Способ дискретного регулирования частоты

 

Изобретение относится к элек-, . тротехнике и может быть использовано в частотно-рег.улируемом электроприводе . Цель изобретения -.улучшение качества выходного напряжения за счет уменьшения величины коэф. гармоник. Способ заключается в -под-, ключении на определенный интервал . поочередно следующих напряжений эквивалентных входных фаз для формирования основного выходного напряжегг ния и в суммировании основного и дополнительного напряжений, причем в первой половине интервала подключают дополнительное напряжение с опережаощим фазовым сдвигом, а во второй половине интервала - с отстающим фазовым сдвигом, и значение амплитуды регулируют с нарастанием. Способ отличается тем, что дополнительное напряжение формируют с углом сдвига, равным ±ТТ /2, относительно основного напряжения, причем полярность дополнительного напряжения изменяют так, что в первой половине интервала оно опережает на уголТ1/2 основное напряжение, а во второй половине интервала отстает от него на угол -тг/2. 4 ил. с € (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5д 4 Н 02 М 5/27 фР »

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪГ СВЦДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И OTHPblTPM (21) 3814012/24-07 (22) 20. 11 ° 84 ) (46) 23.07.86. Бюл. И 27 (71) Физико-энергетический институт

АЧ ЛатвССР (72) К.А.Липковский, В.Ю.Лукшис и Л.А.Рутманис (53) 621.314.27(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 600674, кл. Н 02 М 5/27, опублик.

19.04.78.

Пога Ю.Э,, Рутманис Л.А. Преобразователь частоты для ступенчатого регулирования скорости вращения двигателя вентилятора.-Иэв,AH ЛатвССР.

Сер.физ. и техн. наук, 1980, У 1, с.119.

Авторское свидетельство СССР

У 1100694, кл. Н 02 М 5/27, опублик.

30.06.84.

Авторское свидетельство СССР

9..1198700, кл. H 02 М 5/27,26.07.85. (54) СПОСОБ ДИСКРЕТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к элек".. тротехнике и может быть использова-

„„SU„„1246281 A 1 но в частотно — регулируемом электроприводе. Цель изобретения †.улучшение качества выходного напряжения за счет уменьшения величины коэф. гармоник. Способ заключается в под-. ключении на определенный интервал поочередно следующих напряжений эквивалентных входных фаз для формирования основного выходного напряже» ния и в суммировании основного и дополнительного напряжений, причем в первой половине интервала подключают дополнительное напряжение с опережающим фазовым сдвигом, а во второй половине интервала — с отстающим фазовым сдвигом, и значение амплитуды регулируют с нарастанием.

Способ отличается тем, что дополнительное напряжение формируют с углом сдвига, равным + Т /2, относительно основного напряжения, причем полярность дополнительного напряжения изменяют так, что в первой половине интервала оно опережает на угол A /2 основное напряжение, а во второй половине интервала отстает от него на угол — г1 /2. 4 ил.

1246281

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования в частотно-регулируемом электроприводе с дискретными ступенями изменения частоты 5 выходного напряжения в диапазоне частот, близких к питающе:й и естественной, коммутацией тиристоров.

Цель изобретения — улучшение ка10 чества выходного напряжения за. счет уменьшения величины коэффициента гармоник, На фиг.1 приведены временные диаграммы поясняющие работу преобраУ

15 зователя; на фиг. 2 — график сравнения недокомпенсации напряжения рассогласования согласно предлагаемому и из ве с тному с по со б ам; н а фиг . 3— схема предлагаемого преобразователя;

20 на фиг.4 — блок-схема системы управления преобразователем.

Принятые на фиг.1 обозначения: — U — входные фазные напряжее ния обеих полярностей, т.е. зт.п, 21Г . 2П (-sin (LJ g + — )) sin(I t — -) вх 3 в" 3

21т (sin d 1) 1 sin{dðõ t+ )

25 (.-зт.п(1вх t - — )); п чередно поцклю30 чаемые на интервал времени Т для формирования основного входного напрявхо где Т-= n ° Т „+

jT равен целому и числу периодов Т „ входного напряжения в сумме с продолжительностью Ч, соответствующей наименьшему фаэовому сдвигу Ч =1 /3 между U> „ разных фаэ;

U — кривая эталонного (или заданного) напряжения для примера од в 40 ной выходной фазы преобразователя при двух периодах подключения каждого основного входного напряжения на выходные выводы основного тиристорного моста с выходной частотой 45

46,15 Гц при входной частоте преобра"зователя 50,0 Гц;

h,U — кривая мгновенной разности напряжений между эталонным напряжением П и поочередно подключаемыми 50 ,основными входными напряжениями U е-з U ь дополнительные напря1кения, сдвинутые на угол 11/2 относительно подключенного основного входного напряжения U и образуемые у от линейного входноро напряжения преобразователя через дополнительный тиристорный мост преобразователя (Бе,, U,-,показаны нерегулируемым значением, равным значению основных входных напряжений); — момент времени совпадения по фазе эталонного U, с подключенным одним Б„ из основных напряжений Б „, или момент времени, соответствующий половине интервала Т /2 подключения каждого U „

1 — момент окончания подключения

8 основного входного напряжения, например U,, к выводам основного тиристорного моста на интервал Т в случае активной нагрузки преобразователя, t — момент начала подключения основного входного напряжения в случае активной нагрузки преобразователя;

U>,,o — дополнительное напряжение согласно предлагаемому способу, которое отстает по фазе на угол 1Т /2. от эталонного и основного входного напряжений в момент времени совпадения их фаз, т.е. в момент времени й„, и которое подключают во второй половине интервала Т>, Б „, — дополнительйое напряжение согласно предлагаемому способу, которое опережает по фазе на угол 1Т /2 момент времени t и которое подклют чают в первой половине интервала; дополнительное напряжение согласно известному способу, которое отстает по файе на угол 2П/3 от момента времени t

Jg, — дополнительное напряжение согласно известному способу, которое опережает по фазе на угол ?Л/3 мо; мент времени

U8,, — результирующая кривая выходного напряжения преобразователя как сумма основного U и дополнивхо тельного U входных напряжений с частотой эталонного U напряжения;

i„,,,, — — кривая выходного тока;

t,„ — момент начала подключения основного входного напряжения в случае двигательной нагрузки преобразователя; — начало формирования отрицательной полуволны тока;

t. начало формирования выходного тока положительной полярности во второй половине интервала Т

Яа фиг.2 приведены: лБ — кривая изменения значений от О до 0,6 UB„ и фазового сдвига Мв„от О до 11/б разности напряжения за каждую поло1246

3 вину То /2 интервала подключения оr каждого U „, отсчитываемых от мовко мента времени совпадения эталонного и подключенного основного входного напряжений;

hU hU — расчетная раз3. 5 шоу ность единичных значений М1 и 11 .

Показано изменение для hUВ и

hU „,,„значений напряжения от 0 до 0,25 твко и от 0,5 до 0,25 Uexo 10 и фазовых сдвигов от 0 до m/12 и от 11 /6 до m/12 соответственно для предлагаемого и известного способов;

h Ug, h Uq npo — соответствующие действительные .значения разности напря- 15 жений между ля! и U при условии, что 0 (например, U<, !1,„ по предлагаемому способу и Uщ,„, !1в В по известному согласно фиг.!) повторяет форму hU а разности В,Б, 20 вU> „, . образуются от соответствующего фазового сдвига л!1 и UH, или значения недокомпенсации ьU применением соответствующих U< (для предлагаемого способа — меньшая встречно 25 косо заштрихованная область, для известного — большая:: косо заштрихованная область).

В реализующем предлагаемый способ преобразователе входные фаэные 30

1-3 и нулевой 4 выводы сетевого напряжения присоединены к основному тиристорному мосту 5. Последовательно включенные выходные выводы 6 и 7 моста 5, выходные выводы 6 и 8 регулятора 9 напряжения и выходные выводы 7 и 8 фазы нагрузки 10 образуют замкнутую цепь 6, 8, 7, которая суммирует на нагрузку 10 напряжения ,с выходных выводов основного тирис- 40 .торного моста 5 и регулятора 9 напряжения. Выводы 1-3 присоединены к дополнительному тиристорному мосту ll, выходные выводы 12 и 13 которого при- соединены к выводам 12 и 13 первичной45 обмотки !4 трансформатора регулятора

9 напряжения. Концы 15 и 16 и промежуточные выводы 17 и 18 вторичной обмотки 19 трансформатора через управляемые ключи переменного тока подают регулируемое переменное напря.жение на выходные выводы 6 и 8 регулятора 9 напряжения.Таким образом, преобразователь суммирует на нагрузку не регулируемоеЯ по амплитудному значению, а переключенное по фазе входное фазное напряжение от выходных выводов основного

281 4 тиристорного моста с входным линейным напряженнем, регулируемым по амплитудному значению, переключаемым . по фазе и подаваемым от дополнительного тиристорного моста через регулятор напряжения в последовательную цепь нагрузки. В трехфазном преобразователе каждая отдельная выходная фаза не отличается от описанной. Для показанного на фиг.l примера тиристоры 20-24 (фиг.3) открывают для формирования положительной, а тиристоры

25 — 29 для формирования отрицательной полуволны выходного тока преобразователя. Тирнсторы 30-32 включают для формирования положительной полуволны тока во второй половине интервала Т работы преобразователя.

Улучшение качества выходного напряжения преобразователя за счет уменьшения величины коэффициента гармоник реализуется с помощью предлагаемого устройства (фиг.3) следующим образом.

Как видно из фиг.l при поочередном подключении к нагрузке на интервал времени Т каждого основного наE. пряження постепенно, например, начиная с момента времени t появляется мгновенное значение напряжения рассогласования, равное разности 411 между эталонным напряжением U соответствующей частоты 46,15 Гц и подключенным основным входным напряжением Uhr (50,0 Гц). Согласно тригонометрии разность hU эталонного U, и входного напряжения U „ равна:

А! =U — U =sinQ t — зiпи1 t

Вых Sx ВХ

2 sin — (u3 - 1 ) t cos -(d +

»ix вк ВЬ Х

+мнвк) t 2 sing t ° cosset при амплитуде напряжения А = 1.

Выражение д11=2 sin Я t cosM ht разности напряжения h.U показывает, что она является косинусной функцией с угловой частотой л и поэтому сдвинута на угол П /2 относительно синусной функции U x,, а также относительно U в момент времени, например, совпадения фаз О, и Бвл о

Амплитудное значение ь11 изменяется по синусоидальнои: зависимости

2s in Я t . В предлагаемом спо сабе в качестве дополнительного напряжения О, компенсирующего разность

ЬБ применяют напряжения U „„и У к сдвинутые на угол + В /2 относитель1246281 ио U „. Следовательно, этим достигается полное совпадение по фазе напряжений U и дБ в момент време 3 ни t,, что означает полную компенса-. цию разности i,U или улучшение качества выходного напряжения преобразователя.

По мере отдаления в обе стороны по оси абсцисс от момента времени (как это видно из фиг.1 и 2) зна7 чение разности hU увеличивается, а также ввиду отличия частотами „ и д или < „„ увеличивается фазовой сдвиг Ь U и U< (т.е. U>«aли U>,q> относительно hU, фиг.1), обусловливающий разность 61 и hUg.п от. недокомпенсации hU применением 0 (фиг.2) .

При условии регулирования эффективного значения дополнительного напряжения U в соответствии с значеЯ нием hU (или при повторении формы и значения Ug, равных ь0, но с фазовым сдвигом) увеличение их фазового сдвига приводит к различию их мгновенных значений напряжения, т.е.

d U> = nU — U<. С целью уменьшения величины коэффициента гармоник выходного напряжения преобразователя необходимо уменьшить значение раз" ности àU g, т. е. долю некомпенсированной разности аБ напряжений

U — Uz„о, что достигается применением дополнительных напряжений 0 о и

U>„,, согласно предлагаемому способу имеющих меньший фазовый сдвиг относительно разности напряжений лБ по сравнению с известным способом.

За половину интервала Т . подклюE чения (например, от t, до t моментов времени при активной нагрузке пре образователя) угол сдвига эталонного

U от входного U напряжений достигает значения, равного 1/2 5 /3 =

6/6. Угол сдвига между разностью напряжения GU и дополнительным напряжением Б (Б,фиг.2) за это время изменяется от нулевого значения до половины указанного значения гг /6, т.е. равен 0/12, поскольку частота разности напряжения nU имеет промежуточное значение частот входного и эталонного напряжений. Например, на фиг.2 разность указанных углов сдвига TT/6 и П /12 между кривыии AU и 4У показана в момент времени

Т /2 (что соответствует моменту вреЕ мени 1: или согласно фиг.1) . При ,компенсации разности 6U дополнитель1ным напряжением U согласно известно50

ЗО

4О му способу в нулевой момент времени (0 на фиг.2) угол сдвига П > относительно QU составляет П/6, а в конце половины интервала Т /2 5/12 (кривая hU » на фиг.2 в момент времени Т, / 2),„ч то со о тв е тс твуе т, например, моменту времени t на фиг,1.

Сравнивая изменения угла сдвига от О до П /12 согласно предлагаемому способу с углами от >/6 до 11/12 изменения U согласно известным спосо8 бам, можно сказать, что во всей половине интервала Т /2 подключения (наЕ пример, от е, до t фиг.1) угол сдвига между разностью напряжения ьП и компенсирующим ее напряжением Б меньше в предлагаемом способе и только в один момент времени (t ) одинаВ ков, т.е. равен 6/12. Это относится также к интервалу Т /2 подключения дополнительного напряжения U от начала (tz) подключения эквивалентной входной фазы до момента (t ) совпадения фаз U и Б „, (фиг.1), поскольку зта часть процесса является зеркальным отображением рассмотренного, только повернутьпч на угол 11

Следовательно, предлагаемый способ во всем диапазоне рабаты обеспечивает лучшее соответствие разности напряжения лП и дополнительного напряжения U> по фазе и, таким образом, обеспечивает улучшение качества выходного напряжения преобразователя.

Отличие дополнительных напряжений

U4 „ и Б, относительно соответствующим дополнительных напряжений

Б, н 0, известного способа заключается в их фазовом сдвиге относительно основного подключенного входного напряжения (а также 6 U) °

Как видно из фиг.1, от момента времени t напряжение U>.,aотстает на угол %/2 вместо угла -211/3 для

П „, согласно известному способу, а до момента времени t напряжение опережает основное напряжение на угол >T/2 вместо угла 2tt/3 для

U „согласно известному способу.

Суммирование более соответствующих напряжений U „,и U „с основным входным напряжением позволяет увеличить качество формы кривой Uzq выходного напряжения по сравнению с

1 246281 известным способом. Изображенные на фиг.1 перерывы в кривой выходного напряжения соответствуют моментам безтоковой паузы, которая может быть установлена .желаемой величины.

Кривые 6 U 5 и U> „„, (фиг . 2) показывают, какой фазовый сдвиг и значение напряжений имеют место между разностью напряжений лП и U если их значения равны единице в каждой половине. Т /2 приведенного интервала подключения U „, (например, от t, до .t на фиг.1 и от 0 до Т /2 на фиг.2). Кривая hU (фиг.2) показывает изменение значения аП в интервале Т /2. Умножение в кажЕ дый момент времени значений лП на aU и. dU3 5 „,, на hU согласно фиг.2 дает в результате искомые значения а11 и л U », т.е. долю отклонения полной компенсации аП напряжением U, обусловленного их фазовым сдвигом.

Приведенные на фиг.2 кривые hU> и aU> «, позволяют сравнить долю недокомпенсации ьП дополнительным напряжением U для предлагаемого способа и известного. Если площадь под кривой ЬП означае г разность напряжений U, — П „, т.е. значения отклонения эталонного от подключенного основного входного напряжения, то площадь под кривой ьП означает долю недокомпенсации разницы аП из-за фазового сдвига Ю и 11 (т.е. П, „и U> „ ) для известного способа. Предлагаемый способ, имея меньшие отклонения по фазе (т.е.

U „,и U „„) позволяет лучше компенсировать л11 и имеет суммарно примерно вдвое меньшие значения dU< за продолжительность работы преобразова†. теля.

Предлагаемый преобразователь час-. тоты, имеющий дополнительный мост.11, позволяет для компенсации ьП подключить в качестве дополнительного напряжения входное линейное напряжение, сдвинутое на угол 11/2 относительно основного входного .напряжения в каждой половине Т /2 интервала подк ключения. Так, для осуществления предлагаемого спо со ба, например, в момент времени „ (фиг.1) преобразователь (фиг.3) осуществляет включе— ние тиристоров 20-22 в цепи основного тиристорного моста 5 и регулятора 9 напряжения с определенной ступе45, представляет собой постоянное прог50

55 лючение программ ППЗУ, а также задается необходимое число подключений

40 ни напряжения для формирования положительной полуволны выходного тока преобразователя. Одновременно в момент времени t- „ открывают тиристоры 24-23 для обеспечения линейного напряжения U на входе регулятора напряжения. В момент времени t„ для обеспечения отрицательной полуволны тока включают тиристоры 25-27 и 28, 29. В момент времени -t„, для обеспечения тока положительной полярности во второй половине интервала Т включают тиристоры 20, 30, 22 и 31, 32.

Система управления способом работает следующим образом.

Формирователь 33 импульса синхронизации с сетевым напряжением формирует короткий импульс в момент перехода сетевого напряжения через нулевое значение. Блоком 34 синхронизации осуществляется. синхронизация импульсов генератора 35 высокой частоты с импульсами формирователя 33. На выходе блока 34 синхронизации, который связан с двоичным счетчиком 36 импульсов и дешифратором 37 следуют импульсы высокой частоты, например г = 600 Гц. Другим выходом блока 34 синхронизации осуществляется синхронизация всех переключений коммутирующего устройства 38 синхронизирующими импульсами сетевого налряжения.

Коммутирующее устройство 38 управляет режимами работы блоков распределения импульсов по тиристорам основного моста 39, распределения импульсов по тиристорам дополнительного мо- ста, регулятора напряжения 39 и двоичного счетчика 36.

Двоичный счетчик 36 импульсов представляет информацию о количестве поступивших импульсов на его вход блоку 40 распределения, который раммируемое запоминающее устройство (ППЗУ),.программируемое заранее..

При программировании учитываются условия естественной коммутации тиристоров дополнительного моста и порядок подключения величин напряжения регулятора напряжения. Переключателем 41 дискретных значений выходной часто1ы производится перекполупериодов основного напряжения.

Ключом 42 производится установка системы управления в исходное состояние .

Формула изобретения

Способ дискретного регулирования частоты, заключающийся в подключении на определенный интервал поочередно следующих напряжений эквивалентных входных фаз преобразователя для формирования основного выходного напряжения и в суммировании каждого основного напряжения с дополнительным напряжением, при этом в каждом интервале подключения устанавливают момент времени совпадения фаз эталонного и основного напряжений в половине интервала продолжительности целого числа периодов подключенного основного напряжения, причем в первой половине интервала подключения в качестве дополнительного подключают напряжение с опережающим фаэовым сдвигом и значение дополнительного напряжения регулируют = убывающим амплитудным значением, во вто46281 10 рой половине интервала подключения в качестве дополнительного подключают напряжение с отстающим фазовым сдвигом, а значение дополнительного напряжения регулируют с нарастающим амплитудным значением, задаваемым из условий возможной компенсации разности напряжений эталонного и подключенного основного, о т л и "

1Î ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения sa. счет уменьшения величины коэффициента гармоник, дополнительное напряжение формируют с углом

15 сдвига, равным -П /2, относительно основного входного напряжения подключаемой эквивалентной входной фазы преобразователя, причем полярность дополнительного напряжения из2О меняют так, что дополнительное напряжение опережает на угол П /2 основное напряжение в первой половине . интервала подключения основного на" пряжения и отстает от него на угол

-1T/2 во второй половине интервала подключения основного напряжения.

1246281 /б к/2

32

28

Фиг. 3

8Ug

Фиг. Г

1246281

Составитель Г.Мьщык

Техред О.Сонно Корректор М.Демчик.

Редактор В.Петраш

Заказ 4016/51 Тиран 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектнаа,4