содержащим неуправляемый выпрямитель, автойомный инвертор (АИ), а также 10 фильтр, включенный между ними, :состоящее из генератора управляющего напряжения, генератора опорного напряжения и модулятора 1 1.

Недостатком данного устройства яв-ляется значительное ухудшение качества выходной энергии ПЧ при глубоком регулировании амплитуды его.выходного напряжения (тока), а также существен- 20 ное возрастание пбтерь энергии при повышении частоты коммутации, что вызывается необходимостью улучшения формы кривой выходного напряжения (то.ка) . 25

Наиболее близким к изобретению является устройство управления ПЧ, содержащим управляемый выпрямитель (УВ), АИ, а также фильтр, включенный между ними, состоящее из блока управ-. 3б ления выпрямителем (БУВ), выход кото- рого соединен с УВ, и блока управления инвертором (БУИ), выход которого соединен с АИ. Кроме того, выход последнего связан со входом датчика обратной связи, выход которого соединен со входом схемы сравнения, имеющей еще один вход для сигнала задания а также выход, связанный е.

БУВ(21.

Недостатком известного устройства является малое быстродействие контура регулирования амплитуды выход:ного напряжения (тока). Быстродейстиве в данном случае можно увеличить, 4 уменьшив параметры фильтра, включенного после УВ,.но при этом ухудшится качество выходной энергии ПЧ.

Цель изобретения — повышение быстродействия ПЧ.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления преобразователем частоты, состоя щим из управляемого выпрямителя, фильтра и автономного инвертора, со держащее блок управления инвертором, выход которого предназначен для подключения к инвертору соединеннные последовательно первый датчик обрат6 2 ной связи, первыК блок сравнения с входом сигнала задания и блок управления выпрямителем, выход которого предназначен для подключения к выпрямителю, снабжено вторым датчиком обратной связи, вторым блоком сравнения, генератором синусоидального задающего сигнала с двумя входами, причем вход второго. датчика обратной связи предназначен для подключения к выходу инвертора, выход соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора синусоидального задающего сигнала, выход подключен к входу блока управления инвертором, вход первого датчика обратной связи предназначен для подключения к выходу фильтра, первый вход генератора синусоидального чю задающего сигнала предназначен для подключения сигнала управления а второй вход подключен к входу сигI нала задания первого блока сравнения.

На чертеже приведены преобразователь частоты и предлагаемое устройство.

Устройство для управления преобразователем частоты, содержащим фильтр (Ф) 2, автономнъ|й инвертор 3, нагрузку (Н) 4, состоит нз блока управления выпрямителем 5, блока управления инвертором 6, датчиков обратной связи (Д1 и Д2) 7 и 8, блоков сравнения (С1 и С2) 9 и 10, генератора синусоидального задающего сигнала (ГЗ) 11.

Ф

Для стабилизации и регулирования одной выходной величины ПЧ (напряжения или тока) в устройстве используются два контура отрицательной связи: по напряжению управляемого выпрямителя (Е ) и по напряжению (току) на выходе инвертора 3. Первый контур (Ф,Д1, С1, БУВ, УВ, Ф) предназначен для регулирования и стабилизации выходного напряжения (тока) инвертора 3 путем регулирования и стабилизации напряжения на выходе

УВ в соответствии с задающим сигналом Е. При изменении этого сигнала

Ф а также при наличии возмущений со стороны питающей сети (0с) или нагрузки данный контур созцает (или стабилизирует) на въиоде УВ такой уровень Е, который обеспечивает на выходе инвертора 3 требуемую ампли1102016 туду напряжения (тока) . Таким образом, C помощью первого контура осуществляется амплитудно-импульсный метод управления ПЧ.

Второй контур (АИ, Д2, С2, БУИ и АИ) предназначен для дополнительного регулирования и стабилизации выходного напряжения (тока) инвертора 3 при различных задающих (в соответствии с синусоидальным задающим сигйалом Е ) и возмущающих (по сети и по нагрузке) воздействиях методом широтно-.импульсной модуляции (ШИМ).

Амплитуда.и частота Е линейно зависят соответственно от сигналов

Е и F . Регулирование и стабилиэацйя контуром с ШИМ осуществляется путем изменения глубины модуляции инвертора 3. Второй контур регулирова" ния по сравнению с первым является. бо" О лее быстродействующим. Это определяется следующими причинами.

Во-первьк, первый контур регулирования и второй в качестве сигналов обратной связи используют соответственно медленно. (Е ) и быстро меняющееся (U ) напряжения по отношению к сигналу задания. Скорость .изменения напряжения Е определяется . параметрами фильтра 2, присутствующе- 30 го в первом контуре. Во-вторых, быстродействие отработки сигнала задания каждым контуром определяется его частотой выработки управляющих импульсов, которая в контуре регулирования с ШИМ, как правило, выше, чем в контуре с амплитудноимпульсной модуляцией (АИМ).

Хотя контур с ШИМ является более быстродействующим, он имеет вспомо- И) гательное значение. Данный контур определяет способность ПЧ регулировать и стабилизировать выходное напряжение (ток) АИ только в динамических режи« мах. (В контуре кроме ШИМ могут ис- 45 пользоваться и другие аналогичные по быстродействию методы регулирования: широтно-импульсное регулирование, фазовое и т.д.). В статике и в медленно изменяющихся процессах регулирование 5б и стабилизация осуществляется контуром с АИМ.

Рассмотрим взаимодействие двух суще. с ствующих контуров. Будем, для сокра55 щения называть их следующим образом: контур регулирования по методу АИМКАИМ, контур регулирования по.методу.

lllHN-K1llHM.

В статике контура выполняют. следующие функции.

КАИМ обеспечивает необходимый уровень Е, а следовательно, амплитуду выходного напряжения (тока) инвертора 3. Параметры датчика 8 подбираются такими, чтобы КШИМ при этом обеспечивал максимально возможный уровень глубины широтно-импульсной модуляции (0,8-0,9), при котором качество выходной энергии АИ является наилучшим.

В динамике можно выделить три режима в соответствии с видами возмущений: изменение сигнала задания Е

j y изменение питающей сети, изменение нагрузки.

Процессы в обоих контурах происходят одновременно, но в силу того, что один из контуров более инерционный, можно (для простоты описания) считать, что процессы в контурах происходят последовательно: сначала в менее инерционном, потом в более инерционном.

Изменение Е1. В силу большой инерционности КАИМ в этом случае (а также в последующих) в первую очередь срабатывает КШИМ: изменится амплитуда сигнала Е, а следовательно, и сигнала ошибки, 402 ЕЗ Он

Изменение U цриведет к изменению глубины модуляции АИ, что в нуж- . ную сторону изменит. амплитуду выходной величины ПЧ, устанавливая ее на нужном уровне. Одновременно сигнал Е

1 влияет на КАИМ. На выходе блока сравнения 9 появится первый сигнал-ошибки: 3 "1=< -Eî

Через определенное время (в соответствии со своей постоянной времеI ни) контур регулирования путем изменения угла управления выпрямителя 1 отрабатывает данный сигнал и устанавливает Е на необходимый уровень, определяемый сигналом Е1. Но так как

КШИМ уже отработал сигнал Е через Е

1 3 и сам установил выходную величину

АИ на требуемый уровень, то установленная величина Е будет для него новым возмущающим воздействием. Последнее КШИМ отрабатывает, тем самым возвратив величину глубины модуляции до исходного значения.

Изменение напряжения питающей сечil

В этом случае Ец, а следовательно, 1102016

Составитель О.Парфенова

Техред М. Надь . Корректор О. Билак

Редактор Н.Яцола

Заказ 4780/42

Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал НПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 и выходная величина инвертора, будет меняться со скоростью, определяемой постоянной времени фильтра 2. Эта же постоянная времени определяет инерционность работы КАИМ. Следова- 5 тельно, данное возмущение будет нейтрализовываться, в основном, контуром

KAHN, стабилизирующим Е на необходимом уровне.

Изменение нагрузки. Так как динамика данного режима довольно сложна, рассмотрим его на конкретном примере-слежении за током нагрузки . (3<) . Пусть 3 увеличился. При этом сразу сработает КШИМ, уменьшив глуби- 15 ну модуляции. Это приведет к уменьшению напряжения на выходе АИ, что ! восстановит требуемое значение ЭН

Но ток, потребляемый инвертором (Эб ), прямо пропорционален глубине моду- 20 ляции АИ (при постоянном 3„ ). Следовательно, Эо уменьшится. Выпрямитель обладает определенным наклоном своей внешней характеристики. Поэтому уменьшение 3 приведет к повышению Е . Новый уровень будет возмуо щением для KAHN. Через определенное время KAHN восстановит E a — уменьшит его, при этом уменьшится 3 ц, а следовательно, и 3< становится при этом зО ниже заданной величины. КШИМ отработает последнее уменьшение путем увеличения глубины модуляции, возвращая ее к исходной величине.

Аналогичные процессы протекают при изменении нагрузки и в случае слежения за выходным напряжением АИ.

В случае слежения за 1ц датчик 8 безинерционное звено; при слежении же за выходным напряжением датчик 8 должен быть фильтрующим (для вьщеленн» гладкой составляющей выходного напряжения).

В силу своего быстродействия КШИМ может обрабатывать и пульсации напряжения на входе АИ, что позволяет до определенной величины уменьшить параметры фильтра 2, а следовательно, его весо-габаритныв показатели, и повысить быстродействие КЛИМ.

Таким образом, предлагаемое устройство, состоящее из.двух контуров регулирования и стабилизации одной вы ходной величины ПЧ (напряжения, тока) объединяет в себе достоинства обоих контуров регулирования. Быстродействие определяется контуром КШИМ, а качество выходной энергии (в статике) контуром KAHN.