Способ формирования квазисинусоидального тока в трехфазной нагрузке

 

Изобретение относится к преобразовательной технике им. б. использовано для питания частотно-управлят емых электроприводов переменного тока . Цель изобретения - улучшение гармонического состава фазного тока нагрузки при регулировании его величины . Формирование напряжения U и тока на фазной обмотке осуществляется путем подключения с помощью ключей обмоток двигателя между линейными и нулевым проводами трехфазной питающей сети и дополнительных коротких замыканий этих обмоток. Контролируют с помощью датчиков максимальные и минимальные мгновенные значения фазных и нелинейных напряжений питающей сети и формируют для управления ключами четыре группы последовательностей прямоугольных импульсов, каждую из которых составляют из пятнадцати по числу требуемых полностью управляемых ключей отдельных последовательностей. При регулировании электродвигателя поочередно подают на управляющие зажимы полностью управляемых ключей импульсы указанных последовательностей, увеличивая длительность действия импульсов последующей и уменьшая длитель-. ности действия импульсов предыдущей последовательности. 2 з.п. ф-лы, 14 ил. i О) 00 4 О оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ .СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (51) 4 Н 02 М 5/27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В НЗ.11 <""."

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3986120/24-07 (22) 09,06.86 (46) 30.09.87. Бюл, 1(- 36 (71) .Институт электродинамики

АН УССР, Специальное конструкторско-технологическое бюро Института электродинамики AH УССР и Киевский институт инженеров гражданской авиации им. 60-летия СССР (72) Б, Е. Пьяных, Э. М, Чехет, В, Н. Соболев, В. П. Мордач, В. M. Михальский, E. Г. Гринвальд и Л. П. Бассок (53) 621.314.27(088.8) (56) Уланов Е. И. Расчет ВПЧ с ИК при конечном соотношении частот ком" мутации, модуляции и сети. Преобраэо" вательная техника. Сборник научных трудов, Под ред. докт. техн, наук, проф. Г, В, Грабовецкого. Новоси-бирск, 1975, с. 36-39.

Авторское свидетельство СССР

Ф 920992, кл. Н 02 P 13/16, 1980. (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КВАЗИСИНУ- ..

СОИДАЛЬНОГО ТОКА В ТРЕХФАЗНОИ НАГРУЗКЕ (57) Изобретение относится к преобра, зовательной технике и м. б. использовано для питания частотно-управля-, емых электроприводов переменного то" ка. Цель изобретения — улучшение гармонического состава фазного тока нагрузки при регулировании его ве, личины. Формирование напряжения ()ф и тока на фазной обмотке осуществляется путем подключения с помощью ключей обмоток двигателя между линейными и нулевым проводами трехфазной питающей сети и дополнительных коротких замыканий этих обмоток, Контролируют с помощью датчиков максимальные и минимальные мгновенные значения фазных и нелинейных напряжений питающей сети и формируют для управления ключами четыре группы последовательностей прямоугольных импульсов, каждую из которых составляют из пятнадцати по числу требуемых полностью управляемых ключей отдельных последовательностей. При регулировании электродвигателя поочередно подают на управляющие -зажимы полностью управляемых ключей импульсы указанных последовательностей, увеличивая длительность действия импульсов последующей и уменьшая длительности действия импульсов предыдущей последовательности. 2 s.ï. ф-лы, 14 ил.

1 13

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к классу систем управления преобразо-. вателями частоты с непосредственной связью, и может быть использовано для питания частотно-управляемых .электроприводов переменного тока и спецпотребителей.

Целью изобретения является улучшение гармонического состава фазного тока нагрузки при регулировании его величины.

На фиг. 1 представлена временная диаграмма для первой группы последовательностей импульсов управления ключами силовой части устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма для второй группы последовательностей импульсов управления; на фиг ° 3— временная диаграмма при поочередной подаче на управляющие зажимы ключей импульсов первой и второй групп последовательностей; на фиг. 4 — временная диаграмма для третьей группы последовательностей импульсов управления; на фиг. 5 — эпюра напряжения на фазной обмотке двигателя при формировании по третьей группе последовательностей импульсов управления; на фиг. 6 — временная диаграмма при поочередной подаче на управляющие зажимы ключей импульсов второй и третьей групп последовательностей; на фиг. 7 — временная диаграмма для четвертой группы последовательностей импульсов управления; на фиг. 8— временная диаграмма при поочередной подаче на управляющие зажимы ключей импульсов первой и четвертой групп последовательностей; на фиг. 9 — силовая часть и структурная схема блока управления устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 10 — пример выполнения первого и четвертого логических блоков; на фиг. 11 — пример выполнения второго логического блока; на фиг. 12 — пример выполнения третьего логического блока; на фиг. 13 — пример выполнения пятого логического блока; на фиг. 14 — временные диаграммы напряжений на входах и выходах компараторов структурной схемы, изображенной на фиг, 13.

Нумерация выходов блока управле ния соответствует нумерации ключей силовой части устройства. Нумерация выходов отдельных логических блоков

41708 2 соответствует нумерации временных. диаграмм импульсов на выходах этих блоков.

Устройство для реализации способа

6 (фиг. 9) содержит силовую часть, построенную на полностью управляемых ключах 1-15 с двусторонней проводимостью, Одни выводы ключей 1-4, 6-9, 11-14 подсоединены к линейным А,В,С и нулевому "0" проводам питающей сети. Другие выводы этих ключей, а также одни выводы ключей 5,10 и 15 для каждой фазы электродвигателя соединены между собой и с выводом его фазной обмотки (16-18), соединенной с обмотками других фаз, по схеме

"звезда". Другие выводы ключей 5,10 и 15 соединены с общей точкой "звезды", Блок управления состоит из уп-. равляемого по частоте задающего генератора 19 низкой частоты, распреде. лителя 20 импульсов, соединенного последовательно с генератором 19, 26 первого 21, второго 22 и третьего

23 компараторов, первые входы кото— рых соединены с источниками первого Uî„„âòoðoão Бо„и третьего U „ç опорных напряжений. Блок управления включает также датчики максимального и минимального мгновенных значений фазных (24 — 29) и линейных (30-35) напряжений питающей сети, источник

36 постоянного напряжения с регулируемым выходом 37, соединенным с

35 управляющим входом задающего генератора 19. В блок управления входит также генератор 38 пилообразного напряжения высокой частоты, последо40 вательно соединенный с выходом 37 источника 36 постоянного напряжения, причем выход 39 этого генератора подключен к вторым входам первого 21 и второго 22 компараторов, Второй вход третьего компаратора 23 поцключен к

45 выходу 37 источника 36 постоянного напряжения.

Блок управления содержит также пять логических блоков 40.-44, причем выходы Y -Y распределителя 20 импульсов соединены с входами первого 40, третьего 42 и четвертого 43

I логических блоков, Компараторы 21-23 выполнены с выходами 45-50. Выходы

Еду Еьу Есу ЕАФ Zgi Ебв Еду Ебс Z@i бб Е, Z — датчиков 24-35, а .также вы-. ходы 47 и 48 второго компаратора 22 подключены к входам второго логического блока 41, выходы 51-58 котового

1341708 подсоединены к входам третьего логического блока 42, Выходы IX, IХ, IХ, IХ, IХ,, IХ„ первого логичес- .м У кого блока 40, выходы 2Х,, ЗХ„, 2Х, блока 42, выходы 4Х, 4Х, 4Х„, 4Х

4Х, 4Х, 4Х, 4Х, 4Х„„ четвертого 3 логического блока 43, а также выходы 45 и 46 первого 21 и выходы 49 и

50 третьего 23 компараторов подсоединены к входам пятого логического блока 44, ключи 1-15 которого подключены к управляющим зажимам указанных ключей. Принцип формирования напря1, жения на фазной обмотке двигателя и тока в ней заключается в том, что, замыкая ключи 1-15 силовой части схемы по определенному алгоритму, подключают на фазную обмотку двигателя в одном случае поочередно циклически фазные напряжения питающей сети, реализуя, таким образом, циклический способ управления при непосредственном преобразовании частоты, во втором случае на фазную обмотку двигателя подключают ступенчато изменяемые напряжения, равные по абсолютному значению О,)/3; 1/2; 2/3; 1/2;

1/3,0 и т,д, от максимальных и минимальных мгновенных значений фазных напряжений, в третьем случае — напряжения, равные по абсолютному значению 0 1/3; 1/2; 2/3; 1/2; 1/3 0 и т,д. от максимальных и минимальных мгновенных значений линейных напряжений питающей сети. Во втором и третьем случаях реализуется инверторный принцип формирования выходного напряжения. Таким образом, весь диапазон регулирования разбивают на три зоны. Первая — от нуля до напряжения, определяемого при выходной частотесл)бы„ = 0,057rd (для совместного регулирования частоты и напряжения при частотном управлении электродвигателем), Предельное значение напряжения этой зоны равно 0,006U . Вторая зона — от 0,047 до 2/3U третья — от 2/ЗП до 2/3 ГЗБ . Соответственно в каждой из зон формируют свой алгоритм управления ключами.

Рассмотрим суть предлагаемого способа по диаграмме (фиг. 1-8) и по силовой части устройства (фиг. 9), реализующего способ, Максимально возможное значение

30 выходного напряжения при таком управлении может достигнуть величины U+.

На временных диаграммах (фиг ° 7) приведены импульсы управления четвертой группы последовательностей импульсов 4Х, -4X„. При этом на интервале

t --t замыкают ключи 3,7 и 11. К о фазным обмоткам 16-18 двигателя подключаются фазные напряжения питающей сети фаз С,В,А соответственно. На

40 интервале tÄ -С на фазные обмотки двигателя с помощью замкнутых ключей 1,8 и 12 подключаются напряжения фаз А,С,В. На интервале t -t ключами 2,6 и 13 к двигателю подключают

45 напряжения фаз В,А,С, а на интервале — с помощью ключей 3,7 и 11 вновь напряжения фаз С,В,А и т,д, В результате на обмотках двигателя формируется напряжение, форма кото50 рого U для фазной обмотки 16 показана на фиг, 7. Эта форма образуется путем циклического подключения нагрузки к фазным проводам питающей сети. Частота этого напряжения и тока

55 в обмотке определяется выражением

„) =Q -ьЗ где Я вЂ” частота следоьых вания импульсов управления в четвертой группе последовательностей импульсов.

В первой зоне выходное напряжение меняется от нуля до 0,0470, .

На временных диаграммах (фиг. 1) приведены импульсы управления первой группы последовательностей импульса

)Х,-)X, для ключей 1-15 (фиг. 9) при нулевом уровне выходного напряжения на фазной обмотке 16 (эпюра 16 на фиг, 1). При этом на интервале замыкают ключи 4,9 и 14, ключи 1-3, 5-8, 10-13 и 15 размыкают, Фазные обмотки 16-18 оказываются закороченными и выходное напряжение равно нулю, На интервале t„ -t замкнутыми оказываются ключи 5,10 и 15, а ключи

1-4, 6-9, 11-)4 — разомкнуты. Обмотки 16- 18 вновь закорачивают и выходное напряжение остается равным нулю °

Далее, как показано на диаграммах фиг. 1, порядок замыкания и размыкания ключей повторяется и напряжение на обмотках остается равным нулю.

Попеременное замыкание ключей 4 и 5, 9 и 10, 14 и 15 применяют для того, чтобы более равномерно распределить нагрузку между этими ключами.

5 134

Для получения промежуточных значений выходного напряжения в первой зоне (0-0,06U ) применяют метод широтно-импульсйого регулирования (ШИР), при котором длительность подключения обмоток двигателя к напряжениям фаз А,В,С сети регулируют так, что в течение части каждого иэ интервалов (t -t,, t,-t,...) обмот. ка оказывается подключенной к одному иэ указанных фазных напряжений (управление ключами 1-15 осуществляют с помощью четвертой группы последова" тельностей импульсов — временные диаграммы фиг. 7), остальную часть интервала обмотки оказываются закороченными (управление ключами осуществляют с помощью первой группы последовательностей импульсов - временные диаграммы фиг. 1) ° .В результате диаграммы управления ключами в этой зоне соответствуют фиг, 8. Здесь временные диаграммы (1-4)Х вЂ (1-4)Х„ означают, что каждая иэ последовательностей импульсов получена иэ первой и четвертой групп последовательностей. Выходное напряжение в этой зоне показано эпюрой U«, Здесь часть 59 интервала -г., соответствует подключению обмотки 16 к напряжению фазы С питающей сети (диаграмма управления ключарем по четвертой группе последовательностей — фиг, 7), в течение другой части 60 этого интервала обмотка 16 эакорачивается (диаграмма управления ключами по первой группе последовательностей— фиг. 1). В дальнейшем аналогично: во время пауз, когда напряжение на обмотке равно нулю, ключи 1-15 управляются по диаграммам первой группы последовательностей импульсов (фиг, 1), во время импульсов, когда к фазным обмоткам двигателя прикладываются напряжения U фаз А,В,С питающей сети, ключи 1-15 управляются О.диаграммам четвертой группы последовательностей импульсов (фиг. 7), Верхняя граница зоны выбрана по частоте в соответствии с соотношением м) „,„ = 0,047 ). Оно получено из следующих соображений. При формировании напряжения на обмотке двигателя и тока в ней в первой зоне ближайшие к основной гармоники, вызывающие значительный нагрев двигателя, имеют частотысд +2Я и 4Я- и амплитуды 1/2 и 1/4 соответственно от

1708 6 амплитуды первой гармоники, Во второй зоне, где переключения ключей осуществляют по инверторному способу, .ближайшие к основной гармоники имеют частоты Iliad и 13сс1, и амплитуды 1/)1 и 1/1 3 соответственно от амплитуды первой гармоники, где с) — частота основной гармоники. Ра1 венствои) ы„= 0,06а> получено иэ

10 условия минимума потерь мощности от высших гармоник на границе перехода из первой по вторую зоны.

На верхней границе второй зоны выходное напряжение достигает знаf5 2 чения -Ц, (эпюра ц„на фиг, 2), На временных диаграммах (фиг. 2) приведены импульсы управления второй группой последовательностей импульсов 2Х -2Х . Здесь же приведены пря1 15 моугольные импульсы на выходах датчи. ков наибольших (ZA, Е, Z ) и наименьших (Е, Е-, Е-) фазных напряжений питающей сети, При этом на интерва

25 ле t,.-t< замыкают ключи 4,7 и 14.

Так как на этом интервале действует, минимальное мгновенное значение фаз ного напряжения фазы В (Z- =1), то на обмотке 16 появляется йоложитель30 ное напРЯжение, Равное Ц Зто по

3 лучается вследствие параллельного подключения с помощью ключей 4 и 14 обмоток 16 и 18 к нулевому проводу

35 и фазной обмотки 17 с помощью ключа 7 — к линейному проводу фазы В.

В результате напряжение фазы В делится между обмоткой 17 и параллель1 но соединенными обмотками 16 и 18 в отношении 2/3 : 1/3 ° Поэтому на обмотке 16 выделяется напряжение, 1, равное -U положительной относитель,но общей точки звезды полярности. ,15 На интервале t -t также действует

1 2 минимальное мгновенное значение фазного напряжения фазы В (Е-=1), при этом замыкают ключи 4,7 и 15. В результате фазное напряжение фазы В

5р делится пополам между обмотками 16 и,17, т.е. на обмотке 16 выделяется положительное напряжение, равное

-U+ (обмотка 18 закорачивается клю2

55 чом 15), На интервале 1 -t действует максимальное напряжение фазы А (Е, =1), IIpH этом замыкаются ключи

9 и 14, в результате чего обмотки

17 и 18 параллельно подключаются к

41708

f0

7 l 3 нулевому проводу, а обмотка 16 — к фазному проводу фазы А. Поэтому напряжение U фазы А делится между обмоткой 16 и параллельно соединенными обмотками 17 и 18 в отношении

2/3 : 1/3, и на, обмотке 16 выделяет2 ся напряжение равное -U положиУ

3 тельной полярности. Далее на интервале t -t в результате замыкания ключей 1,10 и 14 на обмотке 16 выделяется напряжение положительной полярности, равное по величине

-U, потом снова на интервале t -г.

1 напряжение, равное -Б . На интервале t -t в результате замыкания ключей 5,9 и 13 обмотка 16 закорачивается ключом 5 и напряжение на ней оказывается равным нулю, Далее на интервале t — t аналогичным замыка"

6 7 нием ключей с учетом сигналов на выходах Zä, Zt5, 2,, Z д, Е-, Е;. датчиков на обмотке 16 формируется напряжение отрицательной полярности, по числу ступенек и по величине напряжения повторяющее положительную полуволну и т.д, Для получения промежуточных значений выходного напряжения во вто2 рой зоне (О 06U — -U ) также исполь3 Р зуют метод ШИР, при котором длительность подключения обмоток двигателя к напряжениям фаз А,В,С сети регулируется так, что в течение каждого из интервалов - „, С - часть .интервала обмотки оказывается подключенной к одному из указанных фазных напряжений (управление ключами 1- 15 осуществляют с помощью второй группы последовательностей импульсов — временные диаграммы фиг. 2), остальную. часть интервала обмотки оказываются закороченными (управление ключами осуществляют с помощью первой группы последовательностей импульсов— временные диаграммы фиг. 1). В результате диаграммы управления ключами в этой зоне соответствуют фиг. 3, где временные диаграммы (1-. 2)Х (1-2)Х„ означают, что каждая из последовательностей импульсов получена " на первой и второй группах последов вательностей, Выходное напряжение в этой зоне показано эпюрой Б, . Часть

61 интервала t. -t „ соотве1 1вует подключению к обмотке 16 напряжения, 8

1 равного -U от фаэного напряжения фазы В питающей сети, минимальное мгновенное значение которого фиксируется выходом Z- датчика минимальноВ

ro мгновенного значения фазного напряжения (диаграмма управления ключами по второй группе последовательностей — фиг. 2), в течение части 62 этого интервала обмотка 16 закорачивается (диаграмма управления ключами по первой группе последовательностей — фиг, 1). В дальнейшем аналогично: aq время пауз, когда напряжение на обмотке равно нулю, ключи 1- 15 управляются цо диаграммам первой группы последовательностей импульсов (фиг. 1), во время импульсов, когда на обмотках двигателя появляются напряжения различной величины, ключи 1-15 управляются по диаграммам второй группы последовательностей импульсов (фиг. 2) ° В третьей зоне выходное напряжение меняется

25 2 2 г — 2 от -U до — 13U, т.е. до -U где линейное напряжение между фазами, На временных диаграммах (фиг. 4) приведены импульсы управления третьей группы последовательностей импульсов ЗХ -ЗХ для ключей 1-15

15 (фиг ° 9), при которых достигается верхняя граница третьей эоны регулирования напряжения (эпюра Б1 на фиг. 5), При этом на интервале

t -с замыкают ключи 3,7 и 13; так как на этом интервале действует минимальное мгновенное значение линейного напряжения между фазами В и С

40 (Z — t =1), то на обмотке 16 появляется

1 положительное напряжение, равное -U, Это получается вследствие параллельного подключения с помощью ключей.

45 3 и 13 обмоток 16 и 18 к фазному проводу фазы С и обмотки 17 с помощью ключа 7 — к фазному проводу фазы В.

В результате линейное напряжение U между фазами В и С делится между. обмоткой 17 и параллельно соединенными обмотками 16 и 18 в отношении

2/3 : 1/3. Поэтому на обмотке 16 и выделяется напряжение, равное ,1 -U положительной относительно общей

55 3 точки "звезды" полярности. На интервале t„-t замыкают ключи 1,7 и 15.

На этом интервале действует максимальное мгновенное значение линейно13417

08 l0

9 го напряжения между фазами А и В (Z "- 1). В результате линейное напряжение между фазами А и В делится пополам между обмотками 16 и 17, т.е. на обмотке 16 выделяется положительное напряжение, равное

-Б, Обмотка 18 закорачивается ключом 15. На интервале t -t по-прежне2 3 му действует максимальное линейное 10 напряжение между фазами А и В (Е„ =1), При этом замыкаются ключи 1,7 и 12, в результате чего обмотки 17 и )8 параллельно подключаются к фазному проводу фазы В, а обмотка 16 — к фазному 15 проводу фазы А. Поэтому напряжение

U, между фазами А и В делится между обмоткой 16 и параллельно соединенными обмотками 17 и 18 в отношении 2/3:

1/3 и на обмотке 16 выделяется напря- 20

2 жение, равное -U, положительной полярности. Далее на интервале с в результате замыкания ключей 1,10 и

13 на обмотке 16 выделяется напряже- 25 ние положительной полярности> равное по величине 1

Потом снова на ин1 тервале t -t — напряжение равное

Р

3 "

-U . На интервале t --t в результате

5 6 зайыкания ключей 5,7 и 13 обмотка 16 закорачивается ключом 5 и напряжение, на ней оказывается равным нулю, Далее на интервале с -t÷ аналогичным замы- 35 канием ключей с учетом сигналов на выходах ZÀâý Евс Есд Zкьу ZÂñÔ ™.А дат чиков на обмотке 16 формируется на— пряжение отрицательной полярности, по числу ступенек и по величине напряжения повторяющее положительную полуволну и т.д. Для получения промежуточных значений выходного напря2 2 жения в третьей зоне (-U — -U,) так3 3 45 же используют метод ШИР, при котором длительность подключения обмоток двигателя к фазным проводам питающей сети фаз А,В,С регулируется так, что в течение каждого из интервалов t -t, t,,-с ..., часть интервала обмотки оказывается подключенной к одному из указанных линейных напряжений U (управление ключами 1-15 осуществляют с помощью третьей группы последовательностей импульсов — временные диаграммы фиг. 4), остальную часть интервала обмотка оказывается подключенной к одному из указанных фазных напряжений U (управление ключаЧ ми осуществляют с помощью второй группы последовательностей импульсов — временные диаграммы фиг, 2), В результате диаграммы управления ключами в этой зоне соответствуют фиг. 6, где временные диаграммы (2-3)Х, †(2-3)Х ь означают, что каждая из последовательностей импульсов получена на второй и третьей группах последовательностей. Выходное напряжение в этой зоне показано эпюрой

У на фиг ° 6. Здесь часть 63 интервала соответствует подключению к об1 мотке 16 напряжения, равного -U от линейного напряжения между фазами

В и С питающей сети, минимальное мгновенное значение которого фиксиру-. ется выходом Е- датчика минимального мгновенного значения линейного напряжения (диаграмма управления ключами

IIo третьей группе последовательностей — фиг, 4), в течение части 64 этого интервала обмотка 16 подключа1 ется к напряжению, равному -Uq от

/ фазного напряжения фазы В питающей сети (диаграмма управления ключами по второй группе последовательностей — фиг ° 2), В дальнейшем аналогично: во время пауз, когда к обмоткам прикладываются фазные напряжения, ключи 1-15 управляются по диаграммам второй группы последова— тельностей импульсов (фиг, 2), во время импульсов, когда к обмоткам прикладываются линейные напряжения, ключи 1-15 управляются по диаграммам третьей группы последовательностей импульсов (фиг, 4 и 5).

Схема блока управления преобразо— вателем, реализующего способ управления, приведена на фиг. 9, Она ра ботает следующим образом.

Задающий генератор 19 формирует последовательность коротких импульсов с частотой в 12 раз превышающей частоту управления Я (временная диаграмма 19 на фиг, 1). Распределитепь 20 импульсов выдает на выходах

Y -7 шесть последовательностей пря—

6 моугольных импульсов длительностью

150 эл. град,„ сдвинутых между собой на 60 эл. град, которые поступают на входы первого 40, третьего

42 и четвертого 44 логических блоков. На выходах 1Х, 1Х, 1Х„, и

1Х>, 1Хю 1Х» блока 40 фор ру тся

11 13417 импульсы первой группы последовательностей по диаграммам, изображенным на фиг. l ° Первый логический блок

40, выполняющий такое формирование, включает шесть логических ячеек 2И, одну логическую ячейку 6 ИЛИ и одну логическую ячейку НЕ, Функционирование блока 40 представлено на схеме, изображенной на фиг. 10. На выходах

4Х, 4Х„„ блока 43 формируются импульсы четвертой группы последовательностей по диаграммам, изображенным на фиг. 7. Четвертый логический блок 43, выполняющий такое формирова- 15 ние, включает шесть логическик ячеек НЕ, шесть логических ячеек 2И и три логических ячейки 2ИЛИ. Функционирование блока 43 представлено на схеме, изображенной на фиг. 10. Выходные сигналы блоков 40 и 43 поступают на входы пятого логического блока 44. Задающий генератор 19 формирует импульсы низкой частоты и управляется по частоте с регулируемого вы- 25 хода 37 источника 36 постоянного напряжения, При нулевом значении напряжения на выходе 37 источника 36 постоянного напряжения 36 частота задающего генератора 19 минимальна. Гене- 30 ратор 38 пилообразного напряжения высокой частоты формирует на своем выкоде 39 линейно спадающее напряжение, которое, суммируясь с нулевым напряжением на выходе 37 источника 36 постоянного напряжения, поступает на вторые входы компараторов 21 и 22.

Амплитуда пилообразного напряжения равна опорному напряжению U, подаваемому на первый вход первого ком- 40 пар атора 21 (диаграмма, Пзз на фиг, 14) ° На прямом выходе 45 компаратора 21 действует нулевой уровень напряжения, на обратном выходе 46— единичный уровень (интервал t -tg на фиг. 14), Уровни опорных напряжений

11 „ и U „3 o e U» и поэтому на прямых выходах 47 и 49 компараторов

22 и 23 также действуют нулевые, а на обратных выходах 48 и 50 — единич- gp,. ные уровни напряжения. Эти напряжения подаются на входы второго и пятого логических блоков 41 и 44. Пятый логический блок 44 (фиг. 13), формирующий импульсы управления, подаваемые на управляющие зажимы ключей 115, состоит из 15 отдельных логических схем по числу ключей с -,ловой

08 12 части. Логические схемы для ключей

1-3, 6-8, 1-13 состоят из двух логических ячеек ЗИ и одной логической ячейки 2ИЛИ, Логические схемы для ключей 4,5,9,10,14 и 15 состоят из двух логических ячеек ЗИ, одной логической ячейки 2И и одной логической ячейки ЗИЛИ, При подаче нулевого уровня напряжения с выхода 45 первого компаратора 21 на выходах логических схем блока 44, подключаемых на управляющие зажимы ключей 1-3, 6-8, 11-13, также нулевые уровни и соответствующие ключи заперты (разомкнуты). На выходах логических схем для ключей 4,5,9,10-,14 и 15 за счет открытой логической ячейки 2И от единичного уровня с выхода 46 первого компаратора 21 (фиг. 9) появляются сигналы первой группы последовательностей (фиг. 1), В результате на обмотках 16- 18 двигателя напряжения сказывается равным нулю,, Второй логический блок 41, служащий для коммутации сигналов от датчиков

24 — 35 мгновенного значения напряжений, изображен на фиг. 11. Он состоит-из двенадцати логических ячеек

2И, двенадцати логических ячеек 2ИЛИ и двух .логических ячеек ЗИ, При подаче нулевого уровня напряжения с выхода 47 и единичного уровня с выхода 48 второго компаратора 22 прохождение сигналов с выходов Z Ф Zâñð Z„1 ч

Z Z Е- датчиков 30-35 мгновенноАВ ЬС

ro значения линейных напряжений запрещается, а сигналов Ед, Е, Е

Zд, Z- Z- датчиков 24-39 мгновенного значения фазных напряжений 2429 разрешается и они попадают на выходы 51-58 второго логического блока, 41 и далее на входы третьего логического блока 42. Блок 42 состоит из

27 логических ячеек 2И, 12 логических ячеек 2ИЛИ и 6 логических ячеек HF, и предназначен для формирования импульсов второй и третьей групп последовательностей, В результате воздействия сигналов с выходов 51-58 и сигналов

Y -Y на выходах блока 42 появляются а импульсы, соответствующие логическим выражениям второй группы последовательностей. В результате действия на входе 45 блока 44 нулевогс уровня напряжения прохождения сигналов

2Х,-2Х от блока 42 запрещается и на выходах 1-15 блока 42 оказываются сигналы первой группы последователь!

134 ностей. При повышении напряжения на выходе 37 источника 36 постоянного напряжения в пределах 0-11 „ результирующее напряжение на выходе 39 генератора 38 пилообразного напряжения повышается. На фиг. 14 диаграмма U на интервале t, -t показывает на— пряжение, которое превышает опорное напряжение Б, подаваемое на первый

one вход первого компаратора 21, Компаратор 21 срабатывает и на его выходе

45 появляются кратковременные импульсы единичного, а на инверсном 46— нулевого уровня напряжения (диаграммы UÄ< 114 на фиг, 14) ° Тогда в течение импульсов единичного уровня отпираются логические ячейки ЗИ блока

44 (фиг. 13), на которые подключен инверсный выход 50 третьего компаратора 23, так как на этом выходе на интервале t,-t действует единичный уровень напряжения (фиг, 9,13 и 14) °

В результате во время единичных импульсов на входах 45 этих ячеек по входам 4Х„-4X„> проходят на выход для управления ключами 1-15 импульсы четвертой группы последовательностей (фиг. 7), во время нулевых уровней на входах 45 прохождение этих импульсов запрещается и, так как на входах 46 логических ячеек 2И блока

44 в это время действуют единичные уровни напряжения, то на ключи 1-15 поступают импульсы первой группы последовательностей 1Х„ — 1Х,, Таким образом, на интервале t -t на управление ключами 1-15 подаются импульсы по диаграммам (1-4)Х„ †(1-4)Х, и на обмотке 16 двигателя формируется напряжение (фиг. 8), При этом реализуется циклический способ управления при непосредственном преобразовании частоты.

При достижении напряжения на вы— ходе 37 первого источника 36 постоянного напряжения величины, равной

U,„ç(U U „> U,ï„ напряжением на выходе 37 источника

36 постоянного напряжения величины ,(Uon 7 1.„, 7 U ) TPPTItH KOMIIBPaтор опрокидывается, на его выходе 49 единичный, а на выходе 50 нулевой уровень (интервал t -t> на фиг, 14), поэтому в течение импульсов единичного уровня на прямом выходе 45 первого компаратора 21 отпираются те логические ячейки ЗИ блока 52 (фиг. 13) на которые подключен прямой выход 49

1708 !4 третьего компаратора 23. В результате во время единичных импульсов на входах 45 этих ячеек по входам 2Х,—

2Х, проходят на выход для управления ключами 1-15 импульсы второй группы последовательностей (фиг. 2), Во время нулевых уровней на входах

45 прохождение этих импульсов запрещается и так как на входах 46 логических ячеек 2И блока 44 в это время действуют единичные уровни напряжения, то на выходы 1-15 поступают импульсы первой группы последовательностей 2Х,-2Х,, Так как на выходе 47 второго компаратора 22 по-прежнему в течение интервала времени t -t (фиг. 14) сохраняется нулевой, а на выходе 48— единичный потенциал, то на выходы

51-57 второго логического блока 41 и далее на входы третьего логического блока 42 проходят сигналы Z„, ZII, 2,. ZA, Z-, Z - от датчиков 25-30 мгновенного значения фазных напряжений, В результате на выходах третьего логического блока появляются импульсы 2Х,-2Х,„ второй группы последовательностей (фиг, 2). Поэтому на интервале t -t на входы 2Х вЂ”

2Х„ логических ячеек ЗИ блока 44 подаются только импульсы второй группы последовательностей.

Таким образом, на интервале на управление ключами 1 — 15 подаются

35 импульсы по диаграммам (1-2)Х -(1f

2) Х,, и на обмотке ) 6 двигателя формируется напряжение (фиг. 3) . При этом реализуется инверторный способ управления. При достижении суммарным напряжением на выходе 39 .генератора .38 пилообразного напряжения величины U, „ (момент tэ на фиг. 14) длительность 61 импульса (фиг ° 3) ста45 новится максимальной, а длительность

62 паузы — равной нулю (интервал

t -с на фиг. 14) . Кривая напряженйя на обмотке 16 двигателя приобретает вид, изображенный на фиг. 2, 50

Это верхний предел второй зоны. При этом на выходе 45 первого компаратора 21 устанавливается единичный, а

\ на выходе 46 — нулевой потенциалы, Тогда оказываются запертыми логичесские ячейки 2И логических схем для

55 ключей 4,5,9,10,14,15 блока 44 (фиг. 13), и импульсы первой группы последовательностей 1Х -1Х, на управление ключами поступать не будут.

15 13

Запертыми окажутся также логические ячейки ЗИ, на вход которых подключен выход 50 третьего компаратора 23, так как на этом выходе продолжает действовать нулевой потенциал, Поэтому импульсы четвертой группы последовательностей 4Х,-4Х„ также не будут поступать на управление ключами, Открытыми единичным потенциалом с выхода 49 третьего компаратора 23 останутся только те логические ячейки ЗИ блока 44,.на вход которых подаются импульсы второй 2Х,-2Х, и третьей 3Х -ЗХ групп последователь1 15 костей.

При превышении суммарным напряжением на выходе 39 генератора 38 уровня Uä„ начинает срабатывать второй компаратор 22 и на его прямом выходе 47 появляются кратковременные импульсы единичного, а на инверсном

48 — нулевого уровня напряжения (диаграммы Цi7юЦ,р интерв щ t -t б фиг. 14), Тогда в течение импульсов единичного уровня на выходе 47 второго компаратора 22 разрешается прохождение сигналов с выходов ZA Z всэ

Z, ZA- Е -, Е; датчиков 30-35 мгновенного значения линейных напряжений на выходы 51-58 второго логического блока 41 и далее на входы третьего логического блока 42. Прохождение сигналов Z, Ев, Z Ед, Z-, Z с выходов датчиков 24-28

Й с мгновенного значения фазных напряжений запрещается нулевым уровнем на выходе 48 второго компаратора 22, При изменении уровней напряжения на выходах компаратора 22 на обратные разрешается прохождение сигналов с выходов датчиков 24-29 и запрещается прохождение сигналов с выходов датчиков 30-35. В результате на выходах третьего логического блока 42 появляются поочередно то импульсы 2Х„2Х второй, то импульсы ЗХ,„-ЗХ третьей групп последовательностей.

Т. е, на интервале t -t на управление ключами 1-15 подаются импульсы по диаграммам (2-3) Х -(2-3)Х,, и на обмотке 16 двигателя формируется напряжение (фиг, 6). При этом также реализуется инверторный способ управления.

При достижении суммарным напряжением на выходе 39 генератора 38 величины ЗБ„,, (момент t на фиг. 14) длительность 63 импульса (фиг. 6) становится максимальной, а длитель41708 16

50

5

f0

35 ность 64 паузы — равной нулю интервал с -с на фиг. 14). Кривая напряжения на обмотке 16 двигателя приобретает вид, изображенный на фиг. 5, Это верхний предел третьей зоны, Таким образом, в результате главного повышения напряжения на выходе 37 источника 36 постоянного напряжения выходное напряжение на обмотке 16 двигателя также возрастает

2 г от нуля до — 3U>. При этом форма его

3 последовательно приобретает вид, изображенный на фиг. 1, фиг. 8, фиг. 7, фиг. 3, фиг. 2, фиг. 6, фиг. 5, сохраняя близкой к синусоидальной форму и отсутствие ступенек, вызывающих шаговый режим. Кроме того, в результате принятой границы смены алгоритмов управления сохраняется во всем диапазоне регулирования равномерный и минимальный нагрев обмоток двигателя при частотном управлении, При главном снижении управляющего напряжения на выходе 37 процессы по схеме повторяются в обратном порядке.

Использование изобретения позволяет повысить качество кривой тока в обмотке частотно-управляемого асинхронного двигателя во всем диапазоне регулирования. Кроме того, во всем регулировании поддерживается равномерный ход двигателя, в особенности на низких частотах, Формула изобретения

1, Способ формирования квазисинусоидального тока в трехфазной нагрузке путем попеременного с регули.руемой частотой и широтно-регулируемого по длительности подключения фаз нагрузки с помощью полностью управ-ляемых ключей с двусторонней проводимостью между линейными проводами трехфазной питающей сети, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения гармонического состава тока нагрузки, вводят с помощью дополнительных ключей подключения фаз нагрузки между линейными и нулевым проводами питающей сети и дополнительные короткие замыкания этих фаз, контролируют с помощью датчиков максимальные и минимальные мгновенные значения фазных и линейных напряжений питающей сети и формируют для управления ключами три группы

1708

18 сов на выходах датчиков максимальных (Е ю Z е Zc) мальных (ZA, Е-, Z ) мгновенных значений фазных напряжений для фаз А,В,С питающей сети; в третьей группе импульсы управления

Щ ключами соответствуют следующим логическим выражениям:

Y ;

50 последовательности управляющих импульсов второй группы для пятнадцати управ- 55 ляющих ключей;

Едю Е > Ес 1

17 134 последовательностей прямоугольных импульсов, каждую из которых составляют из пятнадцати по числу требуемых полностью управляемых ключей отдельных последовательностей, так, что в первой группе импульсы управления ключами соответствуют следующим логичееким выражениям:

1Х =1Х =1Х =1Х =1Х =1Х =1Х =1Х =

3 б 3 11 12

= 1 Х =0 "

13

1Х =1Х =1Х„ =У„У2+У . У + У . У +

1Х =10„ =1X„ =1X где 1Х вЂ” 1X — последовательности

1 15 управляющих импульсов первой группы для пятнадцати управляемых ключей;

У вЂ” У вЂ” последовательности

3 прямоугольных импульсов длительностью

150 эл, град, следую. щих с частотой управления Я, сдвинутые между собой на 120 эл, град,;

У -У вЂ” последовательности

6 прямоугольных импульсов, аналогичных У вЂ”

У., но сдвинутые по отношению к ним на

180 эл град во второй группе импульсы управления ключами соответствуют следующим логическим выражениям:

Ед У +Ел

2Х„=(Ед+Еь+Ес) +(Z„-+Ев+Ес)

У 1

2Х5 =(Ед+Еь+Ес ) Y5+ (Zà+Z 6+Z с

2Х =(Е +Z +Z ) 7 +(Z-+Z-+Z-) И вЂ” A Ь С 5 A 8 С

2Х,5=Уз 6 ° где 2Х -2Х

s5 последовательности прямоугольных импульЗХ,=(Е„+Е„) У„+(Е„-+Есд) У;

3Х =0; зх б (Аь сд) 2 (АВ Есд) 5

3Х =0;

g %

ЗХЮ 72 У5 У где ЗХ1-3Х, — последовательности управляющих импульсов третьей группы для пятнадцати управляющих ключей; дь

Z, Е, Š— по следов ат ель ности прямоугольных импульсов на выходах датчиков максимальных (Z, Z, Z ) и минимальных (Z- Z â€, Z-)

IES ВС сА мгновенных значений линейных напряжений между фазами А-В, В-С, С-А питающей сети, затем при регулировании напряжения на нагрузке, при повышении напряже2„ ния на нагрузке до -U где 0 фазное напряжение питающей сети, поочередно с более высокой частотой, чем частота управления Я, подают на управляющие зажимы полностью управляемых ключей импульсы первой и второй групп последовательностей, увеличивая длительность действия импуль. сов второй и уменьшая длительность действия импульсов первой групп последовательностей, при дальнейшем повышении напряжения от 2

19

1341708

15

20 " вых

2 г к3 U поочередно подают на управ3 ляющие зажимы полностью управляемых ключей импульсы второй и третьей групп последовательностей, увеличивая длительность действия импульсов третьей и уменьшая длительность действия импульсов второй групп последовательностей.

2, Способ по п ° 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью уменьшения искажений тока нагрузки при регулировании на низких частотах, формируют для управления указанными ключами четвертую группу последовательностей прямоугольных импульсов в соответствии со следующими логическими выражениями:

4Х 4Х 4Х Y Y +Y5 где 4Х -4Х вЂ” последовательности

1 15 управляющих импульсов четвертой группы для

20 пятнадцати управляемых ключей; и при регулировании напряжения при повышении его от нуля поочередно подают на управляющие зажимы упомяну-, тых ключей импульсы первой и четвертой групп последовательностей, увеличивая длительность действия импульсов четвертой и уменьшая длительность действия импульсов первой групп последовательностей, 3. Спбсобпопп. 1и2, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения,гармонического состава кривой тока во всем диапазоне регулирования, переход от режима поочередной подачи на управляющие зажимы ключей импульсов первой и четвертой к режиму поочередной подачи импульсов первой и второй групп последовательностей и обратно осуществляют на частоте с>, определяемой из вых соотношения где cd — частота питающей сети, 19

У1

У2

У2

Уу

У2

У2

1х!

122

1Х2 юх, 1Х5

Mg

nr>

П2 и, 12,2 х„

1Хи

rx х„

1х<

Фиа.t

1/

С

t

С

t

С

С

t

С

tr-2)кр (4Хг (r-л)х, (и)к (r-z)x (r-z)xz (т-z)x (т- )х (-z)xz

fi-z)x„ (r-2)х» (r-г)х1, (11-Юх з (r- )х„ (-z)x1$

zÀ8 вс хсл лв вс гсл зх, гх, JXs эх»

Jxg

Зкэ юх„ ах> эхз эх а зх» эх12 ъхрэ эх> эАу

1341708 с

t

t

t

t с с

t с с вс (ы) t с

t (23) хт

Р-4л, р-э)к (м)х (z-з)хв

9-s/хq (ы)к

@--з)хв (я-в)ху (я)х® (я-в)хц (г-s)x x

Р.Цхц (2- )xt р-з)х, фие.в

1341708

Ox

exes ехд

Рхр

klan

М ай

Фф м

4Ь

1341708

1341708 б2Я Хб

1341708

5-й логичемии 5лОхЩ

Рог. Л

1341708

<50

Редактор Т, Парфенова

Заказ 4443/56 Тираж 659 Подпи сно е

ВНИИПИ Государственного комитета CCСР по делам изобретений и открытий

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

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

UOll 7

uqg иц вц /и

Составитель Г. Мыцык

Техред М. Хаданич. Корректор С. Шекмар

t

t