Способ управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты

 

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ НЕПОСРЕДСТВЕННЬМ ПРЕОВРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ с естественной кoм fyтaциeй тиристоров, содержащим три комплекта вентилей, каждый из которых выполнен в виде двух групп вентилей, включенных по встречно-параллельной схеме, причем своими выходными выводами комплекты соединены между собой в треугольник,-к вершинам которого подключена трехфазная нагрузка , фазы которой соединены между собой по схеме звезда без нулевого провода, заключающийся в том, что формируют сфазированную с т -фазным напряжением питающей сети первую систему импульсных последовательностей , формируют вторую трехфазную импульсную последовательность с частотой , равной выходной частоте преобразователя , затем сравнивают импульсные последовательности первой и второй систем и формируют упрапляющие импульсы в моменты совпадений импульсов двух последовятолыюстей о тлич ающий с я тем, что, с целью улучшения формы тока в фазах нагрузки,.длительность импульсов второй последовательности задают 4 равной л/2. СЛ 4i N) СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИН

Ю) О 1

4(sly Н 02 M 5/27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3320928/24-07 (22) 20.07.81 (46) 15.03.85. Бюл. 9 10 (72) В.Г.Иашьянов, А,И .Черевык, Г.Б.Фридман, С.А.Саньков и В.В.Фоменко (71) ВСесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт силовых полу,проводниковых устройств "ВНИИпреобраэователь" (53) 621.314.27(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 688978, кл. Н 02 Р 13/16, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 851733, кл. Н 02 P 13/16, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 11 2806917/24-07, кл. Н 02 P 13/30, 1979. (54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЬК

НЕПОСРЕЛСТВЕННЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕИ

ЧАСТОТЫ с естественной коммутацией тиристоров, содержащим три комплекта вентилей, каждый из которых выполнен в виде двух групп вентилей, включенных по встречно-параллельной схеме, причем своими выходными выводами комплекты соединены между собой в треугольник,.к вершинам которого подключена трехфазная нагрузка, фазы которой соединены между собой по схеме "звезда без нулевого провода", заключающийся в том, что формируют сфазированную c „-фаэным напряжением питающей сети первую систему импульсных последовательностей, формируют вторую трех*азную импульсную последовательность с частотой, равной выходной частоте преобразователя, затем сравнивают импульсные последовательности первой и второй систем и формируют управляющие импульсы в моменты совпадения импульсов двух последовательностей отличающийся тем, что, с делью улучшения формы тока в фазах нагрузки,.длительность импульсов второй последовательности задают равной л/2.

11454 l0

Однако при питании трехфазной нагрузки, включенной по схеме "звезда 45 беэ нулевого привода", токи в фазах нагрузки содержат гармоники высшего порядка при прямоугольной форме тока вентильных групп преобразователя .

Наиболее близким к предлагаемому 50 является способ управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты, суть которого заклюЪ час.тся в том» что при управлении трехфаэным непосредственным преобраэова- 55 телем частоты, содержащим три комплекта вентилей, каждый иэ которых содержит две группы вентилей, включенных I

Изобретение относится к преоб разовательной технике и может быть использовано в тяговом и промышленном частотно-управляемых электроприводах и в электротермических установках, L

Известен способ управления непосредственным преобразователем частоты с т-фазным выходным напряжением, содержащим m групп встречнопараллельно включенных вентилей, уть которого заключается в том, что в каждой группе в течение периода выходного напряжения включают вентили одного направления, выключают их и включают вентили другого направления, причем перед каждым включением вентилей одного направления выдерживают паузу, равную 1/2ъ части периода выходного напряжения $1 ).

Недостатком известного способа является то, что при питании трехфазной нагрузки, включенной по схеме

1!

"звезда без нулевого провода, и прямоугольной форме тока вснтйльных групп токи в фазах нагрузки содержат гармоники высшего порядка, так как кривая тока отличается от сину,соидальной.

Известен способ управления непос- З0 редственным преобразователем, заключающийся в том, что формируют сфазированную с фазным напряжением питающей сети первую систему импульсных последовательностей, формируют вторую ,трехфазную импульсную последовательность с частотой, равной выходной частоте преобразователя, сравнивают импульсные последовательнссти первой и второй систем и формируют управляю- „ щие импульсы вентильных групп в моменты совпадения импульсов двух пос ледовательностей (23.

29 2 по встречно-параллельной схеме, причем выводами низкой частоты вентильные комплекты включены между собой в треугольник, к вершинам которого подключена трехфазная нагрузка, соединенная в звезду, формируют сфазированную с m -фазным напряжением питающей сети первую систему импульсных последовательностей, формируют вторую трехфазную импульсную последовательность с частотой, равной выходной частоте преобразователя, сравнивают импульсные последовательности первой и второй систем и формируют управляющие импульсы вентильных групп в моменты совпадения импульсов двух последовательностей, причем длительность импульсов второй последовательности задают равной 2 1 :11.

Недостатком дайного способа управления является наличие в фазных токах нагрузки высших гармоник, так как форма тока отлична от синусоидальной.

Цель изобретения — улучшение формы тока в фазах нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления трехфаэным непосредственным преобразователем частоты, содержащем три комплекта вентилей, каждый из которых выполнен в виде двух групп, включенных по встречно-параллельной схеме, причем своими выводами низкой частоты комплекты соединены между собой в треугольник, к вершинам которого подключена трехфаэная нагрузка, фазы которой соединены между собой по схеи 1 ме звезда без нулевого провода, заключающемся в формировании сфазированной с в -фазным напряжением пи1 тающей сети первой системы импульсных последовательностей, формировании второй трехфазной импульсной последовательности с частотой, равной выходной частоте преобразователя, сравнении импульсных последовательностей первой и второй систем и формировании управляющих импульсов в моменты совпадения импульсов двух последовательностей, длительность импульсов второй последовательности задают равной 7i/2.

На фиг. 1 представлена прииципиальная схема силовой части непосредственного преобразователя частоты, реализующего предлагаемый способ на фиг. 2 — временные диаграммы, по5429 4 импульсы вентилями мостов, сформированные блском 14, поступают на управляющие электроды вентилей в случае совпадения управляющих импульсов

5 мостами 4-9 блока 15 с управляющимгг импульсами фазосдвигающего блока 14.

Таким образом, формируготся фаэные напряжения, приложенные к нагрузке с заданной частотой. В отличие от способа-прототипа в предлагаемом способе имеются интервалы времени длительностью Ti/6,.когда из шести вы- прямителей работает только один, что приводит к изменению формы то" ка как в выпрямителях, так и в фазах нагрузки. Поясняют это, используя схему замещения преобразователя, изображенную на фиг. 3.

На фиг. За изображена схема замещения, соответствующая интервалу времени (Π— -- ), когда работают

Я два выпрямителя из шести 4 и 8, где

ЕВ Еь Ю7 се с9 напряжепия на выходе мостов 4-9 14 — 1 — токи.

% 9 мостов 4-9; z 2 z — сопротивле2 9 ния фаз нагрузки.

Для указанного промежутка времени справедливо следующее уравнение, составленное по закону контурных то ков

i4(Z, + е

Zz

Z2) + +13 zz °

3 В е

37. е

5

z !

Если е 4

14= 15 е= 31К то

19 тогда С= (гЬ+

Фазосдви ческий блок

3 114 ясняющие принцип работы преобразователя по предлагаемому способу; на фиг. 3 а,б - схемы замещения преобразователя дпя двух режимов работы (а работают две вентильные группы, б работает одна вентильная группа), на фиг. 4 — структурная схема блока задания частоты тока; на фиг. 5 временные диаграммы, поясняющие работу блока задания частоты тока, 1 на фиг. 6 — временные диаграммы фазного тока нагрузки (а лри управле1нии известным способом, б при управлении предлагаемым способом) °

Непосредственный преобразователь ч 15 частоты, осуществляющий предлагаемый способ, содержит питающий трехфазный трансформатор с тремя вторичными обмотками 1-3, к которым попарно встречно-параллельно подключены шесть трехфазных выпрямительных мостов 420

9, составляющих три комплекта. Выходы встречно-параллельных мостов соединены в замкнутый треугольник, к вершинам (фазным выводам) А, В,С которого подключена нагрузка 10, Aa25 эы которой 11-13 соединены в звезду.

Система управления преобразователем содержит нереверсивный фазосдвигающий блок 14, формирующий первую последовательность импульсов, сфазированную с ггг„-фазным напряжением питающей сети, логический блок 15 Лорми рования импульсов управления вентилями преобразователя, блок 16 задания частоты выходного тока, который 35 формирует вторую фазную импульсную последовательность 04, 09, Оь, 07, (!

09 с часготойг, равной выходной частоте преобразователя, и длительностью импульсов, равной 11/2. Сдюрмиро- 40 ванные блоком 15 импульсы управления поступают на управляющие электроды вентилей мостовых выпрямителей, которым в данный момент разрешено работать. Способ управления непосред- 45 ственным преобразователем частоты пояеняют на примере его работы.

На вход питающего трансформатора подается трехфазное напряжение сетевой частоты, которое со вторич- 50 . ных обмоток 1-3 его подводится к шести трехфазным выпрямительным мостам

4-9. Импульсная последовательность заданной выходной частоты преобразователя, сформированная блоком 16, 55 управляет мостами 4-9 так, что каждый из шести мостов работает 1/4 часть j периода выходной частоты, Управляющие

На фиг. Зб изображена схема-замещения преобразователя, соответствую- щая интервалу (В/6 в †" ) времени, когз да работает один выпрямитель 4.

Очевидно, что ток выпрямителя на этом интервале увеличится в 1,5 раС эа 14 2 = 1,51.

Как видно из фиг. 2, токи выпря"

17 В имеют ступенчатую форму, что в конечном счете улучшает форму тока в фазах нагрузки, токи которой определяются иэ выражений

1А (!4+ 7) (1Ь+!9) В= (В+ В) (4+ 7) Ф. В гающий блок 14 и логи15 формирования импуль1 145429

I

1ДН к„= — -- — —, м а для фиг. 6б сов — известные устройства и описаны, например в $2). Блок 16 задания частоты выходного тока легко может быть реализован с помощью логического сложения двух импульсных последо- 5 нательностей, частоты которых отличаются вдвое.

Пример реализации блока задания частоты выходного тока 16 дан на фиг..4. Блок 16 содержит задающий ге-1О нератор 17, делитель 18 частоты на два, два пересчетных кольца 19 и

20 и шесть схем совпадения 21-26. На фиг. 5 приведены временные диаграммы поясняющие работу блока 16. Задающий генератор 17 формирует первую последовательность импульсов с частотой, вдвое большей частоты выходного тока преобразователя (фиг. 5a).

На выходе делителя 18 частоты фор-2О мируется вторая последовательность импульсов с частотой, равной частоте выходного тока преобразователя (фиг. 5б), Пересчетное кольцо 20 формирует три последовательности им- пульсов + А, +В, IС с частотой задающего генератора 17 и длительностью импульсов, равной 7 (фиг. 5 в, г, д).

Пересчетное кольцо 19 формирует ЗО вторые три последовательности импульсон + А, л В, + С, частота которых вдвое меньше. Складывая логически импульсные последовательности соответственно +А, +А«; +В, +С, +С, +В"; -А, +А"; -.В +С "; -С +В", получают выходные напряжения блока задания частоты выходного тока преобразователя U+., U„U,, 0,, U,, О, для управления соответствующим трех- QQ фазным выпрямителям (фиг. 5 и, к, л).

Как видно из фиг. 5, длительность

t импульсо- задания частоты тока 0— ф

U> равна /2.

Задающий генератор, делитель час- AS тоты, пересчетное кольцо и схема совпадения широко известные устройства.

Ф

Таким образом, блок 16 построен-на известных элементах по известному у ,принципу, Н0 с использованием двух частот, Оценивая эффектинность предлагаемо-о способа управления по сравнению со способом-прототипом по фиг. 6.

Степень приближения кривой тока к синусоидальной оценивают с помощью коэффициента искажения где à — действующее значение основ1*Н ной гармоники тока нагрузки

I>„ — действующее значение тока нагрузки:

Чем меньше отличается от единицы коэффициент К„, тем больше кривая приближается к синусоиде и тем меньше н ней содержится высших гармоник.

Действующее значение тока нагрузФ ки вычисляют по формуле

Тогда при управлении известным способом

IAH(4) 0,71 1 где 1„„ — амплитуда тока, а при управлении предлагаемым способом,9,к(1= 0,66 м

Действующее значение основной гармоники в каждом случае определяют как

Тв

М2 где1 — амплитуда основной гармоники л тока.

I „ находят путем разложения в ряд фурье кривых (фиг. 6), которые симметричны относительно оси ординат и имеют только синусную составляющую.

Для тока, форма которого соответствует фиг. 6а Г„= 7,7, I „ - -"-, а для тока, форма которого соответствует фиг. 6б I = 7,4;

В обоих случаях 1 = 8.

16

Определяют коэффициент искажения кривых токов нагрузки;для фиг. 6а

К; — =0993

7,7 0 71 8 >

7 4

К = — - — = — = 0 994. н 0668

Таким образом, предлагаемый способ управления позволяет улучшить форму выходного тока преобразователя при простой и надежной схеме управления,, при одновременном обеспечении высоких энергетических показателен преобразователя, выпрямители которого могут работать при полном открытии вентилей.

1145ti29

l 1 . )429

1145429

Риг З

ll45429

1)45429 м д р

« Я В

Ъ

-В р

-Cgl е

-4

pal

Ж

«Д1 с

0

Оо и

Оу

tlat

К р

0g и

1145429

Заказ 1184/40 Тираж 646

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, 4

Составитель Г.Мыцык

Редактор Н.Киштулинец Техред Ж.Кастелевиц Корректор М Самборская