Способ управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты

 

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЖМ ЧАСТОТЫпутем циклического подключения эквивалентных фаз сети к фазам нагрузки через равные интервалы времени , причем на интервалах подключения напряжения эквивалентных фаз сети в трех фазах нагрузки сдвинуты между собой последовательно на угол 2К/3, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона дискретного регулирования выходной частоты вплоть до значений, равных частоте сети при естественной коммутации вентилей, моменты подключения соответствующих эквивалентных фаз во второй и третьей фазах нагрузки устанавливают отстанщими и-соответственно равными 2Т/3 и 2jr/6 по отношению к моменту подключения эквивалентной фазы сети в первой фазе нагрузки. Од СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК.,SUÄÄ 111 51

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3468427/24-07 (22) 14.07.82 (46) 30.09.84. Бюл. И- 36 (72) А.Ф. Крогерис, В.Ю. Лукшис,,ц.А. Рутманис и Я.К. Шинка (71) Физико-энергетическйй институт

АН ЛитССР . (53) 621.314.27(088.8) (56) 1. Мерфи Дж. Тиристорное управление двигателями переменного тока.

М., "Энергия", 1979, с. 216.

2. Рутманис Л.А., Дрейманис Я.П., Аржаник О.И. Способы управления преобразователями частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией. Рига, "Зинатне", 1976, с. 128.

3. Пога Ю.Э., Рутманис Л.А. Преобразователь частоты для ступенчатого регулирования скорости вращения двигателя вентилятора. - Изв. АН

Латв. ССР",сер. Физ. и техн. наук, .198.0, У 1, с. 119.

4. Крогерис и др. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии. Рига, "Зинатне", 1969, с.376.

3Ш Н 02 P 13/30// Н 02 М 5/27 (54) (57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

ЧАСТОТЫ. путем циклического подключе" ния эквивалентных фаз сети к фазам нагрузки через равные интервалы времени, причем на интервалах подключения напряжения эквивалентных фаз сети в трех фазах нагрузки сдвинуты между собой последовательно на угол

2Я/3, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона дискретного регулирования выходной частоты вплоть до значений, равных частоте сети при естественной коммутации вентилей, моменты подключения соответствующих эквивалентных фаз во Я второй и третьей фазах нагрузки устанавливают отстающими и-соответственно равными 2М/3 и 27/6 по отношению к моменту подключения эквивалентной фазы сети в первой фазе нагрузки.

1116519

Изобретение относится к области преобразования техники и может быть использовано в частотно-регулируемом электроприводе вентиляторов с дисректными ступенями изменения частоты выходного напряжения вплоть до значений, равных частоте сети и естественной коммутацией тиристоров преобразователя.

Известен способ импульсного управ- 1О ления в цепи статора асинхронного электродвигателя, согласно которому регулирование напряжения осуществляется путем изменения отношения длительностей интервалов открытого и 15 закрытого состояний тиристоров t.1) .

Недостатком этого способа является то, что двигатель непрерывно находится в режиме пуска, вследствие чего проте20 кает ток, значительно превышающий номинальные его значения, и создаются большие потери энергии и нагрев в двигателе.

Известен также способ управления непосредственным преобразователем, согласно которому преобразование переменного напряжения одной частоты в другую осуществляют дискретными ступенями, при которых периоды повторения входной и выходной частот

30 имеют общее наименьшее делимое и управление преобразованием частот осуществляют по заранее составленным отдельным для каждого значения выходной частоты программам подачи импуль-35 сов на тиристоры (2).

Недостатком этого способа является ограниченный верхний диапазон выкодных частот до 46,15 Гц ь31 при частоте сети 50,0 Гц.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ квазиоднополосного преобразования частоты. Наиболее существенно для него циклическое подключение экви 5 валентных фаз. сети к фазам нагрузки через равные интервалы времени, причем моменты подключения фаз нагрузки совпадают, а на интервалах подключения напряжения эквивалентных фаз сети50, в трех фазах нагрузки сдвинуты между собой последовательно на угол 2)/3 входного напряжения (4).

Недостатком этого способа. является ограниченный верхний диапазон выход- ных частот до 2/3 частоты сети при естественных коммутациях тиристоров преобразователя.

Цель изобретения — расширение диапазона дискретного регулирования выходной частоты. вплоть до значений, равных частоте сети при естественной коммутации вентилей.

Для достижения поставленной цели согласно способу управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты путем циклического подключения эквивалентных фаз сети к фазам нагрузки через равные интервалы времени, причем на интервалах подключения напряжения эквивалентных фаз сети в трех фазах нагрузки сдвинуты между собой последовательно на угол

23/3, моменты подключения соответствующих эквивалентных фаз во второй и третьей фазах нагрузки устанавливают отстающими и соответственно равными 2Т/3 и 2Х/6 по отношению к моменту подключения эквивалентной фазы сети в первой фазе нагрузки.

Предложенный способ может быть реализован мостовой схемой (31 непосредственного преобразователя с естественной коммутацией тиристоров.

На фиг. 1 приведена схема преобразователя; на фиг. 2-3 — временные диаграммы, поясняющие его работу, на фиг. 4 — блок-схема системы управления преобразователя.

В преобразователе (фиг. 1) входные фазные t-3 и нулевой 4 выводы питающего напряжения присоединены к входным выводам тиристорного моста;. каждой выходной фазы преобразователя.;

Через встречно-параллельно включенные. тиристоры каждый из четырех входных выводов моста связан с каждым из двух выходных выводов моста, присоединенных к двум выводам соответствующей

5-7 фазы нагрузки. Таким образом дан-. ная схема преобразователя позволяет подключить на каждую отдельную фазу нагрузки входные фазные напряжения необходимой полярности.

Расширение диапазона дискретного регулирования выходной частоты вплоть до значений, равных частоте сети при естественной коммутацией вентилей, по данному способу реализуется ттрн помощи устройства (фиг. 1) следующим образом.

Для формирования трехфазного выходного напряжения требуемой дискретной частоты подключением входного напряжения эквивалентных фаз сети на интервал времени, равный сумме целого

1116519

Число полупериодов входного напряжения

Значение выходной частоты, Гц

Число полупериодов входного напряжения

Значение выходной частоты, Гц

37,50

49, 18

49,22

49,25

49,29

42,86

45,00

46,15

23 числа полупериодов входного напряжения, переключения поочередно следующих входных напряжений в каждой из выходных фаз преобразователя осуществляют согласно предложенному способу так, как это показано на фиг. 2, где приняты следующие обозначения: U -U

Для формирования U>, 6 во второй выходной фазе переключение с U íà Uq< 25 входных напряжений осуществляют в момент времени 15,,который отстает ,на угол 2Х/3 входного напряжения относительно момента времени 14 в первой выходной фазе преобразователя.

Для формирования U <» в третьей выходной фазе переключение с U„z на

0„ входных напряжений осуществляют в момент времени 16, который отстает на угол 2Õ/6 входного напряжения относительно момента времени 14 переклю чения в первой выходной фазе преобразователя. Дальнейшее преобразование частоты согласно предложенному способу, как это видно из фиг. 2, не от-40 личается от указанного.

На фиг. 2-3 выходное напряжение, для наглядности изображено при актив" ной нагрузке преобразователя, тогда соответственно по выходным фазам моменты 17-19 окончания подключения входного напряжения опережают моменты 14-16 начала подключения следующего входного напряжения на угол

23/6 входного напряжения преобразователя. При активно-индуктивной или динамической нагрузке преобразователя нз-за фазового сдвига между выходными напряжением и током указанная пауза отсутствует.

Регулируя число подключаемых на нагрузку полупериодов от каждого поочередно следующего входного напряжения, создают на выходе преобразователя регулируемые значения частот выходного напряжения, как это показано на фиг. 3. Подключая к выходной фазе по одному полупериоду (кривая

Uyg ) от каждой поочередно следующей величины входного напряжения (например,.кривые Пя — U<> и т. д.), на выходе образуют напряжение частотой

37 5 Гц. Подключая каждое входное напряжение на время, равное двум его полупериодам (кривая Ug< ), получим на выходе суммарное напряжение частоты, приближенно равной 42,86 Гц. Увеличивая число полупериодов каждого входного напряжения, подключаемого к нагрузке, например кривые Uyg, U4p, на выходе получим значения частот, приближающихся к значению питающей частоты. Данные значений выходных частот в зависимости от числа полупериодов входного напряжения частотой 50 Гц, подключаемых к нагрузке преобразователя, сведены в таблицу.

1116519!

46,88

49,32

47,36

49,34

47,73

48, 00

49,38

48,21

49,49

48,39

49,57

49,63

49,67

50

49,71

48,91

49,76

49,79

17

49,82

49,84

104

19 и т.д.

48, 53

48,65

48,75

48,84

48,98

49,04

49,09

49,14

Как видно из таблицы, по мере приближения к питающей частоте сети . плотность значений выходных частот увеличивается. Последнее благоприятно отражается на работе электрода с нагрузкой вентиляторного типа, поскольку количество подачи воздуха относительно частоты вращения вен- о тилятора имеет кубическую зависимость, то для равномерного регулирования подачи воздуха требуется увеличенное число значений частот по мере приближения к питающей частоте. Для согла.сования значения выходного напряжения преобразователя при регулировании дискретными значениями выходПродолжение таблицыной частоты с требуемым моментом нагрузки .вентиляторного типа соответственно осуществляют измерение фазового сдвига импульсов открывания тиристоров. Так, например, на фнг. 3 кривая Ugy имеет более поздний угол открывайия тиристоров по сравнению с кривой Uqg .

Ва фиг. 3 приняты следующие обозначения: Ugy - U - кривые выходного напряжения преобразователя при подключении к фазе нагрузки соответственно одного, двух, трех и четырех полупериодов от каждого, поочередно следующего входного напряжения с соответствую1116519

Фиг.t щими значениями выходных частот равных 37,5; 42,86, - 45,0, 46,15 Гц.

Для осуществления предложенного способа в приведенном на фиг. 4 примере исполнения системы управления в блоке компараторов 24 входное напряже-

we 25 преобразуется в прямоугольные импульсы, которые поступают в блоки управления 26 и двоичный счетчик 27.

В течение одного периода входного напряжения блок компаратора вырабатывает прямоугольный импульс продолжительностью также одного периода °

При этом положительная полуволна входного напряжения соответствует "1" от- 1 рицательная - "0" ° Счетчик 27 ведет счет импульсов, поступивших от блока 24. Блок переключения программы

28 задает интервал времени, который соответствует требуемому количеству периодов входного напряжения для получения выбранной дискретной выходной частоты. После подсчета необходимого количества прямоугольных импульсов счетчик 27 издает информацию блоку 26. В последующем блок 26 дает команды логическому устройству 29 для управления переключением на следующую по очереди величину входного напряжения, при этом сначала в канал управления 30 переключением в первой выходной фазе преобразователя, через угол 2Л/6 в канал управления 31 переключением в третьей выходной фазе, а угол 2Ti /3 в канал управления 32 переключением во второй выходной фазе преобразователя, счетчику 27 начать повторение счета количества импульсов °

Положительный эффект от использования способа заключается в расширении диапазона дискретного регулирования выходной частоты преобразователя вплоть до значений, равных частоте сети при естественной, комму- тации тиристоров преобразователя.

1116519

1116519

Lt L

ВНИИПО Закаэ 6943/43 ТиРаж 666 Подписное

Филыаа ШШ затаит", г.Ужгород, ул.Проектная, 4