Способ управления 3-х фазным непосредственным преобразователем частоты

 

С1ЮСОВ УПРАВЛЕ1ШЯ 3-ФАЗНЫМ НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЖМ ЧАСТОТЫ путём отпирания вентилей его фазных комплектов по закону пятиступенчатой за полупериод выходной частоты функции, характеризуемой содержанием п-х гармоник, где ,п 5,7, 17,19, более, чем в два раза меньшим I/ft, в которой протяженность третьей ступени больше протяженности других ступеней, а протяженность и уровни четных и остальных нечетных ступеней попарно одинакоШ), отличающийся тем, что, с цепью приближения форма кривой напряжения к синусоидальной за счет подавлений 11-й и 13-й гармоник, повышения зффективности использ.овання рансформатора и вентилей, отношение уровней упомянутых четных ступеней и уровней нечетных ступеней устанавливают из области значений 1-2, протяженность ko первых ступеней устанавливают равной . 5r/12tjif/36, а отношение протяженности четных ступеней к протяженности первой ступени устанавливают из области значений 0,5-2,5.

ÄÄSUÄÄ1 $45446

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51} Н 02 М 5/27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н *вт инаа сеидатвъствм

ГОСЗЩМРСТВЕККЫЙ КОМИТЕТ СССР и

:(21) 3352320/24-07 . (22) 04. 11. 81 (46) 15.03.85. Бюп. В 10 (72) В.С.Высочанский (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики (53) 621.314.27(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 515248, кл. И 02 Р 13/30, 1969.

2. Иыцык Г.С. и др. Лнализ и оценка форм выходного напряжения преоб-. разователей с амплитудно-импульсной модуляцией. — "Электричество", 1979, Ф 11

3. Жемеров Г.Г. Тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью. К., 1977, с. 24. (54) (57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ 3-ФАЗНЫИ

НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЯЕИ (ЧАСТОТЫ путем отпирания вентилей его фаэных комплектов по закону пятиступенчатой за нолупериод выходной частоты функции, характеризуемой содержанием п-x гармоник, где и 5,7, 17,19, более, чем в два раза меньшим

1/6, в которой протяженность третьей ступени больше протяженности других ступеней, а протяженность и уровни четных и остальных нечетных ступеней попарно одинаковы, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью приближения формы кривой напряжения к синусоидальной sa счет подавлений

11-й и 13-й гармоник, повышения эффективности использования -.рансформатора и вентилей, отношение уровней упомянутых четных ступеней и уровней нечетных ступеней устанавливают иэ области значений 1-2, протяженность первых ступеней устанавливают равной, Я/12+j/36, а отношение протяженности четных ступеней к протяженности первой ступени устанавливают из области

I значений 0 5-2,5.

1145446 3 тоты. Способ обеспечивает (снижение до нуля 5-й, 7-й, 1?-й, 19"й гармоник, однако 11-я и 13""я остаются на высоком уровне.

Однако несмотря на существенное увеличение числа ступеней в кривой напряжения снижение Кг относительно невелико, поскольку 11-я и 13-я гармоники остаются ка высоком уровне.

16 При расчете величины К - кривой напряжения трехфазного НПЧ по тринадцати гармоникам в случае способа-аналога

Kr»> 13,?Х, а в случае способа-прототипа К, =11,9Х.

Цель изобретения — приближение, кривой напряжения к сииусоидальной (уменьшение величины Кг) за счет подавления 11-й и 13-й гармоник при малой величине п-х гармоник, где и 5, р 7, 17, 19 с сохранекием числа ступеней напряжения фазных комппектов вентилей, с сохранением числа операций по изменению уровней напряжения, а также повышение эффективности использования трансформатора и вентилей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления 3фазным НПЧ путем отпирания вентилей его фазных комплектов по закону пятиступенчатой эа полупериод выходной частоты функции, характеризуемой содержанием упомянутых п»х гармоник

Ф где a=5, ?, 17, 19; более, чем в два раза меньшим 1/и в которой протяженность третьей ступени больше протя35 женности других ступеней, а протяженность и уровни четных и остальныхнечетных ступеней попарно одинаковы, отношение уровней четных ступеней и попарно одинаковых уровней остальных нечетных ступеней устанавливают из области значений 1-2, протяженность первой ступени устанавливают равной

@ зь, а отношение протяженности четных ступеней к протяженности первой ступени устанавливают из облас и значений 0,5-2,5.

Вследствие этого число ступеней в кривой напряжения НПЧ оказывается

50 больше, чем в кривой напряжения его фазкых комплектов вентилей.

Ф

Изобретение относится s электротехнике, в частности к способам управления напряжением статических пре образователей частоты с непосредственной связью (НПЧ). Эти преобразователи предназначены для преобразования напряжений частоты питающей сети f» в напряжение нестандартной частоты Гр, например для регулирования скорости двигателя переменного тока.

Известен способ управления трехфазным НПЧ, содержащим противофаэные мостовые выпрямители (фазные комп- лекты вентилей), состоящий в том,,что каждую полуволиу их напряжения

Э частоты fp формируют в виде трехступенчатой функции, построенной по средним значениям напряжения ступе-. ней. При этом первая и последняя ступени имеют нулевой уровень напряжения. Кривая напряжения НПЧ при этом способе управления содержит все канонические гармоники (sa исключением третьей и ей кратных), из которых 5-я, 7-я, 17-я, 19-я имеют уровень, пониженный примерно в четыре раза по сравнению с каконическим (1)

Однако уровень 11-й и 13-й гармоник ocтается высоким — каноническим уровнем (уровнем обратно пропорциональным номеру гармоники).

Известен способ оптимизации формы кривой напряжения преобразователей с амплитудно-импульсной модуляцией с равными интервалами квантования ее уровней на минимум коэффициента гармоник (Кг), с учетом всех гармоник,включай гармоники со сколь угодно большими номерами 1М .

Однако этот способ ке.дает рекомендации по избирательному подавлению инте, есующих нас гармоник.

Наиболее близким к предлагаемому является епособ регулирования напряжения НЙЧ, содержащего фазные комплекты вентилей, собранных по мостовым или нулевым схемам, состоящий в том, что кривую выходного напряжения каждого упомянутого комплекта вентилей, также построенную по средним значениям напряжений ступеней, формируют в виде пятиступенчатой функции (за полупериод частоты fq).

Все ступени, кроме третьей (централь-55 ной), имеют равную протяженность— двенадцатую часть периода частоты

fo с точностью до такта несущей час-

На фиг. 1 приведены кривые напряжения трехфазного НПЧ, управляемого по предлагаемому способу, для случая, соответствующего позиции 8 таблицы; на фиг. 2 — кривые напряжения НПЧ, но управляемого по способу-прототипу (кривые 1-3) и по предлагаемому сподругой ступени. Указанные моменты .. . ностей ступеней приведены в таблице.. 3S

Ж при n=5 — 19 а а

»Х

Позиэл. град. эл. град. ция

t7 19

5 7 11

0,59 2,!

0,4 2,25

0,32 2,3

1,7 4,05

1,3 4,!

1,8 3,7

3,0

15 18 2,58 0,07 1,52 0,3

15 18 2,14 0,58 3,14 1,0

15 18 1,84 0,94 4,25 1,7

15 22 5 1 85 3 04 1 53 93

15 22,5 2 ° 42 2»16 0»45 . 2»5

1,0

4,0

1,5

5,0

2,0

4,3

1,15

4,1

1,5

4,5

15 22,5, 2,83 1,39 0,78

3,2

3,0

2,9 1,9

15 30 4 2 7 0 1 06 2 64

15 30 43 60 33 28

8,6

1,2

8,4

2,45 1,6

1,5

3 145 собу (кривая 4, соответствующая поз иции 5 та блицы); н а фиг . 3 — кривые напряжения трехфазного НПЧ, управляемого по предлагаемому способу, но для случаев, соответствующих позициям 1 ° 3 и 13 таблицы; на фиг. 4 пример реализации системы управления на базе микропроцессора.

На фигурах обозначены: 1,2-кривые суммарного напряжения противофазных !О выпрямителей фаз А и В, построенные из условия Е,) fa 3-7 — кривые линейного напряжения, 8-задатчик частоты и напряжения, последовательно соединенные с ним, 9 — микропроцессоры, 10 . — цифровая логика и формирователь импульсов, 1 1 — синхронизирующий трансформатор, 12 — НПЧ. Микропроцессор используется для формирования кривой напряжения частоты f по команде устройства 8.

Формирование уровней и протяженности ступеней кривой напряжения фазных комплектов вентилей НПЧ 12 производится с помощью. устройств 8-11 из- 25 вестным способом воздействием на угол управления вентилей А1Я относительно напряжения питающей сети частоты Й . Формирование протяженности каждой ступени производится путем изменения в требуемый момент времени угла А (Д 1, задающего уровень напряжения одной ступени, на угол

{Д), задающий уровень напряжения

446 4 времени выбираются такими, что протяженность ступене l соответствует требуемому спектральному составу кривой напряжения, который определяется выражением

2 Ь

U o

3+ — сОз пд + сиз Вд а

1 1

U а

tl !4 — 005 О + — 0OS d г з

51 где . п — номер гармоники; а,а»,аз — соответственно уровни напряжения первой (пятой), второй (четвертой) и третьей ступеd„ ни;

„- угловая мера протяженности первой и последней ступени;

d3- угловая мера суммарной протяженности первой и второй (четвертой и пятой) ступеней; — соответственно и-я и первая гармоники кривой напряжения НПЧ.

Современные средства полупроводниковой техники обеспечивают установку углов .д(.(ф) с погрешностью не более одного радиуса частоты fq, а протяжен-. ность ступеней — с.погрешностью в пределах такта несущей частоты.

Примеры реализации способа с установкой различных уровней и протяжен1145446 а

Продолжение ;...блнщи

1 ) 1 1 1

8 эл. град е

8g эл °

4n-, Х прн n=5 — 19

I а /а„

Пози ция

У

I град.

13 17 1

5 7 11

3,0 1,2 8,2

15 30 4,5 4,7 4,0 3,1

9 2,0

10 1,5 . 11 1,0

12 1,5 .13 1,5

f4 1,0

15 1,0

15 15 2э89 Оэ66 1э14 0,97 0,27 0,24 3,3

1,53 1,73 4,0

12 12 346 059 072 125

12 12 4,5 0,72 0,27 0,17 0,55 1,26 4,5

15 75 59 08

10 25 4 5 4 5

4,95 2,95 1,42

1,64 8,5

1,9 6,0

0,24 2,5 3,4 4,4 2, 12

20 10

П .р, и м е ч а н и е. Во всех случаях

Как следует из таблицы, во всех рассмбтренных случаях величина Кр, (K при учете 13-ти гармоник} несмотря на изменение протяженности ступеней и их уровней в широких пре- 3О делах оказывается существенно ниже, чем при способе-прототипе,и в ряде случаев составляет величину менее 5Х (поз..1-6, 10-12 таблицы). В позиции

13 таблицы приведен пример /4 =0,5, а в позиции 14 8ф/А * 2,5.

Технико-экономическая эффективность способа проявляется в том, что величина Кр, кривой напряжения НПЧ . оказывается примерно в 1,5-3 раза 4о меньше, чем при способе-прототипе (3,0Х вместо 11,9). Одновременно при одинаков и величине суммарного напряжения трех ступеней на 15-20Х увели.чивается основная гармоника кривой 4s выходного напряжения НПЧ (кривые 3,4 фиг. 2), поскольку протяженность . средней ступени кривой напряжения вы. прямителей, при которой угол А минимален, увеличивается более,чем в gp

1,5 раза, а протяженность первой и последней ступеней, йри которых угол

d.ìàêñèèàëåí, сокращается в 2-3 раза.

2,24 О, 16 2,76 2,86 5,9 принято а4=а а, а =а .

I

При этом примерно Hà 15Х снижается загрузка вентилей по напряжению и более,чем на 15Х снижается мощность входного трансформатора. Указанное изменение протяженности ступеней повышает коэффициент мощности НПЧ и уменьшает искажение напряжения питающей сети.

Отмеченное свойство предлагаемого способа существенно, поскольку улучшение формы кривой напряжения обычно сопряжено,не только с увеличением числа ступеней (с увеличением числа операций по переключению уровней), но и снижением уровня основной гармоники, что видно при сравнении способа-аналога со способом-прототипом.

В данном же случае улучшают форму кривой напряжения, увеличивая одновременно уровень основной гармоники. При изменении соотношения отдель-! ных ступеней по их уровню и по протяженности в широких пределах величина

Кр остается. ниже 5Х. Предлагаемый способ дает наилучшие результаты применительно к трехфазному НПЧ, но может быть применен и при другом числе фаз.

t345446

1 1ч э4 (Фиг 3!

14544б

Составитель Г.Мыцык

Редактор Н.Киштулинец ТехредЖ.Кастелевич Корректор А.Обручар

Заказ 1!85/41 Тирам б46 Поднисно е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.уагород, ул. Проектная, 4