Способ управления трехфазно-трехфазным преобразователем частоты с непосредственной связью

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к системам управления преобразователями частоты с непосредственной связью. Цель изобретения - улучшение гармони 1ес1сого состава выходного напряжения и тока преобразователя. Способуправления трехфаз.но-трехфазным преобразователем частоты, состоящим из двух построенных по нулевой схеме на пол- . ностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью трехфазно-однофазных преобразователях, заключает- - ся в том, что для указанных ключей формируют прямоугольные импульсы управления , сдвинутые между, собой на 120 эл..град. При этом импульсы управления ключами трехфазно-однофазных преобразователей сдвигают на 60 эл.град. Улучшение гармонического состава обеспечивается тем, что импульсы управления ключами формируют . длительностью 240 эл.гряд и модулируют их методом широтно-импульсной модуляции. Кроме того .модуляцию осуществляют в течение первых 120 эл.град. по линейно-нарастающему,а в течение последних 120 эл.град - по линейно спадающему закону. 4 ил. с S (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А( (19) (11) (51) 4 Н 02 M 5/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3638267/24-07 (22) 06.09.83 (46) 30.06.86.Бюл. У 24 (71). Институт электродинамики АНУССР и Специальное конструкторско-технологическое бюро Института электродинамики АН УССР (72) Б.Е.Пьяных, В.М.Михальский, В.Н.Соболев и Э.N.×åõåò (53) 621.316.727(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 613475, кл..Н 02 М 13/30, 1978.

Мыцык Г.С. Анализ упрощенной схемы непосредственного преобразователя частоты с циклическим алгоритмом управления. -Электричество,1980; Ф 2, с.41-46. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНОТРЕХФАЗНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ

С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления преобразователями частоты с непосредственной связью. Цель изобретения — улучшение гармонического состава выходного напряжения и тока преобразователя. Способ управления трехфаэно-трехфазным преобразователем частоты, состоящим из двух построенных по нулевой схеме на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью трехфазно-однофазных преобразователях, заключается в том, что для указанных ключей формируют прямоугольные импульсы ун" равления, сдвинутые между. собой на

120 эл.град. При этом импульсы управления ключами трехфазно-однофазных преобразователей сдвигают на

60 эл.град. Улучшение гармонического состава обеспечивается тем, что импульсы управления ключами формируют длительностью 240 эл.град и модулируют их методом широтно-импульсной модуляции. Кроме того, модуляцию осуществляют в течение первых 120 эл, град. по линейно-нарастающему, а в течение последних 120 эл.град — по линейно спадающему закону. 4 ил.

124)375

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к классу систем управления преобразователями частоты с непосредственной. связью, и может быть использовано при построении преобразователей для регулируемых электроприводов переменного тока.

Целью изобретения является улучшение гармонического состава выходного напряжения и тока преобразователя.

На фиг.1 изображена функциональная схема трехфазно-трехфазного преобразователя частоты с непосредственной связью и структурная схема управления этим преобразователем; на фиг.2 — схема одного из шести логических блоков, которые входят в состав логической схемы; на фиг.3 и 4— временные диаграммы импульсов управления ключами и эпюры выходного на.пряжения преобразователя.

Преобразователь частоты (фиг.1) содержит полностью управляемые ключи

1-6 с двухсторонней проводимостью, соединенные по схеме двух трехфаэнооднофазных преобразователей с нагрузками 7, 8 и 9, например, в виде статорных обмоток асинхронного двигателя, и входными фазами А, В и С питающей сети. Нагрузки 7 и 8 своим общим выводом подсоединены к нулевому проводу трехфазной сети. В схеме управления преобразователем выход о

10 задающего генератора 11 соединен с входом делителя 12 частоты и с входом формирователя 13 высокочастот.ного пилообразного напряжения. Выход

14 делителя 12 частоты соединен со счетным входом триггера 15 и входом пересчетной цепи 16, на выходах 1722 которой формируются прямоугольные импульсы длительностью 120 эл.град.

Эти импульсы поступают на шесть входов логической схемы 23, другие четыре входа которой подключены к вы— ходам 24 и 25 компараторов 26 и 27 и к выходам 28 и 29 инверторов 30 и

31. На входы 32 и 33 компараторов 26 и 27 подаются импульсы с выхода формирователя 13 высокочастотного пилообразного напряжения, а на входы 34 и 35 — импульсы с выходов формирователей 36 и 37 низкочастотного пилообразного напряжения, входы 38 и 39 которых соединены с выходами 40 и 41 триггера 15.

5 !

О

4О

Логическая схема 23 состоит иэ шести идентичных логических блоков, один иэ которых, формирующий сигнал управления С1 для ключа 1, состоит из двух логических ячеек 2И 42 и 43, выходы которых подсоединены к входам ячейки 2ИЛИ 44, а входы — к выходам

17 и 18 пересчетной цепи 16 и к выходам 24 и 28 компаратора 26 и инвертора 30„

Нумерация временных диаграмм на фиг.3 и 4 соответствует нумерации на функциональной схеме по фиг.1.

Рассматриваемый преобразователь частоты формирует на нагрузке напряжение, частота основной гармоники которого равна разности частот управления (частота управляющих импульсов на диаграммах U< — U6, фиг.3, 4) и частоты питающей сети а, т.е.4) „ вы

= 0 — И . Высшие гармоники напряжения имеют частоты u + п12, где n=35-1;

S= + 1, 1 2,... . При построении силовой схемы преобразователя по фиг.1 и управлении ключами прямоугольными импульсами по диаграммам U — U п амплитуды высших гармоник напряжения на нагрузках 7 и 8 равны амплитуде основной гармоники. Таким образом, напряжение на нагрузках 7 и 8 описывается выражением

U(t) =-U,cos (ы -й) t+0,5cos (я+2ц) t—

-0,25, сов(я-452) t-0,2 cos (Q+5Q) t +

+0, 143. сos (У-7Q) t,.... где U — амплитуда основной гармоники., Гармонический состав напряжения на нагрузке 9 оказывается хуже, чем на нагрузках 1 и 8 за счет увеличения в 13 раз амплитуд высших гармо- ник для четных значений U. Напряжение на нагрузке 9 равно

U(t):=U, (соя (и-17) t+0,866 cos((d+2g) t+

+0,433 cos.(0 †4)t+0,2 cos(со+552)t

-О, 143" cos (а-7р) t-,...) .

С ущность способа управления состоит в подавлении методом широтноимпульсной модуляции (ШИМ) укаэанных гармоник в нагрузках 7 и 8 до минимального уровня и, следовательно, минимизации этих гармоник в нагрузке

9, т.е. улучшении гармонического состава во всех фазах нагрузки преобразователя. Наиболее простой в реализации является линейная ШИМ. Она состоит в том, что на первой половине прямоугольного импульса управления длительность проводящих состояний

1241375

1О

Рассмотрим процесс формирования выходного напряжения на нагрузках 7, 8 и 9 (эпюры U, U, U на фиг.3 и 4).

В интервале времени и — й< замкнуты ключи 3, 5 и к нагрузке 7 прикладывается фазное напряжение фазы С, к нагрузке 8 — фазное напряжение .фазы

В, а к нагрузке 9 — линейное напря- 4О жение фаз ВС (эпюры U, U U на фиг.3 и 4). В следующем интервале

t, — t< размыкается ключ 5.и замыкается ключ 6, к нагрузке 7 по прежнему прикладывается .фазное напряжение 45 фазы С, к нагрузке 8 — напряжение фазы С, а нагрузка 9 оказывается закороченный ключами 3 и 6, на эпюре г

U (фиг. 4) зто соответствует нуле9„ вой паузе в выходном напряжении. В момент времени t размыкается ключ

3, замыкается ключ 1, и в интервале к нагрузке 7 прикладывается напряжение фазы А, к нагрузке 8—

jno-прежнему напряжение фазы С, а к 55 нагрузке 9 — линейное напряжение фаз

CA. Далее в интервале t — t4 через ключ 3 к нагрузке 7 прикладывается ключей изменяется по линейно нарастающему, а на второй половине — по линейно спадающему закону. Число переключений выбирают, исходя из эффективности подавления гармоник и 5 потерь на переключения в ключах.

Анализ показывает, что при числе переключений К=4 на длительности

120 эл.град. напряжение на нагрузках

7 и 8 равно

U(t) =.U< cos (6)-й) t+0,264 ° cos (и+2д) t+

+0,083 соз(а-4g)t+0,064 cos(Q+5p)t+

+0,055 cos(43-7д)е+....) .

Таким образом, по сравнению с прототипом существенно понижается уровень высших гармоник, ближайших к . основной. Улучшается и гармонический состав напряжения на нагрузке 9, описываемого выражением

U(t)=U, cos(Я-,й)t+0,503.cos(са+2д)t+

+0,286 cos(Ci) 4Q)t+0,25 cos(р+5а)t+ +0,233 cos(2-7sl)t+....j .

С увеличением количества импульсов ШИМ различной длительности подавляется большее число гармоник, 25 ближайших к основной, так как происходит перераспределение уровней высших гармоник в сторону увеличения амплитуд для гармонических составляющих более высокого порядка и ихумень30 шения для составляющих более низкого порядка. фаэное напряжение фазы С, через ключ

5 к нагрузке 8 — напряжение фазы В, а нагрузка 9 оказывается подключен- ° ной к линейному напряжению фаэ ВС. В интервале t t5 через замкнутые ключи 3 и 6 к нагрузкам 7 и 8 прикладывается напряжение фазы С, а нагрузка 9 оказывается эакороченной, что соответствует нулевой паузе на эпюре U> (фи .4).

В следующем интервале t< " t< замкнутые ключи 1 и 6 подключают к нагрузке 7 фазное напряжение фазы А, к нагрузке 8 — фазное напряжение фазы С и к нагрузке 9 - линейное напряжение фаз СА.

Таким образом, в интервале попеременно замыкаются пары ключей

1,3 и 5,6, нагрузка 7 подключается к фазным напряжениям фаз А и С, нагрузка 8 — к фазным напряжениям фаэ

В и С, а нагрузка 9 — к линейным напряжениям фаз СА и ВС.

В течение интервала t — t none6 7 ременно замыкаются и размыкаются ключи 1, 3 и 4, 6 к нагрузкам 7 и 8 поочередно подключаются фазные напряжения фаз А и С, а на нагрузке 9 формируется напряжение, состоящее из участков синусоиды линеиного напряжения фаэ СА и нулевых пауз (эпюра

U фиг. 4) .

В следующем интервале t - t чеZ 8 рез попеременно замыкающиеся ключи

1, 2 и 4, 6 к нагрузке 7 поочередно прикладываются фазные напряжения фаэ

А и В, к нагрузке 8 — напряжения фаэ

А и С, а к нагрузке 9 — линейные напряжения фаз АВ и СА.

В интервале t>- t< поочередно работают ключи 1, 2 и 4, 5, которые подключают нагрузки 7 и 8 к фазным напряжениям фаз А и В, а нагрузку

9 — к линейному напряжению фаэ АВ.

В следующем интервале t — t наг9 <о рузка 7 с помощью попеременно замыкающихся ключей 2 и 3 подключается к напряжениям фаз В и С, нагрузка 8 с помощью ключей 4 и 5 — к напряжениям фаз А и В, а нагрузка 9 — к линейным напряжениям фаэ АВ и ВС.

Наконец, на интервале, — t< поочередно работают пары ключей 2, 3 и 5, 6, подсоединяя нагрузки 7 и 8 к фазным напряжениям фаэ В и С, а нагрузку 9 — к линейному напряжению

ВС.

20

Формирователь 13 вырабатывает линейно спадающее пилообразное напряжение с частотой 3 К12, которое подается на входы 32 и 33 компараторов

26 и 27. На входы 34 и 35 этих компараторов поступают линейно нарастающие пилообразные йапряжения частотой 352, сдвинутые между собой на

60 эл.град. Эти напряжения вырабаты- 55 ваются формирователями 36 и 37 низко частотного пилообразного напряжения, на входы 38 и 39 которых поступают

S 124!

В дальнейшем цикл переключений повторяетсяя в той же по следов а тельно сКак видно из временных диаграмм

U5 — Ug (фиг.3 и 4), общая длительность импульса управления ключами преобразователя составляет 240 эл. град (например, интервал t — t на диаграмме U ) общая длительность импульса управления в прототипе—

120 зл.град. (диаграммы 0(7 Бя ), В течение длительности 240 эл .град. импульсы управления модулируются методом IIIHM, причем в течение первых

120 эл.град. модуляцию осуществляют 15 по линейно нарастающему, а в течение последних 120 эл.град. — по линейно спадающему закону.

Способ осуществляется следующим образом.

Задающий генератор 11 (фиг.I) вырабатывает на выходе 10 импульсы с частотой ЗК 1, где К вЂ” это число переключений ключей преобразователя в течение интервала длительнэстью

120 эл .град. В приведенном на фиг. 3 и 4 примере К=4.

Укаэанные импульсы поступают на формирователь 13 высокочастотного пилообразного напряжения и на вход де- 30 лителя 12 частоты, коэффициент деле"

К ния которого равен †.. С выхода 14

2 делителя 12 частоты импульсы часто той 6 6 поступают на вход пересчетной цепи 16, которая вырабатывает импульсы U57 U5) щтительностblO

120 эл.град., сдвинутые между собой на 120 эл.град., и импульсы U . 11 такой же длительности, сдвинутые 40 между собой на 120 эл. град. Последовательности импульсов U57 — U, и

П 2Π— U2 сдвинуты между собой на

60 эл.град. (диаграммы Б5 — U на фиг . 3 и 4) . Импульсы 0,7 — 02 пают на логическую схему 23.

375 б импульсы с выходов 40 и 41 триггера 15. Таким образом, частота напряже ния на выходе формирователя 13 в К раз больше частоты напряжений на выходах формирователей 36 и 37. В результате на выходах 24 и 25 компараторов 26 и 27 формируются линейно нарастающие по длительности последоBàòåëüHîñòè импульсов 024, Б2,, которые поступают на логическую схему

23 и на инверторы 30 и 31. На выходах 28 и 29 указанных инверторов вырабатываются линейно спадающие по длительности последовательности импульсов, которые также поступают на логическую схему 23. Логическая схема формирует шесть последовательностей управляющих импульсов U < — Ub (фиг.3 и 4). Логический блок по фиг.2 реализует логическую функцию U =

П(7 Л Б2Ф V Ui> л 028 0 тал ны ческие блоки логической схемы 23 реализуют следующие логиЧеские функции

Ъ" U(9 " "2в "5="59 U24VU57" о2в

=Us Пи U2< Л П29 «Н5-юг, Л П25Ч Б

29 U6=U22 U25 Ч U20 Л U29 f

Результирующие напряжения на нагрузках 7, 8 и 9 приведены на эпюрах

U., U8, U9 (фиг,. 3 и 4) . Напряжения первых гармоник показаны пунктирной линией. Результирующее напряжение на нагрузке 8 (эпюра U на фиг.4) nîВ казано в противофазе по отношению к напряжению, прикладываемому между точкой соединения ключей 4-6 и нулевым проводом, так как нагрузки 7 и 8 подключены разноименными выводами к нулевому проводу.

Формула изобретения

Способ управления трехфазно-трехфазным преобразователем частоты с непосредственной связью, состоящим из двух построенных по нулевой схеме на полностью управляемых ключах с двухсторонней проводимостью трехфазно-однофазных преобразователей для питания трехфазной нагрузки, включенной между выходами указанных грехфазно-однофазных преобразователей и нулевым проводом трехфазной питающей сети, сос.тоящий в том„ что для указанных ключей каждого из трехфазно-однофазных преобразователей формируют прямоугольные импульсы управления, сдвинутые между собой на

120 эл.град., причем импульсы упI24IЗ75 равления ключами различных трехфазно-однофазных преобразователей сдвигают между собой на 60 эл.град., отличающийся тем, что, с целью улучшения гармонического со- 5 става выходного напряжения, импульсы управления ключами формируют длительностью 240 эл.град. и модулируют их методом широтно †импульсн модуляции, причем в течение первых

120 эл.град. модуляцию осуществляют по линейно нарастающему, а в течение последних 120 эл.град. — по линейно спадающему закону.

1241375

-е

-е фиг. Э и иу ид

Подписное

Произв."полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 в

Иф иц иц

Оуу йе

4Щ

Ь

Ю

Юу

ВНИИПИ Заказ 3608/51 Тираж 631 в» ф в» ф в

1

Ф й