Способ управления трехфазным регулируемым мостовым инвертором

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении преобразователями для электропривода переменного тока. Целью изобретения является снижение потерь и увеличение надежности работы инвертора в области повышенных выходных частот. Способ управления базируется на алгоритме 180-градусного управления ключами трехфазного инвертора. Регулирование частоты выходного напряжения преобразователя осуществляют за счет постоянной поэтапной вариации длительностей пауз между импульсами управления и замих управляющих импульсов на центральных участках тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей. Для снижения количества коммутаций силовых вентилей в диапазоне частот от F<SB POS="POST">1</SB> до F<SB POS="POST">2</SB>, где F<SB POS="POST">1</SB> и F<SB POS="POST">2</SB> определяются из соответствующих функциональных зависимостей, связывающих величину связанного диапазона регулирования частоты и выходного напряжения инвертора с начальной частотой, осуществляют форсированный сдвиг импульсов управления к серединам тактовых интервалов вплоть до их соединения. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

4 94 А2 (19) (11) (51)5 Н 02 М 7 48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К Д BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3> М

ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRlvl

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1492434 (21) 4369557/24-07 (22) 01.02.88 (46) 30.03.90. Бюл. К - 12 (71) Отдел энергетической кибернетики Ан МССР (72) В.И.Олещук (53) 621,316,727(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1492434, кл. Н 02 M 7/48, 1987.. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ

РЕГУЛИРУЕМЫМ M0CT08blM ИНВЕРТОРОМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении преобразователями для, электропривода переменного тока.

Целью изобретения является снижение потерь и увеличение надежности работы инвертора в области повышенных выходных частот. Способ управления базируется на алгоритме 180-градусно-, Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано при управлении преобразователями частоты, питающими асинхронные короткозамкнутые электродвигатели, и является дополнительным к авт. св.

М 1492434.

Цель изобретения — снижение потерь и увеличение надежности работы инвертора на повышенных выходных частотах.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы применительно к варианту пятикратного регулирования частоты и величины выходного напряжения инвер2 го управления ключами трехфазного инвертора. Регулирование частоты выходного напряжения преобразователя осуществляют за счет постоянной поэтапной вариации длительностей пауз между импульсами управления и самих управляющих импульсов на центральных участках тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей. Для снижения количества коммутаций силовых вентилей в диапазоне частот от F( до Р, где F< и F< определяются из соответствующих функциональных saвисимостей, связывающих величину связанного диапазона регулирования частоты и выходного напряжения инвертора с начальной частотой, осущестO вляют форсированный сдвиг импульсов управления к серединам тактовых интервалов вплоть до их соединения.

5 ил. % тора (N=5, вариант нечетного N, при четных значениях N процесс регулиро-, 1ф вания инвертора осуществляется аналогично); на фиг. 2 — схема реализа- ции способа; на фиг. 3-5 — диаграм- р мы, поясняющие работу схемы.

На верхних временных диаграммах (фиг, 1,а-е) изображены сигналы (импульсы) управления, поступающие на один из находящихся в проводящем состоянии вентилей катодной группы трехфазной мостовой схемы инвертора на тактовом интервале от 60 до

120 эл. град. и вызывающие на этом интервале его периодическое выключе1554094 ние на момент времени, равный длительности упомянутых импульсов управления. На нижних временных диаграммах (фиг. l,à-e) представлены соответст5 вующие участки кривой линейного выходного напряжения трехфазного инвертора.

Временные диаграммы, приведенные на фиг. l,а, соответствуют начальной (минимальной) выходной частоте преобразователя Р . В этом случае тактовый интервал от 60 до 120 эл,град. разбит на пять отрезков, равной длительности, равной 12 эл. град., внут- 15 ри и посередине каждого из которых формируются управляющие импульсы npoN— - 1 4 должительностью Ф =12 — — =12 — =

=9,6 эл.град, При этом местоположе- 20 ния середин управляющих сигналов

Сш, С о, С о на первой половине тактового интервала, вычисляемые как

2i-1

С =60(1+ ††) соответственно равно 25 ны 66 эл.град., 78 эл.град., и

90 эл.град. (в данном случае, при нечетном N=5, третий по счету управляющий сигнал формируется в середине тактового интервала). На тактовом интервале от 240 до 300 эл.град. аналогичным образом вырабатываются сигналы на включение вентилей, местоположения центров включающих сигналов при этом равны соответственно 246, 258 и 270 эл.град. На вторых половинах тактовых интервалсв на всем диапазоне регулирования местоположения середин управляющих импульсов определяются симметрично, 40

Регулирование частоты выходного напряжения инвертора при рассматриваемом алгоритме управления осуществляется за счет постоянной поэтапной вариации продолжительностей центральных на тактовых интервалах управляющих импульсов и длительностей пауз между импульсами на центральных участках тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей. На подди50 апазонах регулирования, на которых в центрах тактовых интервалов формируются управляющие импульсы изменяемых длительностей, продолжительность остальных сигналов управления не зависит от текущих значений выходной частоты инвертора и определяется из

i-1 соотношения ф=- — — — т — —, где i

ЗНР (2i-1) количество формируемых сигналов управления на каждой половине тактовых интервалов, включая центральный сигнал. На поддиапазонах регулирования, на которых регулирование осуществляется за счет изменения продолжительности центральных пауз между импульсами управления, длительности сигналов управления ф варьируют в зависимости от текущих значений выходной частоты в соответствии с выражением

1 1 1

9- =— -(- — — -)

12i F Р И

При анализируемом варианте связанного регулирования инвертора в диапазоне нечетного количества раз (N=5) на первом поддиапазоне регулирования изменение частоты (длительности периода) осуществляют путем изменения продолжительности центрального на полупериоде импульса управления при неизменной длительности остальных импульсов, равной начальной

i-1 2 1 — — Указан3NF (2I 1) 31 1Ро 5 75Ра ный процесс продолжается до момента достижения выходной частотой инвертоN(2; — 1) ра значения Р =Р— т — — — — т — —— (»- » (i-1)

5 (2 3-1) 25 (2 3-1) -2(3-1) 21 о тором длительность центрального сигнала уменьшается до нуля (отмеченный момент изображен на временных диаграммах на фиг. l,б).

На следующем подынтервале регулирования продолжительности формируемых внутри тактовых интервалов четырех импульсов управления (i=2) изме1 1 няются в зависимости = — —. (-—

12i F

1 1 1 1 — — -) = — (- — — -) вплоть до достиFîN 24 Р 5F жения выходной частотой преобразован N(2i-1) теля значения Р =Р (2i-1)(2i+1)-2i

= — F, при котором центральная пауза уменьшается до нуля, Этот момент отображен на временных диаграммах, приведенных на фиг, l,в. Дальнейшее повышение выходной частоты инвертора сопровождается последовательным изменением (уменьшением) длительности центрального на тактовом интервале сигнала управления при неизменной длительности других импульсов

1554

i-1 управления, равной Ъ вЂ” 3- 2. 1

ЗЯРо (гд-1)

2-1 1.

Граница отмечен3 ° 5 ЗГ 45Fo о . о

5 ного поддиапазона наблюдается в дан- ном случае при величине выходной ча.стоты инвертора, равной Р1=F =

3N 15

7 1

Характерной особенностью предлагаемого способа управления является вариация алгоритма формирования управляющих импульсов в процессе регулирования инвертора. Так, в диапазоне пониженных выходных частот преобразователя, при F (F„, абсолютные значения временных интервалов между центрами управляющих сигналов (не считая центральных сигналов) на по- 20 ловине каждого тактового интервала остаются неизменными. Относительные координаты местоположения середин

i-х, считая от начала тактовых интервалов, сигналов выключения и вклю- 25

Мения вентилей на первых половинах тактовых интервалов на пониженных частотах определяются соответственно как

F(2i-1) 1

С;=60 l+ — — — - и

Р,гы

F (2i- l ) 1

С =60 4+ — — — —

Fo2N .)

50 эл.град., на вторых половинах так- 35 товых интервалов импульсы управления формируют симметрично. В диапазоне средних выходных частот преобраэова3NFo ЗЫГ теля при Р = — — (Р «Р =

Э ! 7 5 40 когда на каждой половине тактовых интервалов формируется по одному управляющему сигналу (i=1) с длитель1 1 1 ностью 11= †(- — †-), середины сиг- 45

12F FoN налов выключения и включения вентилей последовательно сдвигаются к середине тактовых интервалов, местоположения указанных середин определяются при этом соответственно из функциональных зависимостей С1=

783 117NF (. ) эл.град. и С,—

2043 1 1 7NFà (7 ) эл ° I рад, Соответст- 55

15 венно для 0=5 F,t = — F F =ЗР С ,1 7 оэ а оэ Ic

783 585Fo i 2043 (— - — — — -) эл.град. и С =(— ——

7 7F 7

094 6

585Fo — — — -) эл. град.

7Р

Временные диаграммы сигналов управления и линейного выходного напряжения инвертора, соответствующие диалазону средних выходных частот, представлены на фиг. I,г, Кривые, изображенные на фиг. l ä, показывают форму импульсов управления и выходного напряжения преобразователя при выходной частоте F F

3N — РО=ЗРО у когда продолжительность паузы между управляющими сигналами уменьшилась до нуля. Начиная с этого момента и до номинальной выходной частоты преобразователя F«>=NFo изменение (увеличение) частоты сопровождается изменением (уменьшением) длительности центрального на тактовом интервале управляющего импульса, осуществляемым в соответствии с за1 1 1 . 1 висимостью $ = — — - — — — — — —"

6F 6NF 6F 3ОРв

При этом из-за того, что на повышенных выходных частотах преобразовате3N ля ПРи 5 Fo 6 Р < NFo p на каждом так товом интервале формируется вместо двух управляющих сигналов по одному сигналу, число коммутаций в силовой схеме инвертора на этом частотном диапазоне уменьшается вдвое с соответствующим уменьшением величины коммутационных потерь.

После уменьшения продолжительности 11 упомянутого управляющего сигнала до нуля, наблюдаемом при номинальной выходной частоте преобразователя Гном=МГо=5 Fo, выходное напряжение преобразователя достигает своего максимального значения"(фиг. l,e).

Последукяцее увеличение выходной частоты инвертора производится при неизменной (максимальной) величине выходного напряжения, что соответствует режиму постоянства мощности применительно к частотно-регулируемому асинхронному электроприводу переменного тока.

Система управления выполнена по вертикальному принципу. Генератор развертывающего пилообразного напряжения устройства включает в свой состав интегратор 1, связанный с пороговыми узлами 2 и 3, фиксирующими моменты достижения напряжением интегратора 1 соответственно минимально7 1554094 8

ro и максимального пороговых значений., Узел 3, в свою очередь, состоит из источника опорного порогового напряжения 4 и компаратора 5. Выход узла 3 непосредственно, а блока 2

5 через дизъюнктор 6 подключены соответственно к R- u S-входам триггера

7, выход которого присоединен к коммутатору полярности напряжения 8, определяющему ход формирования выходной кривой интегратора 1. Выходной пилообразный сигнал интегратора 1 поступает на вход, основного компаратора 9 системы управления, Выходная частота преобразователя регулируется сигналом блока задания частоты 10 (линейное увеличение частоты при росте сигнала блока 10), который .поступает на вход генерато- 2р ра тактовых импульсов ll, а также на входы порогового устройства 12 и функционального преобразователя

l3. Источник опорного напряжения связан с минусовым входом сумматора 15 25 и, через ключи 16 и 17 и дизъюйктор

18, с вторым входом компаратора 9.

На второй вход диэъюнктора 18 через ключ 19 поступает сигнал с выхода функционального преобразователя 13. 3р

Управление ключами 17 и 19 осуществляется сигналами с прямого и инверсного выходов порогового узла 12 а управление двухпозиционным ключем

16 — выходным сигналом счетного триг35 .гера 20, присоединенного к выходу порогового узла 3, Выход генератора тактовых импульсов 11 присоединен к четырехразрядному регистру 21, пря- . мой и инверсный выходы младшего раз- 4р ряда которого связаны соответственно с тактовым входом триггера 7 и с дизъюнктором 6. Выходы трех старших разрядов регистра 21 подключены к соответствующим входам логического 45 распределителя управляющих импульсов 22. Считается, что амплитуды сигналов блоков 1 и 10 U и U< согласованы по уровню, т.е, Ul„ gq=11ю „,, На фиг, 3 и 4 приведены временные 5р диаграммы, иллюстрируюшие работу системы управления инвертором в диапазонах пониженных и повышенных выходных частот на 1/6 части периода, на фиг. 5 построены кривые, поясняющие ,ход процессов в системе для диапазо1 . на пятикратного связанного изменения частоты и величины напряжения преобразователя. Индексы сигналов, обозначенных на. фиг. 3-5, соответствуют номерам соответствующих узлов и блоков устройства на структурной схеме, изображенной на фиг, 2. Развертывающее пилообразное напряжение U интегратора 1 синхронизировано тактовыми импульсами с выходов младшего разряда регистра 21, принимающего за период выходной частоты инвертора 12 состояний, которые в цифровой форме записи могут быть последовательно выражены как 1000 1001, 0010, 0011, 000, 0001, 1010, 1011 1100, 1101, 1110, 111. В компараторе 9 осуществляется на первой части диапазона регулирования сопоставление сигнала развертки с напряжением блока 13, которое производится. вплоть до частоты

3N 15

F = -- F = — F которая фиксируется пороговым блоком 12, его пороговое напряжение, выраженное в долях от начального значения U<, при этом рав3N . 15

HO Ц „,, — — Бю „ „. Б

Функциональный преобразователь 13 реализует заранее рассчитанную для конкретного N зависимость между выходной частотой F (сигналом П,ю ) и продолжительностями импульсов управления. Выходной сигнал U для И=5 построен на фиг, 5.

При F ) F<, после раэмыкания ключа

19 и замыкания ключа 17, напряжение

U< сравнивается, как показано на фиг. 4, на крайних частях тактовых интервалов с выходным сигналом U< сумматора 15, а в центре тактовых интервалов, при единичных состояниях счетного триггера 20, с напряжением U(4.источника 14. Амплитуда сигнала U<< при этом находится иэ выраже1 N

"ия 1 = «3 1юмакс= «3 4о нач частоты сопровождается при этом форсированным ростом напряжения U„ (кривая со стрелками на фиг. 4, а также характеристика увеличения U .са фиг. 5) при неизменной амплитуде

U<<, что достаточно быстро, при достижении выходной частотой значений

3N

F) Р = —. F =ÇF„, приводит к тому, что амплитуда сигнала U< на центральном участке тактового интервала ста— 1554094

10 новится меньше текущих значений U

Одновременно сигнал U< начинает превышать амплитуду U, . На выходе компаратора 9 при Б, ) U„ формируется единичный сигнал и соответственно нулевой сигнал при U< +U<. При этом единичному выходному сигналу компаратора 9 соответствует интервал формирования импульсов кривой выходного напряжения инвертора, поэтому при

F p F в полуволне линейного выходно2

ro напряжения формируется по три импульса неизменной длительности,продолжительность паузы между которыми уменьшается с ростом вьгходной части и достигает нулевого значения на номинальной вьгходной частоте F- 1 о 5 о °

Таким образом, форсированный сдвиг середин импульсов управления к центру тактовых интервалов,осуществляемый при управлении по предложенному способу в диапазоне частот

3NFo, 3NFo — —

7 5 чить внутри тактовых интервалов ускоренное сближение двух сигналов управления при повышении выходной частоты и слияние их в один сигнал на

ЗЩ частоте F = — — . При этом на верх2 5 нем частотном диапазоне работы npe3NFo образователя при F > †-о количеств 5 У во коммутаций основных вентилей силовой схемы преобразователя уменьшается примерно в два раза, что при= водит к соответствующему уменьшению потерь на коммутацию. Сокращается

5 также диапазон работы преобразователя при уменьшенных значениях межкоммутационных интервалов, что повьппает .надежность работы преобразовательной системы в целом.

Формула изобретения

Способ управления трехфазным регулируемым мостовым инвертором по авт. св, Р 1492434, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения потерь и увеличения надежности работы инвертора на повьш енных выходных частотах в диапазоне частот от

3N Зи

F = - F до F -= - --- -F местоположе7 2 5 ния середин сигналов выключения и включения вентилей на участках 6090 эл. град. и 240-270 эл. град, определяют соответственно из функцио783

25 нальных зависимостей С =(— -—

I17NFî 2043 — — — ---) эл ° град. и С =(——

7F 1 7

117NI-о — — — — о ) эл. град. на участках 907F

120 эл. град. и 270-300 эл. град. местоположения середин других сигналов определяют симметрично, а на частотах F ) F2 в середине тактовых интервалов формируют сигнал управления с продолжительностью Я, определяемой иэ функциональной зависимости

l h = ——

6F ба

1554094

1554094

Йых

7!I /J

Фых

Редактор И.Сегляник

Корректор Т.Малец

Заказ 463 Тираж 494 Подписное

ВЙИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Составитель О. Парфенова

Техред А.Кравчук

Ю 4

9oz Е