Способ регулирования выходных фазных напряжений трехфазного преобразователя частоты

 

Изобретение относится к электроустановкам , включающим в себя непосредственный преобразователь частоты (НГ1Ч) с естественной коммутацией вентилей, питаюш,ий трехфазную нагрузку синусоидальными линейными напряжениями. Целью изобретения является повышение энергетических показателей преобразователя частоты, работающего на нагрузку с коэффициентом сдвига фаз напряжения и тока, меньшим единицы . Устройство содержит НПЧ 1 с датчиками 3-5 тока статора. Элементы сравнения сигналов по максимуму 6, 7 и по минимуму 8, 9 соединены соответственно с усилителем-ограничителем 10 и нелинейным элементом 19, подключенным к промежуточному суммирующему элементу 15. Элемент 15 соединен с выходными суммирующими элементами 16- 18. На выходе каждой фазы НПЧ 1 формируют заданное синусоидальное и общее для всех фаз дополнительное напряжение. Его величина в каждый момент времени должна дополнять до максимально возможного в той же полярности заданное синусоидальное напряжение той из фаз НПЧ, которая в данный момент времени пропускает наибольший по абсолютной величине выходной ток. 3 ил. (Q (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 511 4 Н 02 М 5/27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4088215/24-07 (22) 22. 05. 86 (46) 15.06.88. Бюл. № 22 (71) Уральский политехнический институт им. С. М. Кирова (72) А. М. Вейнгер, В. Ю. Зуев, В. В. Михайлов, И. М. Серый, М. А. Смирнитский, Л. Х. Дацковский и Б. 3. Итенберг (53) 621.314.27 (088.8) (56) Бернштейн И. Я. Тиристорные преобразователи частоты без звена постоянного тока. М.: Энергия, 1968, 88 с.

Авторское свидетельство СССР № 1037404, кл. Н 02 М 5/27, 1981. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНЫХ ФАЗНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ТРЕХФАЗНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к электроустановкам, включающим в себя непосредственный преобразователь частоты (НПЧ) с естественной коммутацией вентилей, питающий трехфазную нагрузку синусоидальными

„„SU„„1403288 A1 линейными напряжениями. Целью изобретения является повышение энергетических показателей преобразователя частоты, работающего на нагрузку с коэффициентом сдвига фаз напряжения и тока, меньшим единицы. Устройство содержит НПЧ 1 с датчиками 3 — 5 тока статора. Элементы сравнения сигналов по максимуму 6, 7 и по минимуму 8, 9 соединены соответственно с усилителем-ограничителем 10 и нелинейным элементом 19, подключенным к промежуточному суммирующему элементу 15. Элемент 15 соединен с выходными суммирующими элементами 16—

18. На выходе каждой фазы НПЧ 1 формируют заданное синусоидальное и общее для всех фаз дополнительное напряжение.

Его величина в каждый момент времени должна дополнять до максимально возможного в той же полярности заданное синусоидальное напряжение той из фаз НПЧ, которая в данный момент времени пропускает наибольший по абсолютной величине выходной ток. 3 ил.

1403288

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроустановках, включающих в себя непосредственный преобразователь частоты (НПЧ) с естественной коммутацией тиристоров.

Цель изобретения — повышение энергетических показателей работы НПЧ, нагрузка которого имеет коэффициент сдвига основных гармоник напряжения и тока меньше единицы.

На фиг. 1 представлены графики зависимости реактивной мощности на входе НПЧ в функции глубины регулирования его выходного напряжения при различных способах регулирования; на фиг. 2 — функциональная схема устройства, реализу ющего способ регулирования; на фиг. 3 — диаграммы напряжений и токов, поясняющие способ.

Способ осуществляют следующим образом.

НПЧ формирует на своих фазных выходах напряжения, гладкие составляющие которых повторяют в соответствующем масшта бе входные управляющие фазные напряжения U><, U, Ц„(фиг. 3). Каждое из этих напряжений Usa Uye, U>c на входе НПЧ 25 получают путем алгебраического сложения соответствующего фазного задающего синусидального напряжения Ue<, Uee, U>e угловой частотыр, с общей для всех фаз составляющей U Для того чтобы не искажалась синусоидальная форма линейных напряжений U, U,,,U, íà выходе НПЧ, должно выполняться условие

IUq + Uvula Vo .

IU„+ U>I V.„, (1)

IU„+ U I V„, где V, — максимальное значение управляю щего фазного напряжения, обеспечивающее выходное напряжение фазы НПЧ на уровне ЭДС холостого хода.

Формирование составляющей U „yn- 40 равляющих фазных напряжений соответствует такому режиму работы НПЧ, при котором в каждый момент времени с максимальным по абсолютной величине выходным напряжением (управляющее напряжение 45 поддерживается на уровне:+V, ) работает та из фаз НПЧ, которая имеет в данный момент времени максимальный по абсолютной величине выходной ток. При этом полярность Vo» ñoâïàäàåò с текущей полярностью задающего напряжения этой фазы. 50

Для создания такого алгоритма управления НПЧ в каждый момент времени уравнивают между собой его выходные токи

i„ i,, контролируют наибольший i „, и наименьший i „из них и формируют дополнительное управляющее напряжение U прямоугольной формы с амплитудой + V, Полярность напряжения Uo совпадает с полярностью одного из сигналов i, i„., наибольшего в данный момент времени по абсолютной величине. При передаче через НПЧ активной мощности в направлении от источника питания к нагрузке полярность полученного напряжения Uo совпадает с полярностью задающего напряжения фазы, пропускающей максимальный по абсолютной величине ток. В случае, когда передача активной мощности происходит в обратном направлении, получаемое первоначально напряжение З„необходимо проинвертировать.

В дальнейшем из напряжения U вычитают задающее напряжение фазы с максимальным по абсолютной величине током, результатом вычитания является составляющая «U управляющих фазных напряжений, которую прибавляют ко всем фазным напряжениям Uea., Use, Uec и формируют таким образом управляющие фазные напряжения Uya., Use, Uv .

Реализация данного способа управления осуществлена в устройстве (фиг. 2), включающем в себя трехфазный НПЧ 1, нагрузкой которого является обмотка статора двигателя 2 переменного тока, датчики 3 — 5 тока статора, элементы 6, 7 сравнения сигналов по максимуму, элементы 8, 9 сравнения сигналов по минимуму, усилитель-ограничитель 10, ключевые аналоговые элементы

11 — 12, аналоговый инвертор 13 сигнала, логический элемент «СРАВНЕНИЕ» 14, промежуточный суммирующий элемент 15, выходные суммирующие элементы 16 — 18, нелинейный элемент 19. В качестве задатчика модулирующих напряжений U, U,, выступают синусоидальные задающие напряжения Uза Uw, 1- зс °

Первые входы суммирующих элементов 16 — 18 соединены с выходами задатчика модулирующих напряжений, вторые входы с выходом суммирующего элемента 15. Первый вход суммирующего элемента 15 соединен с выходом ключа 11, второй вход — с выходом ключа 12 через инвертор сигнала 13. Третий вход суммирующего элемента 15 соединен с выходом нелинейного элемента 19, два входа которого подключены через элементы 7, 9 сравнения по максимуму и минимуму к выходам элементов 16 — 18.

Входы ключей 11, 12 подключены к выходу усилителя-ограничителя 10, два входа которого подключены через элементы 6, 8 сравнения по максимуму и минимуму к выходам датчиков 3 — 5 тока статора двигателя.

Управляющие входы ключей 11, 12 подключены к выходам логического элемента.

Элементы 6 и 8 сравнения, образованные двумя тройками диодов, объединенных соответственно катодами и анодами, определяют наибольшее i, и наименьшее i из мгновенных значений фазных токов i,,ie, i статора, усилитель-ограничитель 10, рабо тающий в режиме компаратора, на своем вы1403288

Формула изобретения

55 ходе формирует напряжение U< = + V, Полярность напряжения U совпадает с полярностью наибольшего по абсолютной величине фазного тока статора.

В частности, на интервале времени А (фиг. 3) наибольшим по абсолютной величине является положительный выходной ток i,. Поэтому положительный сигнал 1м« на входе усилителя-ограничителя 10 (фиг. 2) по абсолютной величине больше, чем отрицательный сигнал i, напряжение на выходе усилителя 10 U> = +Ъ „р . Это напряжение через замкнутый ключ 11 (на фиг. 3 показаны диаграммы для двигательного режима работы электрической машины) подключено к первому входу суммирующего усилителя 15. В случае инверторного режима работы электрической машины выходное напряжение усилителя 10 было бы подключено к второму входу усилителя 15 через замкнутый ключ 12 и инвертирующий усилитель 13, при этом напряжение на входе усилителя 15 для интервала времени А было бы равно—

V, . Управление ключами 11, 12 осуществляется логическими сигналами «О» и «1», формируемыми на выходах логического элемента 14. Элемент 14 выполняет логическую функцию «Сравнение», формируя на своих выходах взаимно противоположные комбинации логических сигналов при однополярных и разнополярных входных сигналах.

Сравнение полярностей этих сигналов должно выявлять направление передаваемой через НПЧ активной мощности. Для регулируемого электропривода такими сигналами могут быть используемые в системе автоматического регулирования сигналы заданного момента m и фактической скорости сц двигателя. Одинаковая полярность m и и соответствует двигательному режиму, разная полярность — генераторному режиму электрической машины.

Выходное напряжение усилителя 15 подается на входы суммирующих усилителей 16 в 18. При этом на интервале времени

А (фиг. 3) выходное напряжение U «усилителя 16 достигает уровня + V и несколько превосходит его, открывается нелинейный элемент 19, имеющий по входу зону нечувствительности в интервале (— V, )— — (+V ) и большой коэффициент усиления в открытой зоне. Через элемент 19 на третий вход усилителя 15 действует сильная отрицательная обратная связь. В результате напряжение U» на выходе усилителя 15 принимает такую величину, что напряжение

Uy< лишь незначительно превышает уровень +V, p, при этом

13уи= — Us«+ V . (2)

На следующем интервале времени В наибольшим по абсолютной величине является отрицательный ток i+. Отрицательный сигнал „по абсолютной величине больше, чем положительный сигнал i„ „, напряжение

Ы = — Vo, напряжение на выходе элемента 17 становится несколько меньше, чем — V, p, открывается нелинейный элемент 19, напряжение на выходе элемента 15 устанавливается на уровне

Uyp= — U»e — Veep (3)

Составляющая Uy управляющих фазных напряжений в установившемся режиме работы (% =const) представляет собой периодическую функцию времени Uy (3&t), переключение полярности U> происходит в моменты времени изменения полярности очередного фазного выходного тока НПЧ.

На фиг. 1 показаны в относительных единицах зависимости величины реактивной мощности Я„на входе НПЧ от глубины регулирования д его выходного напряжения для значений коэффициента сдвига фаз основных гармоник напряжения и тока в нагрузке НПЧ cos ч,= 1 и cosy, = 0,9 при различных способах управления НПЧ.

Предлагаемый способ управления НПЧ позволяет снизить до возможного минимума потребляемую НПЧ реактивную мощность (кривая С на фиг. 1) при общем характере нагрузки и глубоком регулировании выходного напряжения.

Способ регулирования выходных фазных напряжений трехф азного преобразователя частоты, соединенного по схеме «звезда без нейтрального провода» по отношению к нагрузке, при котором формируют фазные напряжения на выходе преобразователя путем коммутации вентилей в соответствии с фазными управляющими напряжениями, формируемыми в виде суммы соответствующего задающего фазного напряжения и результата вычитания одного из задающих фазных напряжений из формируемого в одинаковой с этим напряжением полярности дополнительного напряжения, амплитуда которого соответствует максимально возможному выходному фазному напряжению преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей преобразователя частоты, работающего на нагрузку с коэффициентом сдвига фаз напряжения и тока, меньшим единицы, сравнивают между собой в каждый момент времени мгновенные значения токов на фазных выходах преобразователя, для определения полярности указанного дополнительного напряжения и последующего вычитания из него используют задающее напряжение той фазы преобразователя, на выходе которой ток в данный момент времени максимален по абсолютной величине.

1403288

uZ аи Иб 28 10+ сов 9г = t. D сав Рг = 4! У

Фиг 7

+игр

-Vip

+ Vip

-Гагр

+Игр

-Когр

Составитель Г. Мыиык

Редактор Н. Швыдкая Техред И. Верес Корректор И. Муска

Заказ 2879/51 Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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