Способ управления трехфазным силовым полупроводниковым коммутатором

 

Изобретение относится к преобразовательной технике, м.б. использовано для управления электроприводами и является усовершенствованием изобретения по а,с. № 1173505. Целью является повьппение качества выходного напряжения коммутатора. Исходя из необходимости формирования равных по гармоническому составу выходных периодических напряжений U,, U- , I. ft и коммутатора, сдвинутых по фазам одно относительно другого на 120 эл.град., продолжительность Т каждого интервала включения комбинаций тиристоров коммутатора принимают равной ,±Т,/6 +(п-1 )Т, Т,(п± il/6), где Т, - период напряжения промышленной частоты на выходе коммутатора; п - число натурального ряда , определяющее из какого количества периодов напряжения промышленной частоты формируются участки синусоид в полуволнах выходных напряжений коммутатора в течение одного интервала включения его силовых тиристоров . 5 ил. g (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А2

09) (И) ® 4 H 02 М 5/27 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

W» Ю Э дЮ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTI44 (61 ) 1173505 (21) 3917451/24-07 (22) 09.04.85 (46) 07.02.87. Бюл. У 5 (7l) Донецкий политехнический институт (72) И.Т. Сидоренко и К.Н. 11аренич (53) 621.314.27 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1173505, кл. Н 02 М 7/00, 15.07.83. (54 ) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ

СИЛОВЬК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМ КОММУТАТОРОМ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике, м.б. использовано для управления электроприводами и является усовершенствованием изобретения по а.с. 11 - 1173505. Целью является повышение качества выходного напряжения коммутатора. Исходя из необходимости формирования равных по гармоническому составу выходI ных периодических напряжений 11, П

U, коммутатора, сдвинутых по фазам одно относительно другого на

120 эл.град., продолжительность Т каждого интервала включения комбинаций тиристоров коммутатора принимают равной Т =Т +Т,/6 +(n-1)Т, Т,(п+

+1/6), где Т, — период напряжения промьппленной частоты на выходе коммутатора; и — число натурального ряда, определяющее из какого количества периодов напряжения промышленной частоты формируются участки синусоид в полуволнах выходных напряжений коммутатора в течение одного интервала включения его силовых тиристоров. 5 ил. 1288854 тора.

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в силовой преобразовательной технике для управления электроприводами и является усовершенствованием известного способа по авт.св. 1Р 1173505.

Цель изобретения — повышение качества выходного напряжения коммутаНа фиг. 1 изображены частота напряжения, уменьшенная по сравнению с частотой напряжений сети источника питания в (án-1) раз при n = 1, и порядок следования выходных фазных напряжений коммутатора, противоположный порядку следования фазных напряжений се.ти; на фиг. 2 — порядок следования выходных напряжений этой же частоты, соответствующий порядку следования фазных напряжений сети; на фиг. 3 - частота выходных напряжений коммутатора, уменьшенная по сравнению с частотой напряжения сети источника питания в (бп+1) раэ при n = 1, и порядок следования выходных фазных напряжений коммутатора, соответствующий порядку следования фазных напряжений сети источника питания; на фиг. 4 — порядок следования выходных фазных напряжений коммутатора, соответствующий порядку следования фазных напряжений сети, и частота, уменьшенная по сравнению с частотой напряжений сети в (бп+1) раз при п = 2; на фиг.5частота выходных фазных напряжений коммутатора, принятая произвольной, например уменьшенной по сравнению с частотой напряжений сети источника питания в бп раэ при п = 1.

Буквенные обозначения в нижней части (фиг.1-5j указывают на порядок распределения отпирающих импульсов по тиристорам коммутатора, причем знак инверсии указывает на то, что отпирающие импульсы поданы на тиристор, проводящий отрицательную полуволну напряжения сети источника питания. Например, включаемая комбинация тиристоров, проводящих отрицательную полуволну фазы А и положительные полуволны фаз В и С обозначены как а. Ь, с.

Порядок следования выходных на-! пряжений U „; U ; ;U коммутатора определяется порядком следования средt I них отрезков U; U; П синусоид

А щ В9ъъ сю напряжения:промышленной частоты оди30

55 иаковой полярности в полуволнах этих выходных напряжений (U ; U ; U ) коммутатора. Длительность каждого среднего отрезка синусоиды (И ; U ! А !! !!г, U ) составляет

Т = Т вЂ” 2Т /6, (1) где Т, †. период напряжения U промышленной частоты на входе коммутатора (фиг.1 и 3).

Для реализации фазового сдвига

I I между напряжениями U ; U ; U,, равного 120 эл.град., каждый средний

I ! отрезок синусоиды (U ; U П ) в полуволнах обеих полярностей выходных фазных напряжений коммутатора

«.14, U ; Uñ ) дОлжен ОтстОять От пре в дыдущего и последующего средних отрезков синусоиды (в других фазах) на интервал времени, по меньшей мере равный одной шестой части периода напряжения промышленной частоты (фиг.1). Поэтому минимальный интервал Т, включения комбинаций тиристоров силового коммутатора равен

Т = T„— 2T,/6 + T /6 = Т,— Т,/б. (2)

При таком интервале включения ! (Т 2Р) равенство параметров средних отрезков синусоиды (U, ; V, ; ;V, ) в полуволнах выходных напряжений коммутатора при условии фазового сдвига этих напряжений, равного

120 эл.град., возможно лишь для случая, когда порядок следования этих отрезков синусоид (U ; Цв,; У ), равно как и выходных напряжений ! ! (Пд ; !! ; U ), является обратным порядку следования фазных напряжений сети источника питания (U

). Поэтому при включении комбинаций силовых тиристоров коммутатора ! с интервалом включения Т и в пос—

2Р ледовательности, определяющей порядок следования выходных фазных на-! t пряжений (У„; П ; У ) обратный порядку следования напряжений сети

I ! источника питания (Б ; U; U ), па— раметры средних отрезков синусоид (U UÂ, ) одинаковые. Это определяет равенство между собой па-! ! раметров в сех первых (U „,; Пв,; U, )

H Bcex третьих U з Uâ Uñэ ) Отрез вз ков синусоид напряжения сети в полу-! волнах выходных напряжений (UA !

), т. е. равенство гармонического состава выходных фазных напряжений.

12888

При реверсе последовательности включения комбинаций тиристоров коммутатора порядок следования напряжений изменяется на противоположный.

При неизмейном интервале включения

I комбинаций силовых тиристоров (Т ), имеет место несоответствие состояний мгновенных значений напряжений ( сети в течение интервала Т р требуемым состояниям проводимости включаемых силовых тиристоров коммутатора (фиг. 2). Поэтому существенно изменяются количество и порядок следования отрезков синусоид напряжения промышленной частоты в каждом из фазных выходных напряжений коммутатора (U ; U ; 13, фиг. 2). Это определяет различие гармонических составов выходных фазных напряжений коммутатора.

Для получения одинакового гармонического состава этих напряжений ми1 нимальный интервал Т включения ком1П бинаций тиристора коммутатора равен

Т = Т+ T.,/6, (3) поскольку минимальное расстояние меж( ду средними отрезками синусоид (U (( д(U ) в полуволнах обеих полярностей выходных фазных напряжений

/ ( (U ; U ; U ) должно составлять в этом случае половину периода Т< напряжения промышленной частоты входа коммутатора (фиг.3). При этом выполняется равенство параметров средних

35 отрезков синусоид (U>, U ; UI. ) в полуволнах напряжений (U+, 0в; U,), а значит и равенство между собой па- . раметров Всех первых (11д 11в 11с i 40 и всех третьих (UAз, U ; (() отсз реэков синусоид в полуволнах этих выходных напряжений, поскольку параметры этих отрезков синусоид взаимосвязаны. 45

Более низкую частоту выходных наI пряжений U>, U ; U коммутатора е достигают путем увеличения длительности интервалов включения тиристоров на величину целого числа периодов Т напряжения сети источника пи1 тания (фиг.4) . При этом увеличено количество средних максимальных по величине и длительности отрезков синусоид напряжения сети в полуволнах выходных напряжений коммутатора на столько, на сколько целых периодов Т„ увеличен интервал Т включения силовых тиристоров. Описанные ус54 4 ловия формирования выходных напряжений коммутатора прямого или обратного (реверсного) порядка следования, полуволны которых имеют одинаковый гармонический состав, остаются неизменными. Длительность каждого максимального по амплитуде среднего отрезка синусоиды в полуволне выхОдного напряжения коммутатора сос.тавляет две третьих части периода

Т,, т.е. удовлетворяет формуле (1).

Интервалы между последним иэ средних максимальных отрезков синусоиды в полуволне одной фазы выходного напряжения и следующим первым из средних максимальных отрезков синусоиды в полуволне другой фазы выходного напряжения также удовлетворяют обоснованным условиям.

При нарушении этих условий, например при произвольном задании частоты выходного напряжения коммутатора, имеет место существенное различие в гаРмоническом составе полуволн выходных фазных напряжений коммутатора (U; U; U, фиг.5).

Сущность предлагаемого способа, таким образом, заключается в том, что, исходя из необходимости формирования равных по гармоническому составу выходных периодических на(t пряжений U ; U ; U коммутатора, сдвинутых по фазам одно относительно другого на 120 эл.град. (что необходимо и достаточно для создания двигательного момента подключаемого к коммутатору асинхронного электродвигателя и исключения резких динамических колебаний во время работы

t последнего), продолжительность Т каждого интервала включения комбинаций тиристоров коммутатора (фиг.1

3 и 4 равна

T = Т + — +(n-j )T =Т (n+I/6) (4)

1 1 1 ) где n — число натурального ряда, определяющее, из какого количества периодов напряжения промышленной частоты формируются участки синусоид в полуволнах выходных напряжений коммутатора в течение одного интервала включения

его силовых тиристоров.

Продолжительность одного периода выходного (квазисинусоидального) напряжения коммутатора (Т, фиг.1, 3 и 4) составляет

1288854 6 (5) 10

20 (9) f =f, /бп+ 1

/6n — 1, (10) 45

Т„ = 6Т = Т,(6n+ 1), поскольку один период выходного напряжения коммутатора формируют посредством шести комбинаций включенных силовых тиристоров коммутатора (в течение шести интервалов включения этих комбинаций тиристоров ).

Частота модуляции f выходного г (кваэисинусоидального) напряжения коммутатора равна

1/T = 1/Т, (бп+1), (6) а поскольку частота f, и период Т, напряжения промышленной частоты (входного напряжения коммутатора) связаны формулой

f,=- 1/Т, (7) то частоту 1 принимают равной

f =:, /бп+1,, (8) При этом, когда порядок следова— ния фазных выходных напряжений коммутатора соответствует порядку следования фазных напряжений трехфазной сети источника питания, частота модуляции этих выходных напряжений равна

При обратном порядке следования фазных выходных напряжений коммутатора их частоту определяют формулой

Устройство реализации предлагаемого способа содержит силовой тиристорный коммутатор, подключенный входом к сети и к цепи, содержащей последовательно соединенные формирователь синхронизирующих импульсов, делитель частоты синхронизирующих импульсов, шестиканальный кольцевой реверсивный распределитель импульсов и усилительно-развязывающий узел, выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора, и дополнительно снабжено переключателем коэффициента деления делителя частоты в функции (бп+1), подключенного к входу задания коэффициента деления этого делителя и к входу реверса шестиканального реверсивного кольцевого распределителя импульсов.

Положительный эффект предлагаемого техниче.ского решения по сравнению с известным состоит в том, что при формировании выходных напряжений пониженной частоты и квазисинусои25

40 альной Формы (11 ; U IJ ) в соответ"р, p с ствии с предлагаемым способом исключается возможность искажения формы выходных квазисинусоидальных напряжений коммутатора, нарушения гармонического состава в фазах и полуволнах этих напряжений. Тем самым устраняются неблагоприятные факторы воздействия выходных квазисинусоидальных напряжений коммутатора на асинхронный электродвигатель, подключаемый к этому коммутатору, исключаются тормозные и знакопеременные мо— менты этого двигателя. Это значительно повышает надежность и срок службы электродвигателей, питаемых такими напряжениями, исключает динамические удары ротора, значительно снижает вибрацию двигателей, улучшает параметры технологических процессов, в которых используются электродвигатели, питаемые квазисинусоидальными напряжениями, делает возможным осуществление ряда новых технологических процессов.

Изменение частоты модуляции выходного квазисинусоидального напряжения коммутатора в зависимости от порядка следования фазных значений этих напряжений позволяет, например, простым и экономичным способом осуществить реверс асинхронного электродвигателя (подключенного к коммутатору) на пониженной скорости без контактных переключений в его силовой цепи или включения дополнительных силовых тиристоров реверса, не искажая грамонический состав. этих напряжений в отдельных полуволнах и фазах. При этом исключены динамические удары ротора этого электродвигателя независимо от направления его вращения.

Формула изобретения

Способ управления трехфазным силовым полупроводниковым коммутатором по авт.св. М 1173505, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения,. кратность частот выходного напряжения и напряжения сети источника питания задают равной бп+а, где п =1, и — число полуволн напряжения сети, а = +1 или о = — 1 соответственно при совпадающих и при несовпадающих порядках чередования фаз сети и коммутатора.

I . 88(vga÷

Tr 4 Ь с

/ 4т

Рлз

ll в

I ср

К и

Тгп

Т 6 Ti

Фиг. 1

"с

Ь

0в и у

1 !

I!

1 асс

Ко!.г l! a(асс aI с а/с асс

1288854

Та -ФУга

a/c

Тг =ФУг

1288854

Рие 5

Составитель Г. Мьцык

Техред Л.Сердюкова

Корректор Е. Рошко

Редактор M. Бланар

Тираж 683

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 7820/з5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 5