Способ регулирования выходного напряжения трехфазно- трехфазного преобразователя частоты с непосредственной связью

 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике. Цель изобретения - улучшение формы кривой тока нагрузки путем снижения коэффициента гармоник выходного напряжения преобразователя. Устройство содержит три трехфазных моста 1-3 на полностью управляемых ключах переменного тока (4-9 для моста 1). Шестипроводная трехфазная нагрузка 10 - 12 подключена к выходам мостов 1 - 3. К одноименным выходам этих мостов подключены два трехцепевых короткозамыкателя 13, 15 в виде диодных мостов с ключами 14, 16 на выходе. Структурная организация преобразователя позволяет обеспечить на нагрузке четыре значения напряжения: 0,U<SB POS="POST">ф</SB>, √2U<SB POS="POST">ф</SB>, √3U<SB POS="POST">ф</SB>, где U<SB POS="POST">ф</SB> - фазное напряжение питающей сети. Суть способа заключается в реализации с помощью широтно-импульсного регулирования трех зон: 0-U<SB POS="POST">ф</SB>, U<SB POS="POST">ф</SB>-√2U<SB POS="POST">ф</SB>, √2U<SB POS="POST">ф</SB>-√3U<SB POS="POST">ф</SB>. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 Н 02 M 5 27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н д BTOPCHQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4378796/24-07 (22) 15.02.88 (46) 07.01.90. Бюл. 11 - 1 (71) Киевский институт инженеров гражданской авиации им. 60-летия СССР (72) Б.Е.Пьяных и В.В.Сорокун (53) 621.314.572(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

- 920992, кл. Н 02 N 5/27, 21.05.80.

Авторское свидетельство СССР

М 1107249, кл. Н 02 -М 5/27, 24.05.83.

Авторское свидетельство СССР

Р 1292138, кл. Н 02 M 5/27, 13.08.85. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО

НАПРЯЖЕНИЯ ТРЕХФАЗНО-ТРЕХФАЗНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННО11 СВЯЗЬЮ (57) Изобретение относится к силовой преобразовательной технике. Цель изобретения — улучшение формы кривой

„„Я0„„15 4 90 А1

2 тока нагрузки путем снижения коэффициента гармоник выходного напряжения преобразователя . Устр-во содержит три трехфазных моста 1-3 на полностью управляемых ключах переменного тока (4-9 для моста 1). Нестипроводная трехфазная нагрузка 10-12 подключена к выходам мостов 1-3. К одноименным выходам этих мостов подключены два трехцепевых короткозамыкателя 13 и 15 в виде диодных мостов с ключами 14 и 16 на выходе. Структурная органиэация преобразователя позволяет обеспечить на нагрузке четыре значения напряжения: 0, U> +2U

+3U-, где U — фазное напряжение пи9 тающей сети. Суть способа заключается в реализации с помощью широтноимпульсного регулирования трех зон:

0-U 117-42U, 420 - 311 . 7 ил.

1534690

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к

Йлассу систем управления преобразователями частоты с непосредственной, связью, и может быть использовано в частотно управляемом электроприводе и системах электропитания спецпотребителей.

Целью изобретения является улучшение йормы кривой тока нагрузки.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема трехфазно-трехйазного преобразователя частоты для регулирования выходного напряжения, в котором реализуется предлагаемый способ; на фиг. 2 — функциональная схе,ма системы управления преобразовате,лем (нумерация выходов системы управ. ления соответствует нумерации ключей на фиг. 1, для управления которыми эти выходы предназначены); на фиг.36 — временные диаграммы импульсов управления ключами преобразователя и эпюры кривых выходного напряжения . при регулировании выходного напряжения от нуля до U (фиг. 4), при регулировании выходного напряжения от

U до +2U (фиг. 5), при регулировании выходного напряжения от 4?U до

+3U (фиг. 6). (нумерация диаграмм на, фиг. 3-6 соответствует нумерации клю, чей на фиг. 1 и обозначениям на фиг. 2); на фиг. 7 — зависимости-ко, эффициентов гармоник К„„от отношения U( где U — первая гармоника;

П вьп

15в ц — действующее значение выходного напряжения для прототипа {кривая а) и для предлагаемого преобразователя (кривая б).

Преобразователь частоты (фиг. 1) содержит три трехфазно-однофазные мостовые схемы 1-3, образующие три фазы преобразователя. Каждая из этик схем построена на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, например, ключи 4-9 для мостовой схемы 1, которые осуществляют подключение комбинаций фазных, линейных и нулевых напряжений к трехфазной нагрузке 10"12. Кроме того, преобразователь включает в себя два трехфазных диодных моста 13 с ключом 14 и

15 с ключом 16. Выводы переменного тока моста 13 подключены к,одним (например, к левым по схеме фиг„ 1), а моста 15 — к другим (например, к правым по схеме фиг. 1) одновременным

55 выводам трехфазной нагрузки 10-12.

Выводы постоянного тока этих мостов подключены к силовым выводам полностью управляемых ключей 14 и 16 с односторонней проводимостью, Принцип регулирования выходного напряжения преобразователя заключается в том, что диапазон регулирования разбивают не на две, как в прототипе, а на три зоны и в каждой из них осуществляют широтно-импульсное регулирование (ШИР} выходного напряжения.

Рассмотрим суть предлагаемого способа регулирования по схеме фиг. 1 и временным диаграммам фиг. 3-6. В первой зоне выходное напряжение меняется от нуля до Uq (отношение U(/15вьц, меняется от нуля до 0,95). На временных диаграммах фиг. 4 приведены импульсы управления 1Х -1X, 1X

1Х, при регулировании в этой зоне.

Эпюра 10а показывает форму выходного напряжения на нагрузке 10 выходной фазы l преобразователя по фиг, 1. При этом на интервале t --t замыкают ключи 4 и 14 (диаграммы 1Х, 1Х фиг.4} и нагрузка 10 оказывается подключенной к фазному напряжению фазы А трехфазной сети А, В, С. На интервале

t<-t< замыкают ключи 14 и 16 (диаграммы 1Х,4, 1Х ) и все нагрузки 10-12 закорачивают. Затем вновь на интервале и -t> замыкают ключи 4 и 14 и нагрузку 10 подключают к фазе А и т.д. На интервале t -tz замыкают ключи 9 и (диаграммы 1X9»Х,,5) и нагрузку

10 подключают к фазному напряжению фазы С в противоположной полярности.

На интервале t -t замыкают ключи 14 и 16 и нагрузки 10-12 закорачивают и т.д. На промежутке времени „-t путем поочередного замыкания ключей

6 и 14 при замкнутом ключе 16 (диаграммы 1Х, 1Х,, 1Хб). нагрузку 10 то подключают к фазному напряжению

В, то закорачивают. На промежутке

8 t9 нагрузку то поочередно подклю, чают к фазному напряжению А в противоположной полярности, то закорачивают. На промежутке и - ю нагрузку подключают к фазному напряжению фазы С, а на промежутке tÄ -t« " к фазному напряжению фазы В в противоположной полярности. Далее процессы в схеме повторяются. Б результате на нагрузке 10 формируют кривую выходного напряжения на энюре 10а фиг.4.

При увеличении длительности интер5 15346 валов tá t, "2 t . ° ° и уменьшении длительности интерв ало в t -t 2,... выходное напряжение возрастает и при нулевой паузе t, — t выходное напряжение достигает значения 1., а т 5 форма кривой приобретает вид йо зпюре 10б (фиг. 4). Это верхний предел первой зоны.

В первой подзоне второй зоны выходное напряжение меняется от Г до

42U > (отношение UI /Б,„меняется от

0,95 до 1,35). На временных диаграммах фиг. 5 приведены импульсы управления 2Х4-2Х, 2Х<4 2Х при регулировании в этой подзоне. Эпюра 10а показывает форму выходного напряжения на нагрузке 10 выходной фазы 1. При этом на интервале tg -t) замыкают ключи 4 и 7 (диаграммы 2Х4, 2Х фиг.5) 20 и нагрузка 10 оказывается подключенной к линейному напряжению между фазами А и В. На интервале t <--й,д замыкают ключи 4 и 16 (диаграммы 2Х4, 2Х, ) и нагрузку 10 подключат к фаз- 25 ному напряжению фазы А. Затем вновь на интервале t<-tz замыкают ключи

4 и 7 и нагрузку 10 подключают к линейному напряжению AB и т.д. На интервале t4-t нагрузка 10 остается в течение всего интервала подключенной к фазе"A с помощью замкнутых ключей

4 и 16. На интервале и -й замыкают ключи 4 и 9 (диаграммы 2Х4, 2Х ) и нагрузка 10 оказывается подключенной к линейному напряжению между фазами

А и С в противоположной полярности.

На интервале t -1т замыкают ключи

9 и 14 (диаграммы 2Х, 2Х 4) и нагрузку 10 подключают к фазному напряжению фазы С в противоположной полярности и т.д. На интервале ta-t< нагрузка 10 остается в течение всего интервала подключенной к фазе С в противоположной полярности с помощью 45 замкнутых ключей 9 и 14. На интервале t -tI4 нагрузку 10 с помощью ключей

6, 9 и 16 сначала поочередно подключают то к линейному напряжению между фазами В и С, то к фаэному напряже- 5п нию фазы В {первую половину интервала), поток к фазному напряжению фазы

В (вторую половину интервала). На интервале t -t „ нагрузку 1О с помощью ключей 5, 6 и 14 сначала поочередно подключают то к линейному напряжению между фазами А и В в противоположной полярности, то к фазному напряжению фазы А в противоположной

90 6 полярности, потом к фазному напряжению фазы А в противоположной полярности. На интервале t«-tI нагрузку 10 с помощью ключей 5, 8 и 16 сначала поочередно подключают то к линейному напряжению между фазами С и А, то к фазному напряжению фазы С, потом к фазному напряжению фазы С. На интервале, -,энагрузку 10 с помощью ключей 7, 8 и 14 сначала поочередно подключают то к линейному напряжению между фазами В и С. в противоположной полярности, затем к фазному напряжению фазы В в противоположной полярности. Далее процессы в схеме повторяются. В результате на нагрузке 10 формируют кривую выходного напряжения по эпюре 10а фиг.5 ° При дальнейшем увеличении длительности интервалов 1 -t<, -t» ... и уменьшении длительности интервалов выходное напряжение возрастает и при нулевом интервале t<-12,... выходное напряжение достигает значения +2U а форма кривой приобретает вид по эпюре 10б фиг, 5. Это верхний предел первой подзоны второй зоны.

Во второй подзоне второй эоны выходное напряжение меняется от 42U до -130 (отношение U I /Usbis меняется от 1,35 до 1,65). На временных диаграммах фиг. 6 приведены импульсы управления ЗХ4-3ХЭ, ЗХ,4, ЗХ 6 при регулировании в этой подзоне. Эпюра

10а показывает форму выходного напряжения на нагрузке 10 выходной фа" зы 1. При этом на интервале замыкают ключи 4 и 7 (диаграммы ЗХ4, ЗХ фиг. 6) и нагрузка 10 оказывается подключенной к линейному напряжению между фазами А и В. На интервале

t<-t2 продолжают оставаться замкнутыми эти ключи, а нагрузка — подключенной между фазами А и В. На интер" вале t2-t> замыкают ключи 4 и 16 и нагрузку 10 подкхпочают к фазному напряжению фазы А. Далее вновь замкнутыми ключами 4 и 7 нагрузку 10 на интервале 2 --t подключают к линейЪ Ф ному напряжению между фазами А и В, и т.д. В течение всего интервала нагрузку 10. ключами 4 и 9 под5 6 ключают к линейному напряжении между фазами А и C в- противоположной полярности, На интервале й6-t нагрузку поочередно то подключают к линейному напряжению между фазами.А и

С в противоположной полярности (клю1534690 чами 4, 9), то к фаэному напряжению фазы С в противоположной полярности (ключами 9 и !4).Далее аналогично на первой половине интервала t -t на7 Ь грузка 10 оказывается подключенной к линейному напряжению ВС (ключи 6

» 9), а на второй половине интервала

1 ее поочередно подключают то к линейному напряжению между фазами В и С (ключи б и 9) то к фазному напряжеФпо фазы В (ключи 6 и 16). На интервале -t нагрузку 10 с помощью клюЬ 9

1ей 5, 6 и 14 сначала подключают к линейному напряжению межпу фазами А

В в противоположной полярности первая половина интервала),а затем оочередно подключают То к указанному инейному напряжению, то к фазному апряжению фазы А в противоположной полярности (вторая половина интерваа). На интервале t<-С„о нагрузку (с помощью ключей 5, б и 16) s первой оловине интервала подключают к ли »ейному напряжению между фазами С и 25

А, а во второй половине интервала поочередно то к указанному линейному

1»апряжению, то к фазному напряжению фазы С. Наконец на интервале t«>-t с помощью ключей ?, 8 и 14 нагрузку 10 сначала подключают к линейному

1»апряжению между фазами В и С в противоположной полярности (первая полоЬина интервала), а затем поочередно между указанным линейным напряжением

35 р фазным напряжением фазы В в проти воположной полярности (вторая полови1яа интервала). Далее процессы в схеме повторяются. В результате на нагрузке 10 формируют кривую выходного напряжения по эпюре 10а фиг. 6. При дальнейшем увеличении длительности интервалов t»-t и уменьшении длительности интервалов t<-t>,... выходное напряжение возрастает и при нулевом интервале t --t,... достигает значения +3U а форма кривой приоб-,/ ретает вид по энюре 10б (фиг. 6). Это верхний предел всего диапазона регулиро в ания .

Описанный способ регулирования обеспечивает формирование кривой выходного напряжения преобразователя с меньшими искажениями во всем диапазоне регулирования, чем у прототипа.

На фиг. 7 кривая б зависимости коэффициента гармоник К„ц, характеризующего искажения формы кривой выходного напряжения, от отношения U» jU ыд для изобретения на участке 0 95-1,65 располагается ниже кривой а для прототипа.

Схема управления преобразователем (фиг. 2), реализующая предлагаемый способ, состоит из задающего генератора 17, выход которого соединен со счетным входом триггера 18, Единичный выход триггера Т подсоединен к входу пересчетной цепи 19 и логического блока 20, Выходы Y»-Y< пересчетной цепи также подключены к входам логического блока 20. Схема включает также генератор 21 высокочастотного пилообразного напряжения и компараторы

22-24 с прямыми Z -Z и инверсными

Z„-.ь выходами, подключенными к входам логического блока 20. Первые входы компараторов подключены к источникам опорного напряжения У „ -U . Втооп, ог»э рые входы компараторов объединены между собой и подключены к выходу генератора 21 пилообразного напряжения, который соединен последовательно с выходом источника 25 регулируемого напряжения . Ha sbnopax Х 4-

Х» логического блока 20 появляются импульсы управления ключами преобразователя 4-9, 14 и 16, Работа схемы управления по фиг.2 заключается в следующем.

Задающий генератор 17 формирует последовательность коротких импульсов с частотой, в 12 раз превышающей частоту управления 2 (фиг. 3-6). Триггер 18 делит эту частоту пополам и прямоугольные импульсы с его единичного выхода Т поступают на логический блок 20 (фиг. 3).Эти же импульсы подаются на вход пересчетной цепи 19, на выходах У» -Y6 которой формируются шесть последовательностей прямоугольных импульсов длительностью

60 эл. град., сдвинутых между собой на 60 эл. град. и следующих с частотой управления g, (фиг. 3). Импульсы

Y»-Y поступают на входы логического. б блока 20, Генератор 21 высокочастотного пилообразного напряжения включен, как.указано, последовательно с выходом источника 25 регулируемого напряжения. При нулевом уровне напряжения ,на выходе источника 25 амплитуда пилообразного напряжения, равная Uz „ не достигает на втором входе компаратора 23 уровня срабатывания и на первом выходе Е» действуют нулевой, 1534690

50 а на инверсном 2, единичный потенциалы, Аналогичные потенциалы действуют на выходах остальных компараторов

23 и 24. При таком состоянии компараторов на выходах Х4-Х,, Х, Х16ло5 гического блока 25 формйруются импульсы управления ключами, при которых длительности интервалов и - равны нулю и выходное напряжение на нагрузке 10 также равно нулю (фиг. 4).

При повьннении напряжения на выходе источника 25 в пределах О-U Ä, результирующее напряжение на выходе ге- 1 5 нератора 21 повышается. Компаратор

22 начинает срабатывать и на его прямом выходе Z появляются кратковременные импульсы единичного, а на инверсном Z„ нулевого уровня (фиг.4).

На выходах остальных компараторов уровни напряжений не меняются. При этом НВ, выходах Х@-Х9 ° Х14, X16 JIoKR

20 появляются управляющие импульсы по диаграммам 1Х4-1Х,, 1Х14, 1Х16 25 (фиг. 4). При достижении напряжением на выходе источника 25 значения Б п на выходе Zl компаратора 22 устанавливаются единичный, а иа выходе Z нулевой уровни. При этом длительности интервалов 1 -t возрастают до максимума, а интервалов 11-t+,.. ° снижаются до нуля. В результате на нагрузке 10 формируется кривая выходного напряжения по. эпюре 10б (фиг.4).

При повышении напряжения на выходе источника 25 в пределах 11,-U „ начинает срабатывать компаратор 23 и на его выходе Z появляются кратковременные импульсы единично Fo а на 40

Z нулевого уровней (фиг. 5) . На выходах остальных компараторов уровни напряжений не меняются ° При этом на выходах блока 20 появляются импульсы по диаграммам 2Х4-2Х» 2Х14 2Х 16 45 (фиг. 5). При достижении напряжением на выходе источника 25 значения 11 д на выходе Ео комнаратора 23 устанавливается единичный, а на выходе Е нулевой уровни. При этом длительности интервалов t -tl,... возрастают до максимума, а интервалов й1-й снижаются до нуля. В результате на нагрузке 10 формируется кривая выходного напряжения по эпюре 10б (фиг.5).

При повьппении напряжения на выходе источника 25 в пределах U -U начинает -срабатывать компаратор 24 и на его выходе появляются кратковременные импульсы единичного, а на Z> нулев ого уровней (фиг. 6). На выходах остальных компараторов уровни напряжений не меняются. При этом на выходах блока 20 появляются импульсы по диа.IpaMMaM Зх4-Зх, Зх,, Зх16 (фиг. 6).

При достижении напряжением на выходе источника 25 значения U д на выходе компаратора 24 устанавливается единичный, а на выходе Z нулевой уровни. При этом длительности интервалов возрастают до максимума, а интервалов t -t снижаются до нуля. В результате на нагрузке 10 формируется кривая выходного напряжения по эпюре )Об (фиг. 6).

При снижении напряжения источника

25 процессы в схеме протекают в обратном порядке.

Логический блок 20 реализует следующие логические выражения

YI

У1

73

У6

У5 у

Х4

Х хь

Х7

Хв

Х9

Yg

Y5

У4 у»

У6

У3

+ Е ° Т+Е +Е

Х„1 г, +-(г,+z т+е,+z т У + +

Предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет повысить качество энергии на выходе преобразователя, в частности снизить коэффициент гармоник кривой выходного напряжения при глубоком регулировании.

Экономический эффект может быть oIIределен, например, от снижения дополнительных потерь в обмотках двигателя, для регулирования которого может быть использован такой преобразователь.

Формула изобретения

Способ регулирования выходного напряжения трехфазно-трехфазного преобразователя частоты с непосредственной связью, каждая фаза которого выполнена по трехфазно-однофазной мо" стовой схеме на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью и содержащего также два трехфазных диодных моста, выводы переменного тока одного из.которых подсоединены к одним, другого — к другим одноименным выводам для подключения их к трехфазной нагрузке, а между выводами

1534690 постоянного тока каждого из них включены полностью управляемые ключи с односторонней проводимостью, заключающийся в разбиении всего диапазона регулирования на две зоны: от нуля

5 д,U и от U до @3U где U - фазно е напряжение питающей сети, и попеременном однократном или многократн ом переключении нагрузки в течение каждого интервала коммутации для первой зоны - между нулевым уровнем и фавным напряжением, для второй зонь — между фазным и линейным напряжениями соответствующих фаз питающей с6ти, отличающийся тем, ччто, с целью улучшения формы кривой тдка нагрузки путем снижения коэффи12 циента гармоник выходного напряжения преобразователя, вторую зону разбивают на две подзоны: от U до QZU и от AU до -)30 и при регулироваФ нии в первой подзоне указанные переключения выполняют на одной половине интервала коммутации до достиже« ния в конце подзоны полного подключения нагрузки только к линейным напряжениям в течение зтой половины интервала, а при регулировании во второй подзоне эти переключения выполняют на другой половине интервала коммутации до достижения в конце подзоны полного подключения нагрузки только к линейным напряжениям в течение всего интервала коммутации.

)534690

1534690

1534690

1534690

1l 1

Составитель Г.Мыцьпс

Техред M.Õîäàíè÷

КорректорВ.Гирняк

Редактор Н.Лазаренко

Заказ 54 Тираж,483 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

133035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101