Способ управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть иаг ользовано в преобразователях частоты. Цель изобретения - повытение плавности дискретности регулирования выходной частоты и расширение области применения преобразователя. За счет введения задержки на подключения очередной тройки фаз сети к фазам нагрузки и в случае, если ток в нагрузке не успевает затухнуть, осуществление задержки подключения дополнительно на время , равное времени полного затухания тока во всех фазах нагрузки, обеспечивает реализацию способа при соединении нагрузки по схеме без нулевого провода. 3 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5))4 Н 02 M 5/27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4068505/24-07 (22) 07.04 ° 86 (46) 07.02.88. Бюл. И - 5 (71) Белорусский политехнический институт (72) А.А.Семченко, С.И.Должников, Б.И.Фираго и Е.Г.Подобедов (53) 621.316.27(088.8) (56) Крогерис А.Ф. и др. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии. — Рига. Зинатне, 1969, с. 376.

Авторское свидетельство СССР

1Ф 1116519, кл. Н 02 М 5/27, 1982. (54) СПОСОБ УПРАВ11ЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ.ЬВ„, I 2543 А1 (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть и щользовано в преобразователях частоты, Цель изобретения — повышение плавности дискретности регулирования выходной частоты и расширение области применения преобразователя. За счет введения задержки на 2 /3 подключения очередной тройки фаз сети к фазам нагрузки и в случае, если ток в нагрузке не успевает затухнуть, осуществление задержки подключения дополнительно на время, равное времени полного затухания тока во всех фазах нагрузки, обеспечивает реализацию способа при соединении нагрузки по схеме без нулевого провода. 3 ил.

1372543

15

20 — 25 — 30

40

50

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области преобразовательной техники, и может быт использовано в частотно-регулируемом электроприводе вентиляторов и насосо с дискретными ступенями изменения ча стоты выходного напряжения вплоть до значений, равных частоте сети, при естественной коммутации тиристоров.

Цель изобретения — повышение план ности дискретного регулирования вы— ходной частоты и расширение области применения преобразователя за счет обеспечения возможности реализации способа при соединении нагрузки по схеме без нулевого провода, На фиг.! приведена схема преобразователя; на фиг ° 2 — схема системы управления преобразователем; на фиг ° 3 — временные диаграммы напряжений и сигналов, иллюстрирующие способ управления непосредственным преобразователем частоты, а также работу устройства, реализующего этот спо соб.

Устройство, реализующее предлагаемый способ управления непосредствен ным преобразователем частоты, содержит (фиг.1) встречно-параллельно сое диненные пары тиристоров 1-18, которые объединены в три группы 19-2! (по шесть тиристоров в каждой) таким образом, что при одновременном включении всех тиристоров одной группы обеспечивается прямое подключение на грузки к питающей сети, напряжения фаз которой сдвинуты между собой последовательно на угол 2 /3. Уп! являющие электроды тиристоров пог,,лючены к выходам системы 22 управления преобразователем, первые три входа кото рой соединены с фазами питающей сети, а четвертый — с выходом формирователя 23 сигнала отсутствия тока в фазах нагрузки 24. Входы формирователя 23 соединены с датчиками 25-27 тока, установленными в выходных фазах преобразователя, подключенных к фазам нагрузки 24.

Система 22 управления преобразова телем (фиг ° 2) содержит формирователи

28-30 синхроимпульсов, фазосдвигающие устройства 31 — 33, блок 34 задания напряжения, блок 35 задания частоты, элемент 3 или 36, управляемый делитель 37 частоты, кольцевой регистр 18 сдвига, одновибратор 39, Б!- триггер 40, элемент ЗАПРЕТ 41, элементы 3 И 42-59, усилители-формирователи 60-77.

Входы формирователей 28-30 синхроимпульсов соединены соответственно с фазами А,В,С питающей сети, а выходы их подключены соответственно к первым входам фазосдвигающих устройств 31 — 33, вторые входы которых соединены с выходом блока 34 задания напряжения. 1!ервый выход фазосдвигающего устройства 31 соединен с первыми входами элементов 3 И 42, 48 и 54, второй выход фазосдвигающего устройства 31 соединен с первыми входами элементов 3 И 43, 49 и 55. Первый выход фазосдвигающего устройства 32 соединен с первыми входами элементов

3 И 44, 50, 56, а второй выход соединен с первыми входами элементов

3 И 45,51,57. У фазосдвигающего устройства 33 первый выход подключен к первым входам элементов 3 И 46, 52, 58, а второй выход соединен с первыми входами элементов 3 И 47, 53, 59.

Выходы формирователей 28-30 подключены также к входам элемента 3 ИПИ 36, выход которого соединен с первым входом управляемого делителя 37 частоты, второй вход которого подключен к выходу блока 35 задания частоты, Выход управляемого делителя 37 соединен с входом кольцевого регистра 38 сдвига и входом одновибратора 39, выход которого соединен с Н-входом Н:-триггера 40 и с инверсным входом элемента ЗАПРЕТ 41. Второй вход элемента

ЗАПРЕТ 41 соединен с выходом формирователя 23 сигнала отсутствия тока в фазах нагрузки. 11ервый выход кольцевого регистра 38 сдвига соединен с вторыми входами логических элементов

3 И 42-47, второй выход регистра 38 сдвига соединен с вторыми входами элементов 3 И 48-53, а третий его выход подключен к вторым входам элементов 3 И 54-59. 11рямой выход Н,"-триггера 40 соединен с третьими входами логических элементов 3 И 42-59. Выходы элементов 3 И 42-59 соединены соответственно с входами уси ителейформирователей 60-77, выходы которых соответственно подключены к управляющим электродам тиристоров I†- 18.

На фиг „1-3 обозначены: 11,,!! напряжения фаз питающей сети;

А, В, С вЂ” фазы питающей сети; а,h,сфазы нагрузки 24; — сигнал отсутствия тока в фазах нагрузки;

1372543

Ц вЂ” выходные сигналы кольцевого регистра сдвига 38; «),) — выходной нял однонибряторя 39; CI, — сигнал на 5 прямом выходе БИ-триггера 40; У1-У18 сигналы включения тиристоров с индексами, соответствующими номерам тиристоров 1 — 18; 11,,, !. ь,t,Ã вЂ” напряжения ня фазах нагрузки 24; <, — интервал времени между переключениями тирпсторп))х10 групп;.. — выходной сигнал управляемого делителя частоты 37; Г, — интервал времени, равный 3 <, . устройство реализующее способ, работает следующим образом. 15

Напряжения питающей сети 1:„, IJ поступают на входы формирователей

28-30, каждый из которых вырабатывает последовательность импульсов частотой 2f<, соответствующих момен- 20 там перехода через ноль напряжений соответствующих фяз питающей сети.

Фазосдвигающие устройства 31-33,синхронизированные с сетью с помощью соответствующих формирователей синхро- 25 импульсов 28-30, вырабатывают широкие импульсы управления тиристорами, делящиеся От момента открывания тиристоря до момента перехода синусоиды напряжения данной входной фазы че — 30 рез ноль. Передний фронт этих импульсон сдвигают относительно сетевого напряжения с помощью потенциального сигнала,поступающего с блока 34 задания напряжения на вторые входы бло- 35 ков 31-33. Сигналы на первых выходах фазосднигающих устройств 3I — 33 соответствуют положительным полуволнам сетевых напряжений и через соответствующие элементы 3 И и усилители 40 формирователи поступают ня управляющие электроды тиристоров, подключенных анодами к фазам питающей сети.

Сигналы ня вторых входах Фазосдвигающих устрОЙств 31 33 сООтветствуют 45 отрицательным полунолням сетевых напряжений и через соответствующие элементы 3 И и усилители-формирователи поступают на управляющие электроды тиристоров, подключенных катодами к фазам сети.

Импульсы с частотой 6f с выхода элемента 3 ИЛИ 36 поступают на перный вход управляемого делителя 37, который формирует выходной импульсный сигнал 1 с частотой, в N раз меньшей частоты выходных импульсов (фиг.З).

Коэффициент деления N определяется кодом, поступающим с блока 35 задания частоты ня второй вход управляемого делителя 37. Выходные и)<пульсь< управляемого делителя 37, имеющие частоты 6f.,/N, поступают на нход коль— ценого регистра 38 сдвига, предварительно устанавливаемого в ссстояние которому соответствуют потенциал)ные сигналы логического нуля на втором и третьем его выходах. Сигнал логической едини)н) на первом выходе регистра 38 сдвига разрешает работу шестерки тиристорон 19. С поступлением очередного импуль à f в момент времени (Фиг.3) состоянйе кольцевого регистра 38 сдвига изменяется и единичный потенциал переходит ня второй выход, что соответствует включенному состоянию тиристорной группы 20. Одновременно с переключением регистра

38 сдвига выходной импульс делителя

37 частоты запускает одновибратор 39, выходнОи сигнал KQTopoI o Ц4 (фиг ° 3) устанавливает в нулевое состояние

RS-триггер 40, находившийся до этого момента в единичном состоянии. Сигнал и на прямом выходе триггера 40 принимает нулевое значение и запрещает прохождение управляющих импульсов на тиристоры 1-18. Элемент ЗАПРЕТ 41 служит дпя исключения попадания сигналов логической единицы одновременно на оба входа RS-триггера

40. При отсутствии элемента ЗАПРЕТ

41 это возможно в случаях, когда индуктивность в цепи нагрузки 24 неве" лика и ток во всех ее фазах успевает затухнуть до окончания выходного сигнала Ц4 одновибратора 39, продолжительностью Т

Выходной сигнал I формирователя

23 может принимать единичное значение только при отсутствии тока во всех выходных фазах преобразователя и полном восстановлении запирающих свойств тиристорами, в остальное время сигнал Х имеет значение логического нуля, В момент времени ., (фиг,З) сигнал I принимает единичное значеЕ ние и, пройдя через элемент ЗАПРЕТ 41, переводит RS-триггер 40 в единичное

1372543

Ы, =nq,/Т„ (1) где ур — угол поворота вектора выходного напряжения;

T„ — интервал времени, в течение которого вектор выходного напряжения поворачивается на угол аф ° 55

Время Т, равное сумме трех интервалов, при условии = Т„ И/6 определяется выражением состояние. При этом сигнал О на прямом выходе триггера 40 принимает значение логической единицы и разрешает прохождение импульсов управления на тиристоры 1-18.

Таким образом, система 22 управления преобразователем обеспечивает циклическое переключение шестерок тиристоров. и осуществляет раздель- 10 ное управление ими. 1Пестивентильные группы 19-21 осуществляют следующие три варианта подключения фаз питающей сети к фазам нагрузки: 1 — A,Â, При формировании единичных значений выходных сигналов Я, Я, Ц (фиг ° 3) кольцевого регистра 38 сдвига в последовательности Ц вЂ” Ц вЂ” Ц з обеспечивается последовательность переключе- 20 ния групп тиристоров 19-20-21-19 и, следовательно, прямой порядок чередования фаз питающей сети, подключаемых в каждой фазе нагрузки. Среднее значение выходного напряжения регули- 25 руют посредством изменения угла открывания тиристоров в соответствии с потенциальным выходным сигналом блока 34 задания напряжения.

Введение задержки на 2Т/3 при включении очередной группы тиристоров позволяет улучшить форму выходного напряжения преобразователя эа счет уменьшения постоянной составляющей.

При каждом очередном переключении тиристорных групп 19-21 фаза результирующего вектора напряжения на нагрузке изменяется относительно фазы результирующего вектора напряжения 40 питающей сети на 2 /3 =-ЯТ,/3 ° где

Q, — угловая частота результирующего вектора напряжения сети, Q,= 2Af>, После трех переключений тиристорных групп эа интервал времени 3 этот 45 фазовый сдвиг составит 2 = ca, T,.

Выходная частота преобразователя определяется выражением (2) Тн 3= = Т, N/2.

За время Т угол ау принимает значение аТN И, Т1 N2

h„- =3(— — — — — — -)=и Т

6 3 2 (3) =я Т

Подставив (2) и (3), получим

N-2

Я =СО

1 . ° ь (4) Преобразовав (4), получаем

f N-2 а

Повышенная плавность регулирования выходной частоты позволяет улучшить энергетические и регулировочные характеристики вентиляторов и насосов. Особенности конструкции большинства серийных асинхронных двигателей, применяемых в этих механизмах, не позволяют включать их по схеме с нулевым проводом. Поэтому способ позволяет расширить область применения непосредственных преобразователей частоты в злектроприводах турбомеханиэмов.

Формула изобретения

Способ управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты с естественной коммутацией вентилей, состоящий в том, что циклически подключают фазы сети к фазам нагрузки через равные интервалы времени, причем на интервалах подключения напряжения фаз сети в трех фазах нагрузки сдвинуты между собой последовательно на угол 2Т/3, и в каждой фазе нагрузки обеспечивают прямое чередование фаз сети, при этом среднюю величину напряжения на выходе преобразователя регулируют посредством изменения угла открывания вентилей преобразователя, о т л и ч а ю щ и fic я тем, что, с целью повышения плавности дискретного регулирования выходной частоты и расширения области использования преобразователя, измеряют ток нагрузки, а подключение фаэ сети производят одновременно ко

1372543 (,= T, N/6, Фо. 2 всем фазам нагрузки, причем подключение каждой очередной тройки фаз сети к фазам нагрузки задерживают на

2II/3 а если за это время ток в наг—

У

5 рузке не успевает затухнуть, то подключение очередной тройки фаэ сети задерживают дополнительно на время, равное времени полного затухания тока во всех фазах нагрузки, при этом 1О продолжительности ь интервалов времени между моментами подключения фаэ сети к фазам нагрузки задают кратными шестой части периода напряжения питающей сети в соответствии с выражением где Т, — период напряжения питающей сети, N = 1,2... °, а выходная частота преобразовате г ля связана с продолжительностью интервала между подключениями выражением где 1< — частота напряжения питающей сети.

1372543 б с

Qr

Qz 0

А

1 ед о а

О

Составитель В. Бунаков

Редактор С,Пекарь Техред A.ÊðàB÷óê Корректор М.Пожо

Заказ 496/52 Тираж 665 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. Проектная, 4