Непосредственный преобразователь частоты с широтно- импульсным регулированием выходного напряжения

 

НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ , содержащий силовую схему на полностью управляемых ютючах с двусторонней проводимостью, выполненную в каждой выходной фазе по мостовой или нулевой схемам, датчики тока в ка5кдой входной или выходной фазе, выходы которых подсоединены к одному из входов первого компаратора , другой вход которого подсоединен к источнику тока уставки, задающий генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с одним из входов второго компаратора , источник напряжения уставки , распределитель импульсов, выхо-. ды которого подсоединены к входам управляемых ключей С1товой схемы, отличающийся тем, что, с целью улучшения формы выходного тока, в него введены дополнительно g формирователь пилообразного напряжения и сумматор, причем вход форми (Л рователя пилообразного напряжения с соединен с выходом компаратора , выход его подсоединен к одному из входов сумматора, другой вход которого соединен с источником напряжения уставки, а выход - с входом второго компаратора, которьш своим выходом подсоединен к входу - ю распределителя импульсов. 4;ib СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1107249

3 1) Н 02 Р 13/30, H 02 М 5/27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3594368/24-07 (22) 24.05.83 (46) 07.08.84. Bran. ¹ 29 (72) И.С. Кутрань, В.А. Лукьяненко, В.M. Михальский, Б.E. Пьяных, В.Н. Соболев и Э.М. Чехет (71) Институт электродинамики

АН Украинской ССР (53) 621.314.27(088.8) (56) 1. Карташов Р.П., Кулиш А.К., Чехет Э.M. Тиристорные преобразователи частоты с искусственной коммутацией. Киев, "Техника", 1979, с. 150.

2. Авторское свидетельство СССР № 483746, кл. Н 02 M 5/27, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР № 920992, кл. Н 02 М 5/27, 1982. (54)(57) НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСHbIH РЕГУЛИРОВАНИЕМ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий силовую схему на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, выполненную в каждой выходной фазе по . мостовой или нулевой схемам, датчики тока в каждой входной или выходной фазе, выходы которых подсоединены к одному из входов первого компаратора, другой вход которого подсоединен к источнику тока уставки, задающий генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с одним из входов второго компаратора, источник напряжения уставки, распределитель импульсов, выходы которого подсоединены к входам управляемых ключей силовой схемы, отличающийся тем, что, с целью улучшения формы выход .oro тока, в него введены дополнительно формирователь пилообразного напря- Я жения и сумматор, причем вход формирователя пилообразного напряжения соединен с выходом первого компаратора, выход его подсоединен к одному из входов сумматора, другой вход которого соединен с источником напряжения уставки, а выход — с вхоФееа дом второго компаратора, который своим выходом подсоединен к входу распределителя импульсов.

25

35

45

55

I i

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении непосредственных преобразователей частоты для регулируемых электроприводов переменного тока и спецпотребителей.

Известны IIBIIocI>etc TBF..IíbIå поеобразователи частоты (НПЧ) с широтноимпульсным регулированием (ШИР) выходного напряжения. Для осуществления ШИР в выходном напряжении формируют паузу, на время которой нагрузка отключается от источника питания и закорачивается (1)-(3 ).

Недостатком известных НПЧ с ШИР является го, что длительность паузы формируют только в зависимости от требуемой величины действующего (среднего) значения выходного напряжения либо вводят паузу каждый раз, когда мгновенное значение выходного тока превышает заданный уровень.

Мгновенные значения токов в полупроводниковых ключах нреобразователей определяются мгновенными значениями питающих напряжений и параметрами нагрузки. При переменном характере нагрузки мгновенное значение тока может превышать допустимую величину, что ведет с выходу из строя транзисторного ключа или к срыву коммутации в тиристорном преобразователе с искусственной коммутацией, если не предусмотрен значительный запас по величине коммутирующей емкости. Недопустимость перегрузок по току снижает надежность преобразователя при работе его на переменную нагрузку.

Наиболее близким к изобретению является непосредственный преобразователь частоты с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения, содержащий силовую схему на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, выполненную в каждой выходной фазе по мостовой или нулевой схеме, датчики тока н каждой входной или выходной фазе, выхоцы которых через выпрямитель подсоединены к одному из входов первого компаратора, другой вход которого подсоединен к источнику тока уставки, задающий генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с одним из входов второго компаратора, другой вход которого соединен с источни-"

107249 т ком напряжения уставки, а выход— с одним из входов логического элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом первого компарато-, ра, а выход — с входом установки нуля триггера, единичный установочный вход которого подсоединен к выходу задающего генератора, а выход - к входу распределителя импульсов управления силовыми ключами (Зj.

Если ток на выходе датчика тока в любой из фаз достигает значения тока уставки, то срабатывает первый компаратор и через схему ИЛИ сбрасывает в нуль триггер независимо от состояния второго компаратора, определяемого значением нап— ряжения уставки и пилообразного напряжения задающего генератора.

Таким образом, момент сравн ния тока с заданным уровнем определяет начало паузы в выходном напряжении преобразователя, что.приводит к ограничению мгновенного значения тока в нагрузке. Однако формирование пауз происходит одновременно во всех выходных фазах преобразователя. Вместе с этим искажается и форма выходного напряжения во всех фазах и, соответственно, форма тока. Если превышение мгновенного значения тока носит нерегулярный характер, то при описанном способе введения паузы возможно появление в выходном токе постоянной составляющей, а для трехфазного выхода и составляющих обратной последовательности. Взаимное влияние фаз на форму выходного тока можно исключить, если импульсы управления силовыми ключами формировать по независимым каналам для каждой выходной фазы.

Такое решение приводит к усложнению системы управления.

Цель изобретения — улучшение формы выходного тока.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе, содержащем силовую схему на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, выполненную в каждой выходной фазе по мостовой или нулевой схемам, датчики тока в ка>кцой входной или выходной фазе, выходы которых подсоединены к одному из входов первого компаратора, другой вход которого подсоединен к источнику тока уставки, задающий генератор пилообразного напряжения, вы1107249 ход которого соединен с одним из входов второ ro к омпаратора, ис точник. напряжения уставки, распределитель импульсов, выходы которого подсоединены к входам управляемых ключей силовой схемы, введены дополнительно формирователь пилообразного напряжения и сумматор, причем вход формирователя пилообразного напряжения соединен с выходом первого компаратора, выход его подсоединен к одному из входов сумматора, второй вход. которого соединен с источником напряжения уставки, а выход — с входом второго компаратора, который своим выходом подсоединен к входу распределителя импульсов.

На фиг. 1 изображена функциональная схема преобразователя, на фиг. 2, — временные диаграммы, поясняющие последовательность формирования управляющих импульсов (номера диаграмм соответствуют номерам входов и выходов блоков на функциональной схеме); на фиг. 3 — эпюра выходного напряжения одной из фаз трехфазного мостового преобразователя.

Преобразователь содержит силовую схему 1, собранную по трехфазной мостовой схеме на ключах с двусторонней проводимостью, трехфазный датчик 2 тока, расположенный на входе

НПЧ и подключенный к входу 3 первого компаратора 4, на другой вход

5 которого подается напряжение от источника 6 уставки тока, формирователь 7 пилообразного напряжения, который входом 8 подсоединен к выходу первого компаратора 4 и выходом к входу 9 сумматора 10, на другой вход 11 которого подается напряжение от источника 12 уставки напряжения, второй компаратор 13, вход

14 которого соединен с выходом сумматора 10, а вход 15 — с выходом задающего генератора 16 пилообразного напряжения, и распределитель

17 импульсов управления силовыми ключами, вход 18 которого соединен с выходом второго компаратора 13, а выходы — с ключами 19 — 36 силовой схемы 1 НПЧ.

Преобразователь работает следующим образом.

Напряжение с выхода датчика 2 то.ка подается на вход 3 первого компаратора 4 и сравнивается с напряжением источника 6 уставки тока, подаваемым на другой вход 5. В слу— чае непредвиденного наброса нагрузки преобразователя или по какой-либо другой причине мгновенное значение тока может превысить заданный уровень, и тогда первый компаратор

4 выдает импульсы, соответствующие моментам равенства напряжения датчика 2 тока и напряжения источника

10 6 уставки тока. Предположим, что датчик 2 тока зафиксировал превышение мгновенного значения тока в моменты времени t„, t „, t (диагра".ма 8, фиг. 2). Импульсы с выхо15 да первого компаратора 4 поступают на вход формирователя 7 пилообразного напряжения. Этот формирователь может быть построен, например, в виде интегратора с зарядной емкосщ тью. При поступлении импульсов на вход 8 емкость разряжается, затем начинается процесс заряда и нарастания напряжения на выходе формирователя (фиг. 2). При этом постоян25 ная времени выбирается такой, чтора р - ьар эг З Р период пилообразного напряжения задающего генератора 16. На фиг. 2 время перезаряда емкости показано соизмеримым с периодом задающего генератора из соображений наглядности. Напряжение с выхода ф р;.ырователя 7 и напряжение с выхода источника 12 уставки напряжения с Разной поляРностью подаются на входы 9 и 11 сумматора 10. В результате уровень напряжения уставки на выходе сумматора 10 понижается в момент времени t., и медленно

40 нарастает до своего исходного значения в момент времени t, затем процесс повторяется каждый раз, когда происходит сравнение тока с заданным уровнем (диаграмма 14, фиг. 2). Напряжение с выхода сумматора 10 поступает на вход 14 второго компаратора 13, на другой вход

15 которого поступает пилообразное напряжение задающего генератора

16 (диаграмма 15, фиг. 2).

Регулируемые по скважности импульсы на выходе второго компаратора

13 показаны на временной диаграмме 18 (фиг. 2) ° Они поступают на

55 вход 18 распределителя 17 и служат для формирования последовательности импульсов 37 управления силовыми ключами 19-36. Уровень напряжения, с которым сравнивается пилооб1107249 разное напряжение задающего генера— тора 16, задает длительность паузы в выходном напряжении НПЧ. Таким образом, корректируя напряжение датчика 12 уставки с помощью суммутора 10 в сторону уменьшения, тем самым уменьшают напряжение на выходе преобразователя увеличивают паузу) и ограничивают мгновенное значение тока. Если уровень уставки напряжения выбран таким, что при некоторых изменениях нагрузки или напряжения питающей сети ток может достигать недопустимых значений, то происходит автоматическое пони" жение уровня уставки и ограничивается нарастание тока. Причем этот режим работы может быть как кратковременным, так и продолжительным, не внося существенных искажений и асимметрии в систему выходных напряжений и токов преобразователя. Таким образом, достигается ул)чшение формы выходного тока, что приводит к улучшению технико-экономических показателей при эксплуатации преобразователей частоты с непосредствен5 ной связью.

Наиболее близким по принципу работы в качестве базового объекта может быть выбран преобразователь частоты, используемый для частотного управления электроприводом препаративной ультрацентрифуги. Для повышения надежности преобразователя частоты формируют паузу в напряжении каждый раз, когда мгновенное значение то15 ка превышает уставку тока. Это приводит к искажению формы выходного тока и неблагоприятно сказывается на работе электродвигателя и ультрацентрифуги в целом.

20 Предлагаемый НПЧ с ШИР дает возможность ограничивать величину мгновенного значения тока, не искажая

его выходную форму.

1107249

Заказ 5773/40 Тираж 667

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул. Проектная, 4Составитель Г. Мыцык

Редактор И. Николайчук Техред С. Мигунова Корректор Н. Яцола